DICTAAT CT2710 TRANSPORT & PLANNING

Transcriptie

1 DICTAAT CT2710 TRANSPORT & PLANNING Inleiding Deel 1: Ruimtelijke planning & Vervoerplanning: systeem en elementen Deel 2: Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Deel 3: Geometrisch wegontwerp Deel 4: Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Literatuur Oktober 2011 dr.ir. R.van Nes, prof.ir. F.M. Sanders, dr.ir. J.W.C. van Lint, ir. P.B.L. Wiggenraad Afdeling Transport & Planning Faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen TU Delft

2 Inleiding 0.2

3 Inleiding CT2710 TRANSPORT & PLANNING Transport & Planning als werkterrein bij CT Transport & Planning wordt door sommigen gezien als het werkterrein met de breedste scope in de civiele techniek. Transport & Planning (T&P) houdt zich bezig met transport netwerken op landelijke en internationale schaal, maar ook met het fietspad achter het station en alles er tussenin. Net als in andere werkterreinen van de civiele techniek is een duidelijke verschuiving te zien in de soorten vraagstukken waar de T&P ingenieur zich mee bezighoudt. Ging het vroeger primair om het ontwerpen en bouwen van infrastructuur en kunstwerken, nu staan steeds vaker de effecten van transportnetwerken en het efficiënt, schoon en veilig gebruik ervan centraal. Naast de vraag Hoe bouw je een weg? wordt steeds belangrijker Hoe moet die weg eruit zien? en Hoe passen we de weg op een duurzame manier in de leefomgeving?. En waar in de bovenstaande zinnen weg staat, kun je ook spoorweg of vaarweg lezen. Bovendien kijken T&P ingenieurs steeds meer naar de totale levensloop van transportnetwerken. Daarbij speelt al in de plan- en ontwerpfase het op een efficiënte en slimme manier gebruiken en managen van transportnetwerken en infrastructuur een grote rol. Je kunt wel prachtige infrastructuur aanleggen, maar als je geen maatregelen neemt om deze op een structurele manier te managen is de kans groot dat de infrastructuur binnen afzienbare tijd zijn functie niet meer voldoende kan vervullen. Een zelfde soort redenering is ook van toepassing op de locatiekeuze voor voorzieningen. Een grote voorziening trekt immers veel verkeer aan en genereert ook extra verkeer en ook dat moet worden gefaciliteerd en gemanaged. De ontwikkeling van ontwerp/bouw naar levensloop/management zie je ook terug in de manier waarop de afdeling Transport & Planning naar transport- en planningsvraagstukken kijkt: dat doen we met behulp van allerlei modelmatige, kwantitatieve methodieken. Daarnaast ligt het accent binnen T&P sterk op het ontwerpen en evalueren van maatregelen, waarbij deze modellen worden gebruikt om de effectiviteit kwantitatief te analyseren. Is rekeningrijden een goed idee en onder welke voorwaarden? Waarom werkt de 80 km zone wel op de A13 maar niet op de A20? Waarom is van deur tot deur openbaar vervoer een onbetaalbare oplossing voor het mobiliteitsvraagstuk? Waarom lijkt het soms dat je in een file staat zonder aanwijsbare oorzaak? En zo zijn er nog vele vragen die met behulp van onze modelmatige kennis van het verkeer en vervoersysteem kwantitatief en heel concreet kunnen worden beantwoord. Natuurlijk heeft Transport & Planning ook een sterke relatie met beleidsvraagstukken. Dat is echter meer de insteek die bij de faculteit TBM wordt gebruikt. Het werkveld Transport & Planning is niet eenvoudig. Bij MIT wordt transport gezien als een CLIOS: een complex (C), groot (L, large), geïntegreerd (I, integrated) en open (O) systeem (S). Dit is geen woord (of letter) te veel. Het ruimtelijk systeem en het transportsysteem bestaan uit veel subsystemen met veel onderlinge interactie. Het gedrag van deze subsystemen is niet precies te beschrijven (want vaak het product van collectief menselijk gedrag), dus de werking van het systeem als geheel is moeilijk voorspelbaar. Bijvoorbeeld: vanwege de ontsluiting van een industriegebied kan het zinvol zijn om een weg aan te leggen. Die nieuwe weg maakt ook nieuwe verplaatsingen mogelijk en kan daarmee de bereikbaarheid van andere industriegebieden structureel veranderen (ten positieve of juist ten negatieve). Ander voorbeeld: jouw keuze om morgen met de trein i.p.v. de auto te reizen beïnvloed de reistijd van iedereen die morgen wel met de auto gaat. En dat geld voor elke individuele reiskeuze. Het transportsysteem is sowieso grootschalig. Infrastructuur heeft een lange levensduur en de effecten van het transportsysteem zijn substantieel (denk bijvoorbeeld aan luchtkwaliteit, geluid en verkeersveiligheid). Het is ook een geïntegreerd systeem waarin subsystemen veel interactie kennen en vooral ook veel terugkoppelingen. En ten slotte is het een open systeem dat wordt beïnvloedt door allerlei externe invloeden zoals de economie, demografische ontwikkelingen, het weer, enzovoort. Transport is nauw verweven met alle facetten van de samenleving. Kortom, Transport & Planning is inderdaad een werkterrein met een brede scope en veel uitdagingen. 0.3

4 Inleiding Doel van het vak Het doel van het vak CT2710 Transport & Planning is om de BSc Civiele Techniek kennis en inzicht mee te geven over dit brede werkveld en een aantal basis (reken)vaardigheden waarmee op grove manier kwantitatief kan worden gerekend aan verkeer en vervoer. Het vak is daarmee niet alleen nuttig voor studenten die veel interesse hebben in transport, maar voor alle (civiel) studenten. Sommigen van jullie komen terecht bij organisaties die op veel terreinen werkzaam zijn, denk aan gemeenten of provincies. Verkeer, vervoer en ruimtelijke planning zijn dan onderwerpen waar een civieler altijd wel een keer mee in aanraking komt. Maar ook studenten die andere beroepsideeën hebben, kunnen later met dit soort vraagstukken in aanraking komen. De recente ontwikkeling van eenvoudige aanbestedingen van bouwprojecten naar complexe design, build, finance and maintenance (DBFM) constructies leiden er toe dat ook bij aannemers behoefte is aan een stuk kennis en inzicht op het gebied van transport en planning. De wegenbouwer die bijvoorbeeld in de periode gaat werken aan de grootschalige verbetering van de A15 (de enige en cruciale toegangspoort voor de Rotterdamse Haven, nog altijd de op 2-na grootste haven in de wereld) wordt geacht dat te doen zonder daarbij tijdens de bouwperiode de kwaliteit van de verkeersafwikkeling ernstig te storen. Bovendien moet de opdrachtnemer ervoor zorgen dat na ingebruikname de reistijd voor automobilisten en vrachtverkeer (binnen grenzen en voorwaarden) op de A15 kan worden gegarandeerd. Dat zijn nog eens andere eisen dan eisen uitgedrukt in geld, beton of asfalt! Om aan dat soort functionele eisen te voldoen is kwantitatieve kennis van transportsystemen nodig. Waar je als civieler ook komt te werken, op voorhand is niet eenduidig aan te geven met welk aspect van Transport & Planning je in aanraking komt. Vandaar dat is gekozen voor de breedte van het vakgebied en niet voor het specifiek uitwerken van een enkel deelgebied. Het tweede doel van dit vak is een overzicht te geven van onderwerpen en aspecten die bij de MSc-variant Transport & Planning aan bod komen. De keuze voor de breedte van het vakgebied sluit hier goed op aan. En als je meer van dit soort onderwerpen wilt weten in de BSc, kan je kiezen in je derde jaar kiezen voor de minor Transport, Infrastructuur en Logistiek (TIL) en voor de specialisatievakken van Transport & Planning. 0.4

5 Inleiding Opzet van CT2710 Transport & Planning De opzet van het van CT2710 Transport & Planning kan je op verschillende manieren bekijken. Aan de ene kant is er het onderscheid tussen analyse, op basis van kennis van het ruimtelijke systeem en het transportsysteem, en ontwerp, van met name transportvoorzieningen. Aan de andere kant is er een sterk verschil tussen het detailniveau, dat varieert tussen het ruimtelijke transportsysteem als geheel aan de ene kant en componenten zoals een wegvak en een kruispunt aan de andere kant. In onderstaande figuur zijn deze twee dimensies weergegeven met daarbij de onderwerpen zoals die in het dictaat en de colleges aan bod komen. Ruimte en transport Mobiliteit en keuzen Bereikbaarheid Allocatie van voorzieningen ANALYSE Modelleren ruimtelijke interactie Modelleren Verkeer en vervoer Netwerkontwerp ONTWERPEN Dynamisch Verkeers- Management netwerk Infrastructuur planning Weg en knooppunt ontwerp Dynamisch Verkeers- Management lokaal FIGUUR 1: OPBOUW VAN HET VAK CT2710: VERTIKAAL HET DETAILNIVEAU EN HORIZONTAAL DE ONDERWERPEN Het eerste deel van het vak gaat vooral over de samenhang van het ruimtelijke systeem en het transportsysteem en de subsystemen daarvan. Om een tip van de sluier alvast op te lichten is het belangrijkste mechanisme in onderstaande figuur weergegeven. Gegeven een bepaald grondgebruik ontstaan er mogelijkheden tot het uitvoeren van allerlei activiteiten. Om die activiteiten te kunnen uitvoeren moet je je verplaatsen en daarvoor heb je een transportsysteem nodig. Dat transportsysteem bepaalt waar je gemakkelijk en waar je moeilijk kunt komen. En als veel mensen naar dezelfde bestemming willen gaan, kan een locatie die gemakkelijk bereikbaar was ineens moeilijk bereikbaar zijn. Deze bereikbaarheid op zijn beurt beïnvloedt weer de keuze waar men wil investeren in ruimtelijke ontwikkeling, hetzij als private investeerder hetzij als overheid, waarmee de cirkel rond is. Kortom, alles beïnvloedt alles. 0.5

6 Inleiding FIGUUR 2: SAMENHANG RUIMTELIJKSYSTEEM EN TRANSPORTSYSTEEM In het deel analyse wordt dit systeem verder uitgewerkt en wordt ingegaan op de belangrijkste onderdelen of subsystemen: wat is mobiliteit, wat is bereikbaarheid, hoe werkt de interactie tussen bereikbaarheid en grondgebruik, hoe werkt de interactie tussen vraag en aanbod in het transportsysteem? In het tweede deel, ontwerpen, staat centraal hoe we met een civiele bril dit systeem willen beïnvloeden. Transportnetwerken vervullen hierin een sleutelrol. En als we een netwerk willen uitbreiden om de bereikbaarheid te verbeteren zullen we de benodigde infrastructuur moeten plannen. Hierbij wordt een breed scala aan effecten in kaart gebracht. Volgende stap is het ontwerp van de infrastructuur zelf: hoe moet een weg eruit zien en aan welke eisen moet die voldoen? De basisprincipes hiervan komen uitgebreid aan bod. En om te zorgen dat de weg ook op langere termijn efficiënt wordt gebruikt, gaan we ook in op hoe dat gebruik van de infrastructuur kan worden gemanaged. Hierbij kan je denken aan heel lokale oplossingen zoals een verkeersregeling, maar in de praktijk kijken we steeds meer naar verkeersmanagement op netwerkniveau. Alles hangt immers met alles samen, dus je kan meestal niet volstaan met één maatregel op één plek. Bij een aantal onderdelen vind je dan ook regelmatig weer een verwijzing naar het transportsysteem zoals dat in het analyse-deel is behandeld. 0.6

7 Inleiding Praktische informatie CT2710 bestaat uit een aantal onderdelen: Dit dictaat met daarin de stof die voor het tentamen moet worden bestudeerd. Het dictaat is verdeeld in 4 delen: o Ruimtelijke planning & Vervoerplanning: systeem en elementen o Netwerkontwerp en Infrastructuurplanning o Geometrisch wegontwerp o Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Colleges (3 maal per week) waarin de stof wordt behandeld met praktische voorbeelden en waarin je ziet welke accenten de docenten leggen. Voor de duidelijkheid: het collegemateriaal (sheets!) is ook tentamenstof! Naast de colleges waarin de stof wordt behandeld zijn er ook colleges over Special topics en oefencolleges. In de Special topics worden praktijkcases behandeld (ook altijd interessant als de context van een tentamenvraag), en in de oefencolleges (tentamen)vragen over de stof tot dan toe. Oefening (1 ects) waarin groepjes van studenten een plannings/transportvraagstuk aan pakken. Zelf creatief met de stof bezig zijn, staat hierbij centraal en tegelijkertijd wordt een aantal voor het onderwerp relevante analysetechnieken toegepast (tevens oefening voor het tentamen). Voor meer informatie over de oefening wordt verwezen naar de handleiding hiervoor. Aangezien het vak en het dictaat CT2710 in deze vorm nieuw is, zijn suggesties voor verbetering van harte welkom. Delft, januari 2010 dr.ir. R. van Nes prof.ir. F.M. Sanders dr.ir. J.W.C. van Lint ir. P.B.L. Wiggenraad In de tweede versie van het dictaat is naar aanleiding van de colleges en de resultaten van de oefening een aantal kleine onduidelijkheden verwijderd en is de opzet van deel 3 herzien. Delft, oktober 2010 dr.ir. R. van Nes prof.ir. F.M. Sanders dr.ir. J.W.C. van Lint ir. P.B.L. Wiggenraad In de herziene tweede versie van het dictaat is een aantal kleine lay-out wijzigingen doorgevoerd en is een literatuurlijst toegevoegd. Delft, oktober 2011 dr.ir. R. van Nes prof.ir. F.M. Sanders dr.ir. J.W.C. van Lint ir. P.B.L. Wiggenraad 0.7

8 Inleiding 0.8

9 DEEL 1: RUIMTELIJKE PLANNING & VERVOERPLANNING SYSTEEM EN ELEMENTEN In dit eerste deel zal ingegaan worden op de basisbeginselen van de ruimtelijke planning en de vervoerplanning. Basis is de samenhang tussen het ruimtelijke systeem en het transportsysteem zoals is beschreven in de cirkel van Wegener. Achtereenvolgens komen aan bod: - De samenhang tussen ruimtelijk systeem en het verkeers- en vervoersysteem - Verplaatsingspatronen - Verplaatsingspatronen en keuzen - Bereikbaarheid en ruimtelijke planning - Modellering van ruimtelijke systemen - Modellering van verkeers- en vervoersystemen - Netwerken

10 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen DEEL 1: RUIMTELIJKE PLANNING & VERVOERPLANNING SYSTEEM EN ELEMENTEN SAMENHANG RUIMTELIJK SYSTEEM EN TRANSPORTSYSTEEM Inleiding Cirkel van Wegener Inleiding in transportsystemen Begripsbepaling Achtergrond van de verplaatsingsbehoefte Verplaatsingenpatronen Reizigers en vracht Vervoersdiensten Vervoersmiddelen Verkeersdiensten Verkeersinfrastructuur De vervoer- en verkeersmarkt Samenhang ruimtelijk systeem en transportsysteem Interactie tussen gebieden Lagenmodel en ruimtelijk systeem VERPLAATSINGSPATRONEN Inleiding Samenhang activiteiten en verplaatsingen Personenverplaatsingen Verplaatsingen van goederen Geleding van verplaatsingen Verplaatsingskenmerken personenvervoer OVG en MON Kengetallen personenvervoer Onderscheid naar motieven en afstanden Ruimtelijk spreidingspatroon Tijdpatronen personenverplaatsingen Verplaatsingskenmerken goederenvervoer Kengetallen goederenvervoer Onderscheid naar goederensoorten en afstanden Ruimtelijk spreidingspatroon goederenverplaatsingen VERPLAATSINGSGEDRAG EN KEUZEN Lagen en markten Keuzes maken 35 4 BEREIKBAARHEID EN LOCATIEKEUZE Samenhang tussen bestemmingen: afstemming van functies Bereikbaarheid en bereikbaarheidsmodellen Bereikbaarheid Verkeerskundige actuele bereikbaarheidsmodellen Basisbeginselen van de planning van openbare voorzieningen Indeling van openbare voorzieningen Planningsproces voor locatiekeuze De vraag naar openbare voorzieningen Modellen voor de analyse van locaties voor openbare voorzieningen Eenvoudige optimalisatie-modellen Heuristisch model Locatie-allocatie modellen Distributie-planologische modellen

11 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 5 RUIMTELIJKE MODELLEN Kenmerken Hansen's Potential Model [Lee, 1973] Het Lowry model [Lee, 1973] 49 6 VEKEERS- EN VERVOERMODELLEN Theorievorming verplaatsingskeuzes Micro-economische nutstheorie Modelvorming vervoervraag en verkeersvraag Vervoer- en verkeersmodellen personenvervoer Onderdelen van het vervoer- en verkeersmodel Gebruik van modellen Vervoer- en verkeersgegevens en modellen INFRASTRUCTURELE NETWERKEN Inleiding Verkeersnetwerken Functionele indeling netwerken naar schaalniveau Netwerkvormen Ligging infrastructuur t.o.v. bebouwd gebied Karakteristieken infrastructuurnetwerken Nederland

12 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 1 SAMENHANG RUIMTELIJK SYSTEEM EN TRANSPORTSYSTEEM 1.1 Inleiding Dit hoofdstuk geeft een eerste globaal overzicht van de belangrijkste begrippen over het vervoeren verkeerssysteem (ook wel aangeduid als transportsysteem) in combinatie met het ruimtelijke systeem. De interactie tussen het grondgebruik van een gebied en het transportsysteem zal worden verduidelijkt met de cirkel van Wegener. Tevens wordt duidelijk gemaakt hoe de verschillende begrippen onderling samenhangen en worden het vervoersysteem en het verkeerssysteem nader gedefinieerd. Daarbij wordt de opbouw van het vervoer- en verkeerssysteem benaderd vanuit de zogenaamde lagentheorie. Dit betekent dat niet bij voorbaat wordt uitgegaan van het traditionele onderscheid tussen autoverkeer, openbaar vervoer en langzaam verkeer, noch van het onderscheid tussen personen- en goederenvervoer. Veel meer wordt de nadruk gelegd op het onderscheid tussen organisatorische en technische aspecten. Voorts krijgt het onderscheid tussen vraag- en aanbodaspecten alsmede de afstemming daartussen op de onderscheiden niveaus van het vervoer- en verkeerssysteem de nodige aandacht. 1.2 Cirkel van Wegener In deze paragraaf zal gekeken worden naar de impact van het beleid over (stedelijk) grondgebruik op het gedrag van reizigers en omgekeerd, de impact van het transportbeleid op de locatiekeuze van huishoudens en bedrijven in (stedelijke) regio s. Impact stedelijk landgebruik op transport Er bestaat een interactie tussen stedelijk grondgebruik en transport. De locatiekeuze en de migratie van huishoudens en bedrijven veranderen het stedelijk grondgebruik en de transportsystemen op stedelijk regionaal niveau. De scheiding van menselijke activiteiten creëert de noodzaak tot reizen. De suburbanisatie van de steden is daarom een oorzaak van de verhoging van mobiliteit. Impact transport op de ruimtelijke ontwikkeling Ook bestaat er een relatie tussen transport en de ruimtelijke ontwikkeling van steden. Locaties met een goede bereikbaarheid hebben namelijk een grotere kans om ontwikkeld te worden en met een hogere dichtheid dan locaties die in een meer afgelegen gebied liggen. Deze relaties zijn terug te vinden in de cirkel van Wegener (1995, 2004). FIGUUR 1.1 CIRKEL VAN WEGENER Zoals te zien is in de cirkel hebben het grondgebruik en het transportsysteem invloed op elkaar. Deze invloed oefenen ze niet direct op elkaar uit, maar door middel van tussenliggende factoren zoals de activiteiten en de bereikbaarheid. De verdeling van het grondgebruik, wonen, werken of voorzieningen over het stedelijk gebied bepaalt de locatie van menselijke activiteiten zoals wonen, werken, winkelen, onderwijs e.d. Met 1.4

13 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen deze verdeling wordt de plek bepaald van bijvoorbeeld woningen, bedrijven en winkels. Door deze beslissing zijn de locaties van de menselijke activiteiten bepaald. Er is bepaald waar men kan wonen, waar men kan werken, waar men kan winkelen enz. Deze verdeling van menselijke activiteiten heeft dan weer invloed op het transportsysteem. De afstanden tussen de locaties van activiteiten moeten namelijk overbrugd worden. Binnen het transportsysteem zijn de activiteiten zoals wonen, werken, winkelen e.d. verdeeld. Met het transportsysteem kunnen de mensen van activiteit naar activiteit. Hierdoor kunnen de activiteiten verder van elkaar vandaan liggen. Bijvoorbeeld winkelen in Rotterdam en wonen in Den Haag is mogelijk geworden door het transportsysteem. Onder invloed van het transportsysteem kunnen mensen dus wonen, werken en winkelen waar ze maar willen. De verdeling van de infrastructuur in het transport systeem creëert mogelijkheden voor ruimtelijke wisselwerking, en hierdoor wordt ook bereikbaarheid gecreëerd. Doordat de infrastructuur verdeeld is, is een stad aan meerdere zijden bereikbaar. Met verschillende (snel)wegen wordt een grote bereikbaarheid gecreëerd. Als er maar één weg naar een stad toe zou lopen, zou de bereikbaarheid van die stad klein zijn. Zo heeft het transportsysteem invloed op de bereikbaarheid. Deze verdeling van bereikbaarheid resulteert dan in verandering van het grondgebruik. Een bepaalde locatie waar gebouwd is, wordt bereikbaar gemaakt door middel van de aanleg van de infrastructuur. Door de aanleg van deze wegen verandert het grondgebruik. FIGUUR 1.2 CIRKEL VAN WEGENER Elementen uit de cirkel van Wegener Mate van mobiliteit: hoe meer verschillende vervoerdiensten een gebruiker tot zijn beschikking heeft, zoals openbaar vervoer, de auto of de fiets, hoe hoger zijn mobiliteit. En hoe hoger de mobiliteit, hoe meer activiteiten er ondernomen kunnen worden. Besluit tot een bepaalde trip: bijvoorbeeld boodschappen doen, winkelen, wat gaan drinken. Een mobiel persoon zal eerder besluiten om een activiteit te ondernemen dan iemand die bijvoorbeeld afhankelijk is van hulp van anderen. Bestemmingskeuze: afweging maken tussen de voor- en nadelen van een bestemming en uiteindelijk via een compromis een keuze maken. Zo kan er voor gekozen worden om wat verder te reizen om een groter aanbod te verkrijgen. Manier van reizen: afhankelijk van de afstand tot de bestemming zal de snelste en goedkoopste manier gezocht worden. Routekeuze: de routekeuze wordt bepaald door de gekozen manier van reizen. Als van het openbaar vervoer gebruik gemaakt wordt, ligt de route nagenoeg vast, omdat deze diensten bijna altijd een vaste route rijden. Met eigen vervoer is de routekeuze vrijer, meestal wordt dan de route met de minste reistijd gekozen. Reistijd/afstand/kosten: om een bestemming te bereiken zal men een afstand moeten overbruggen, wat tijd en geld kost. De bestemming die het minste tijd en geld kost zal meestal de voorkeur hebben. 1.5

14 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Bereikbaarheid: hoe gemakkelijker een locatie te bereiken is des te hoger de bereikbaarheid. Aantrekkelijkheid: de aantrekkelijkheid van een locatie heeft per functie weer andere kenmerken, een goede bereikbaarheid is daar één van. Locatiekeuze van investeerders: investeerders zullen bij het kiezen van een locatie er op letten dat zij hun investering ook weer terug kunnen verdienen. Door een aantrekkelijke locatie te gaan ontwikkelen is dit mogelijk. Constructie: als een investeerder een locatie vindt die voldoet aan zijn wensen, zal hij daar een constructie neerzetten en deze exploiteren of verkopen. Locatiekeuze van de gebruikers: een gebruiker zal altijd op zoek gaan naar een locatie die voor hem zo aantrekkelijk mogelijk is. Bewegingen: omdat de aantrekkelijkste locatie zich niet altijd op de plek bevindt waar de gebruiker is, zal men zich gaan verplaatsen naar aantrekkelijkere locaties, door bijvoorbeeld te verhuizen. Activiteiten: door de scheiding van activiteiten ontstaat de noodzaak om te reizen. In Figuur 1.2 is in de cirkel te zien dat het grondgebruik en het transport systeem in verschillende factoren opgedeeld zijn. Opvallend hierbij is dat de reistijden/ afstanden/ kosten invloed hebben op meerdere factoren, namelijk de route keuze, de manier- en gebruikkeuze, de bestemmingskeuze, het besluit tot een bepaalde trip en het autobezit. Dit is als volgt te verklaren: De reistijd is van invloed op de routekeuze, aan de hand van de reistijd zal er namelijk een route gekozen worden. Waarschijnlijk zal de route gekozen worden met de kortste reistijd. Indirect heeft de reisafstand dan ook invloed op de routekeuze. Hoe korter de afstand, hoe korter de reistijd. Ook heeft de tijd invloed op de keuze met welk soort vervoer er gereisd wordt; het vervoermiddel met de kortste reistijd zal gewild zijn. Als er met de auto korter over gedaan wordt dan met de trein, zal de auto winnen. De reiskosten zijn ook van invloed op de vervoerskeuze; naar het relatief goedkoopste vervoermiddel zal de eerste keuze uitgaan. Op de factoren bestemmingskeuze en reiskeuze zijn de tijd, afstand en kosten ook van invloed. Bij de keuze naar een bepaalde bestemming zal vooral naar de afstand tot die bestemming gekeken worden. Deze afstand zal dan voor een groot deel de reistijd en de reiskosten bepalen. De hoeveelheid tijd en geld die beschikbaar is om een trip te maken, is van invloed op de reiskeuze. Is er veel tijd dan kunnen er meer activiteiten bezocht worden. Als laatste hebben de reistijd, afstand en kosten invloed op het autobezit. Als de tijd, afstand en kosten lager zijn bij gebruik van het openbaar vervoer, zal de auto minder vaak gebruikt worden. De subfactor van grondgebruik, de aantrekkelijkheid van een locatie heeft naast invloed op de locatiekeuze van investeerders ook invloed op de bewegingen en op de locatiekeuze van gebruikers. Hoe aantrekkelijker de stad is, hoe meer mensen er willen wonen of werken en komen bezoeken. Hierdoor neemt het aantal bewegingen naar en in de stad toe. Ook zullen de gebruikers van de locatie eerder voor een aantrekkelijke locatie kiezen. Theorie grondgebruik transport De theorie om de interactie van grondgebruik en transport in stedelijke gebieden te verklaren, omvat technische theorieën (stedelijke bewegingssystemen), economische theorieën (steden als markten) en sociale theorieën (maatschappelijke en stedelijke ruimte). Hieronder zijn enkele resultaten beschreven van deze theorieën over de verwachte invloed van grondgebruik op transport. Hierbij is gekeken naar de verwachte impact van essentiële factoren zoals stedelijke dichtheid, werkgelegenheidsdichtheid, aantrekkelijkheid van de buurt, locatie, stadsgrootte op de reiskosten, reistijd en bestemmingskeuze. Ook is er gekeken naar de verwachte invloed van transport op het grondgebruik. Hierbij is gekeken naar de factor toegankelijkheid en de invloed op de locatie van woonwijken, industrieterreinen, kantorenlocaties en locaties voor kleinhandel. Theoretisch verwachte invloed van landgebruik op transport Een hoge dichtheid van bedrijven en woonwijken heeft een positieve invloed op de gemiddelde reisafstand. Deze zal verminderen, doordat bedrijven en woningen dichtbij elkaar liggen. Hierdoor zullen er waarschijnlijk ook meer uitstapjes gemaakt worden. Binnen de woonwijken kunnen aantrekkelijke voorzieningen gezien worden als een pull factor om de reisafstand te verminderen. Mensen hoeven niet meer naar het centrum van de stad voor voorzieningen maar kunnen gewoon in hun eigen woonwijk terecht. 1.6

15 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Doordat de steden steeds groter worden, hebben de locaties die aan de rand van de stad liggen langere reizen vanuit het centrum tot gevolg. Hierdoor wordt verwacht dat reisafstand een negatieve verhouding heeft met de stadsgrootte. Zowel dichtheid van woonwijken en bedrijventerreinen als grote agglomeraties met een goede toegankelijkheid met het openbaar vervoer hebben een gunstige invloed op het transport met het openbaar vervoer. Terwijl de aantrekkelijkheid van de buurt, verscheidenheid aan woningen en bedrijven met kleinere reisafstanden een gunstige invloed hebben op het gebruik van de fiets en op lopen. Theoretisch verwachte invloed van transport op landgebruik Doordat een locatie een goede toegankelijkheid heeft (dus goed bereikbaar is), wordt die locatie aantrekkelijk gevonden. Dit zal de richting van nieuwe stedelijke ontwikkelingen beïnvloeden. Als de toegankelijkheid van een stad verbeterd zal worden, zal dit resulteren in een meer verspreide structuur van blijvende bewoners en/of bedrijven. Locaties die goed toegankelijk zijn om te werken, te winkelen en voor school en vrije tijdsvoorzieningen zullen aantrekkelijker zijn voor wonen, zullen een hogere grondprijs hebben en zullen zich sneller ontwikkelen. Locaties die goed toegankelijk zijn door de ligging aan auto(snel)wegen en treinstations zullen aantrekkelijk zijn voor industrieterreinen en zullen zich sneller ontwikkelen dan locaties die minder goed toegankelijk zijn. Locaties die goed toegankelijk zijn door de ligging aan vliegvelden, hogesnelheidslijnen en auto(snel)wegen zullen aantrekkelijk zijn voor kantorenlocaties en zullen een hoge grondprijs hebben. Locaties die goed toegankelijk zijn voor de klanten en andere kleinere bedrijven zullen aantrekkelijk zijn voor de kleinhandel, zullen een hoge grondprijs hebben en zullen zich sneller ontwikkelen. 1.3 Inleiding in transportsystemen Begripsbepaling Veel wat we willen doen, kan niet op de plaats waar we zijn. Evenzo geldt dat veel van wat we willen hebben, zich niet bevindt op de plaats waar we zijn. Deze simpele constateringen liggen ten grondslag aan de behoefte van het verplaatsen van personen en goederen. In dit verband is het gebruikelijk alle menselijk handelen aan te duiden met de term activiteiten. De verzameling van opeenvolgende activiteiten van een individu per tijdsperiode noemen we een activiteitenpatroon. Omdat verschillende activiteiten vaak niet alleen in tijd gescheiden zijn, maar ook in ruimte, liggen aan de verplaatsingenpatronen van personen en goederen altijd activiteitenpatronen ten grondslag. Het verplaatsen van personen en goederen wordt aangeduid met de term vervoer. Een belangrijk deel van dit vervoer vindt plaats met behulp van een of ander vervoermiddel, zoals een schip, een auto of een fiets. Het verplaatsen van deze vervoermiddelen over de beschikbare verkeersinfrastructuur wordt aangeduid met term verkeer. Dit betekent dat het vervoer- en verkeerssysteem opgebouwd kan worden uit drie lagen (Schoemaker, 2002). De eerste laag wordt gevormd door de verplaatsingenpatronen van personen en goederen, welke aangeduid worden als reizigers en vracht. Ten behoeve van het verplaatsen van personen en goederen zijn vervoerdiensten nodig, waarvoor vervoermiddelen ingezet moeten worden. Dit vormt de tweede laag. Teneinde het verplaatsen van de vervoermiddelen mogelijk te maken, zijn verkeersdiensten nodig: het beschikbaar stellen van verkeersinfrastructuur en het regelen van het gebruik daarvan. Dit vormt de derde laag. De gedachte achter deze benadering van het vervoer- en verkeerssysteem is dat elke hogere laag diensten van de lagere laag nodig heeft, waarbij steeds gezocht moet worden naar een evenwicht tussen gestelde eisen en geboden kwaliteit. In dit verband kunnen de verplaatsingenpatronen van personen en goederen beschouwd worden als de vervoervraag en het aanbod van vervoerdiensten als het vervoeraanbod. De afstemming tussen vervoervraag en vervoeraanbod vindt plaats op de vervoermarkt. Evenzo kunnen de vervoerdiensten als verkeersvraag beschouwd worden en de verkeersdiensten als verkeersaanbod. De afstemming tussen beide vindt plaats op de verkeersmarkt. 1.7

16 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De term transport wordt in dit dictaat enkel gebruikt als zowel verkeer als vervoer bedoeld worden, hoewel in de literatuur transport, analoog aan het onderscheid tussen transport en traffic in de Angelsaksische wereld, ook wel wordt gebruikt als synoniem voor vervoer Achtergrond van de verplaatsingsbehoefte De maatschappij is te beschouwen als een verzameling individuen en (bedrijf)huishoudens die een reeks van activiteiten verrichten. Deze activiteiten kunnen zowel productief als consumptief zijn. Veel van die activiteiten, zoals werken en winkelen, vinden plaats in ruimtelijke eenheden, zoals woningen, winkels, kantoren en musea. Veelal is er sprake van concentratie van activiteitsruimten in nederzettingen. Teneinde de achtergrond te kennen van de verplaatsingsbehoefte is daarom inzicht nodig in de ontwikkeling van de ruimtelijke configuratie van nederzettingen. Uiteraard is niet iedere locatie en ieder tijdstip even geschikt voor iedere soort activiteit. Zo hangt de geschiktheid van een locatie voor de productie van auto s af van de aanwezigheid van toeleveringsbedrijven en gekwalificeerd personeel. Voor boodschappen doen is men bijvoorbeeld afhankelijk van de beschikbaarheid en openingstijden van winkels. De uiteindelijke ruimtelijke configuratie van de activiteitsruimten kan aangeduid worden als ruimtelijke infrastructuur. Het totaal aan soorten activiteiten binnen een gebied en de spreiding daarvan naar ruimte en tijd vormt samen met de ruimtelijke infrastructuur het activiteitensysteem. In een gegeven gebied is de wederzijdse beïnvloeding tussen het activiteitensysteem en het transportsysteem van wezenlijk belang. Bij deze wederzijdse beïnvloeding kan onderscheid gemaakt worden tussen korte- en lange- termijn effecten. In het algemeen geldt dat activiteitenpatronen en verplaatsingenpatronen elkaar op korte termijn beïnvloeden. De onderlinge beïnvloeding van de ruimtelijke infrastructuur en de naar plaats en tijd beschikbare verkeersnetwerken zal daarentegen veel meer een lange termijn karakter hebben Verplaatsingenpatronen Zoals in het voorgaande gesteld, is de noodzaak personen en goederen te verplaatsen het gevolg van de ruimtelijke spreiding van activiteiten. Een en ander wil zeggen dat er een nauwe verwevenheid is tussen activiteitenpatronen en verplaatsingenpatronen van personen en goederen. De in een bepaald gebied en voor een bepaalde periode geaggregeerde verplaatsingenpatronen kunnen worden beschouwd als de basis van de vervoervraag in dat betreffende gebied en die betreffende periode. Teneinde voldoende inzicht te krijgen in de vervoervraag is het veelal nodig de totale verplaatsingenpatronen onder te verdelen naar deelverplaatsingenpatronen. Relevante factoren zijn hierbij verplaatsingsafstanden, het ruimtelijke spreidingspatroon, tijdpatronen, motieven en soorten goederen. Bij het ontwerpen van een vervoeraanbod zal uiteraard tevens rekening gehouden moeten worden met de specifieke kenmerken van de te verplaatsen personen of goederen Reizigers en vracht Zowel bij verplaatsingen van personen als van goederen moet rekening gehouden worden met de hoedanigheid van het te verplaatsen object. Het gaat hierbij enerzijds om economische kenmerken, anderzijds om fysieke kenmerken. Deze kenmerken stellen eisen aan het te bieden vervoer. Wat betreft de economische kenmerken zal bij modegevoelige of bederfelijke goederen de tijd die het vervoer vergt belangrijker zijn dan de vervoerkosten, terwijl voor een laagwaardig goed als zand het omgekeerde geldt. Hetzelfde onderscheid is bij personenvervoer te maken, bijvoorbeeld de manager met eeuwig tijdgebrek, versus een vakantiehoudende student met een overvloed aan tijd. De fysieke eigenschappen waar rekening mee gehouden moet worden, betreffen in de eerste plaats gewicht, ruimtebeslag en volume. Zo passen in een bus niet meer dan ca. vier reizigers per m 2 vloeroppervlak en kan een lading van 2,50 m breed niet in een bestelwagen vervoerd worden. Andere fysieke eigenschappen waar rekening mee gehouden moet worden, zijn bijvoorbeeld het slecht ter been zijn van bepaalde reizigers en de agressiviteit op de omgeving van bepaalde goederen. Bij goederen bepalen de fysieke eigenschappen tevens of ze als bulk, als stukgoed of in grote laadeenheden vervoerd worden. 1.8

17 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Vervoersdiensten Om personen of goederen van de ene plek naar de andere te brengen, zijn vervoerdiensten nodig. Personen (of bij goederenvervoer: de verladers) kunnen ervoor kiezen om zichzelf een vervoerdienst aan te bieden; dit noemen we particulier vervoer (bv. lopen, eigen auto, eigen fiets, eigen vrachtwagen). Men kan de vervoerdienst ook door derden laten verrichten: beroepsvervoer. In dit laatste geval is het mogelijk om verschillende personen of goederen die niets met elkaar te maken hebben in hetzelfde voertuig te vervoeren. We noemen dit collectief vervoer. Collectief vervoer maakt vaak een efficiëntere vervoermiddelinzet mogelijk. Niet alle beroepsvervoer is echter collectief: de taxi of de koeriersdienst biedt individuele vervoerdiensten. Bij collectief vervoer kan tot slot nog onderscheid gemaakt worden tussen openbaar vervoer (voor iedereen toegankelijk) en besloten vervoer (voorbehouden aan een bepaalde vooraf gedefinieerde groep, ook groepsvervoer genoemd). Het patroon in ruimte en tijd van de vervoermiddelen vertoont uiteraard een relatie met het verplaatsingenpatroon. Dit patroon ontstaat bij particulier vervoer spontaan : iedere verplaatsing van A naar B leidt eenvoudigweg tot een vervoerdienst van A naar B. Bij vervoerdiensten door derden hoeft echter geen één-op-één-relatie met het verplaatsingenpatroon te bestaan, doordat personen of goederen die verschillende verplaatsingen maken geheel of gedeeltelijk gebruik kunnen maken van dezelfde vervoerdienst. Er is dan echter een bepaalde mate van organisatie vooraf nodig; we noemen dit netwerken van vervoerdiensten of kortweg dienstennetwerken. Dienstennetwerken kunnen geheel van tevoren zijn vastgelegd (geregeld vervoer, bijvoorbeeld het stadsbusnet), het kan echter ook geheel of gedeeltelijk afhankelijk worden gesteld van de actuele vervoervraag (vraagafhankelijk vervoer, bijvoorbeeld de belbus). Dienstennetwerken hebben zowel een ruimte- als een tijdsdimensie. De ruimtedimensie heeft betrekking op de ligging van de toegangspunten (haltes/stations, laad- en losplaatsen), en de verbindingen tussen deze toegangspunten (schakels, lijnen). De tijdsdimensie heeft betrekking op de tijdstippen waarop de toegangspunten worden aangedaan (frequentie, dienstregeling). Er kunnen vele vormen van dienstennetwerken worden onderscheiden. Het meest wezenlijke is het onderscheid tussen netwerken die primair gericht zijn op collectie en distributie (ontsluitende netwerken) en netwerken waarbij de nadruk ligt op bundeling of consolidatie (verbindende netwerken). Het totaal van vervoerdiensten in een bepaald gebied en een bepaalde tijdsperiode kan in eerste instantie beschouwd worden als het vervoeraanbod. Een volledig beeld van het vervoeraanbod wordt echter pas verkregen als tevens de karakteristieke vervoerkundige kenmerken van de ingezette vervoermiddelen bekend zijn Vervoersmiddelen Voor het verrichten van vervoerdiensten moeten in het algemeen vervoermiddelen worden ingezet. Personen hebben het wat dat betreft iets makkelijker dan goederen: personen zijn vaak in staat een stukje te lopen, waardoor het vervoermiddel niet persé tot bij de voordeur hoeft te komen. Er zijn zeer veel soorten vervoermiddelen; elk type is meer of minder geschikt voor een bepaalde toepassing in termen van soorten verplaatsingen en vervoerdiensten. De verschillende typen vervoermiddelen kunnen worden onderscheiden aan de hand van kenmerken als: continue vervoermiddelen (bv. lopende band) versus niet-continue vervoermiddelen (bv. auto), geleide voertuigen (bv. trein) versus niet-geleide voertuigen (bv. auto), ongemotoriseerd (bv. fiets) versus gemotoriseerd (bv. auto), handgestuurd versus automatisch, open versus gesloten, koppelbaar versus niet-koppelbaar. Verder zijn er meetbare kenmerken als de afmetingen, het gewicht, de rijkarakteristieken (maximumsnelheid, acceleratievermogen), het aantal zit- en staanplaatsen, de laadruimte. De bovenstaande lijst is uiteraard verre van volledig. Merk op, dat een taxi en een eigen auto niet worden beschouwd als twee verschillende soorten vervoermiddelen; het zijn beide personenauto s, echter in een verschillende toepassing Verkeersdiensten Het patroon in ruimte en tijd van de vervoermiddelen (de vervoerdiensten) kan beschouwd worden in samenhang met de vervoervraag. Beschouwen we de collectiviteit van vervoermiddelen echter op zichzelf, zonder een relatie te leggen met het verplaatsingenpatroon van personen en goederen, dan spreken we van verkeer. Verkeer vindt plaats op een speciaal daartoe ingericht deel van de 1.9

18 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen openbare ruimte: de verkeersnetwerken. Het verkeer en de verkeersnetwerken kunnen in dezelfde hand zijn; dit was tot voor kort het geval bij de spoorwegen. Veel vaker echter fungeert de overheid als beheerder van verkeersnetwerken. De verkeersnetwerken kunnen opgesplitst worden in een statische en een dynamische component. De statische component van de verkeersnetwerken wordt gevormd door de netwerken van fysieke verkeersinfrastructuur, kortweg infrastructuurnetwerken. De belangrijkste bestaande typen infrastructuurnetwerken zijn het wegennet, het railnet en het binnenvaartnet. In relatie met door bepaalde soorten verkeer gestelde eisen, kunnen er vele netwerkvormen onderscheiden worden: zo ziet een netwerk voor langeafstandsverkeer er in het algemeen heel anders uit (grofmaziger, grotere boogstralen) dan een netwerk voor wijkontsluiting. Beseft moet worden dat er geen éénop-één relatie bestaat tussen dienstennetwerken en infrastructuurnetwerken. Enerzijds is het denkbaar dat een bepaald type vervoerdiensten gebruik maakt van verschillende infrastructuurnetwerken. Zo maakt het netwerk van Interliner-diensten (interregionale snelbussen) gebruik van het autosnelwegnet, het netwerk van 80 km-wegen en het stedelijke wegennet. Anderzijds wordt een infrastructuurnetwerk veelal gebruikt door verschillende typen vervoerdiensten: een netwerk van een stadsdistributiesysteem voor goederen en een netwerk van lokale busdiensten maken beide gebruik van hetzelfde netwerk van stedelijke wegen. De dynamische component betreft de regeling van het gebruik van de verkeersnetwerken. Verkeersdiensten zorgen ervoor, dat de verkeersinfrastructuur wordt toegewezen aan een bepaald deel van het verkeer. Verkeersdiensten kunnen vooraf zijn vastgelegd (verkeerslichten en wisselstroken met een vaste cyclus, doelgroepstroken, dienstregelingpaden voor treinen) of afhankelijk worden gesteld van de verkeersvraag (verkeersafhankelijke verkeerslichtenregelingen, toeritdoseringen, dynamische blokbeveiligingssystemen). De ruimtelijke configuratie van de verkeersnetwerken in een bepaald gebied en de beschikbaarheid daarvan in de tijd kan beschouwd worden als het verkeersaanbod. Tot het verkeersaanbod behoort echter ook de wijze waarop de verschillende elementen, waaruit het netwerk is opgebouwd, zijn afgestemd op de verkeerskundige karakteristieken van de relevante voertuigen Verkeersinfrastructuur De in paragraaf onderscheiden voertuigkenmerken maken het nodig verschillende typen verkeersinfrastructuur te onderscheiden. Op dit moment zijn de hoofdtypen landgebonden infrastructuur: wegen, spoorwegen en binnenvaartwegen. Binnen deze hoofdtypen kunnen weer vele onderverdelingen gemaakt worden. In de toekomst kunnen bovendien, gekoppeld aan nieuwe voertuigtypen, nog andere soorten infrastructuur (verder) tot ontwikkeling komen, zoals de geplande magneetzweefbaan tussen Hamburg en Berlijn. In het algemeen kan bij infrastructuurelementen onderscheid gemaakt worden tussen toegangspunten, schakels, knooppunten, en stallingruimte. Bij knooppunten kan onderscheid gemaakt worden naar het aantal samenkomende richtingen, de mogelijke verbindingen tussen deze richtingen en de mate waarin verschillende richtingen ongelijkvloers worden afgewikkeld. Bij schakels zijn kenmerken als breedte (aantal stroken, sporen) en hoogteligging (maaiveld, viaduct, tunnel) van belang. Bij het luchtverkeerssysteem kunnen de luchthavens beschouwd worden als toegangspunten; de schakels worden gevormd door luchtcorridors. Stallingruimte kan de vorm aannemen van een toegangspunt (parkeergarages) of van een schakel (parkeren langs de weg). De verdere detaillering van onderdelen van de verkeersinfrastructuur hangt af van de ontwerpsnelheid en van bepaalde kenmerken van afzonderlijke voertuigen. Zo is voor het dwarsprofiel van een weg de breedte van de voertuigen belangrijk, voor het lengteprofiel de helling die een voertuig kan overwinnen en voor het tracé de acceptabele boogstralen. Veelal gaat het hierbij om de maximaal toegestane breedtes, aslasten, e.d. Soms kan echter uitgegaan worden van een zgn. maatgevend voertuig. Zo worden parkeervakken veelal gedimensioneerd op de lengte en breedte waar 85 % van de personenauto s onder blijven. 1.10

19 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De vervoer- en verkeersmarkt Het transportsysteem kan worden beschouwd als de som van twee deelsystemen, namelijk het vervoer- en het verkeerssysteem. Het vervoersysteem omvat de elementen verplaatsingspatronen, reizigers en vracht, vervoerdiensten, vervoermiddelen. De vraagkant wordt gevormd door het verplaatsingenpatroon, de aanbodkant door de vervoerdiensten. Het verplaatsingenpatroon is te beschouwen als de ordening in ruimte en tijd van de vervoervraagelementen : de reizigers en de vracht. De vervoerdiensten zijn op analoge wijze te beschouwen als de ordening in ruimte en tijd van de vervoersaanbodelementen, namelijk de vervoermiddelen. Waar sprake is van vraag en aanbod, kan ook een markt worden gedefinieerd. Zo ook in dit geval: de vervoermarkt beschrijft de wisselwerking tussen het verplaatsingenpatroon (de vervoervraag) en de aangeboden vervoerdiensten. Een en ander staat samengevat in Figuur 1.3. ordening in ruimte en tijd elementen vervoervraag reizigers, vracht vervoeraanbod vervoermiddelen verplaatsingenpatroon vervoerdiensten vervoermarkt vervoersysteem FIGUUR 1.3 HET VERVOERSYSTEEM De vier elementen vervoerdiensten, vervoermiddelen, verkeersdiensten en verkeersinfrastructuur vormen samen het verkeerssysteem. Evenals het vervoersysteem, heeft ook het verkeerssysteem een vraagkant en een aanbodkant. De vraagkant wordt gevormd door de vervoerdiensten, de aanbodkant door de verkeersdiensten. De vraagkant van het verkeerssysteem is dus identiek aan de aanbodkant van het vervoersysteem. Worden de vervoerdiensten niet in samenhang beschouwd met het verplaatsingenpatroon van personen en goederen, dan spreken we eenvoudigweg van verkeer. Verkeer is te beschouwen als een ordening in ruimte en tijd van de verkeersvraagelementen, namelijk de vervoermiddelen. Op analoge wijze zijn de verkeersdiensten te beschouwen als een ordening in ruimte en tijd van elementen waaruit de verkeersinfrastructuur is opgebouwd. De verkeersmarkt beschrijft de wisselwerking tussen de verkeersvraag en het verkeersaanbod (verkeersdiensten). Een en ander staat samengevat in Figuur

20 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen FIGUUR 1.4: HET VERKEERSSYSTEEM Resumerend kan het totale vervoer- en verkeerssysteem worden beschouwd als een systeem met de drie in paragraaf genoemde lagen en daartussen de vervoermarkt en de verkeersmarkt. Zie Figuur 1.5. De vervoermarkt is de interactie tussen de vervoervraag en het vervoeraanbod. De verkeersmarkt is de interactie tussen de verkeersvraag en het verkeersaanbod. Dit afstemmingsproces kan plaatsvinden op basis van marktwerking, maar kan ook planmatig gebeuren. Bovendien zijn vele tussenoplossingen mogelijk. Het begrip markt zal dus in een brede context gezien moeten worden. Hoe marktwerking plaatsvindt onder geïdealiseerde omstandigheden wordt beschreven door de micro-economische nutstheorie. Uitgangspunt van deze theorie is dat iedere speler op een markt rationeel handelt, dat wil zeggen probeert zijn nut te maximaliseren. Meestal zal een potentiële consument van een vervoersdienst nut ontlenen aan activiteiten, terwijl reistijd en reiskosten een disnut (negatief nut) opleveren. Een aanbieder van een vervoersdienst zal voornamelijk nut ontlenen aan de winst van de onderneming. FIGUUR 1.5: HET TRANSPORTSYSTEEM (SCHOEMAKER, 2002) 1.4 Samenhang ruimtelijk systeem en transportsysteem Interactie tussen gebieden Het transportsysteem is van invloed op het ruimtelijk systeem. In de vorige paragrafen werd reeds het voorbeeld genoemd van de bedrijvigheid die zich concentreert rondom een overslagpunt, bijvoorbeeld een haven. Hollandse steden als Dordrecht, Rotterdam en Amsterdam hebben waarschijnlijk hun bestaan voor een belangrijk deel te danken aan de economische voordelen van vestiging nabij een overslagpunt, gecombineerd met overige agglomeratievoordelen. Ook de stations- en snelweglocaties die de afgelopen decennia ontwikkeld zijn, danken hun populariteit voor een belangrijk deel aan hun goede bereikbaarheid. Lokale verbeteringen van het transportsysteem creëren dus deels hun eigen vervoersvraag, doordat het ruimtelijk systeem zich 1.12

21 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen aan deze verandering aanpast. Naast de invloed van het transport systeem op de ontwikkeling van een bepaalde nederzetting kan ook gekeken worden naar de invloed van het transport systeem op de interactie tussen verschillende steden. Ullman (1956) noemt een drietal voorwaarden voor interactie tussen twee plaatsen. De eerste voorwaarde is complementariteit. Met andere woorden, er moet een vraag-aanbodrelatie bestaan tussen beide plaatsen. Tweede voorwaarde is het ontbreken van gunstige substitutiemogelijkheden, zoals een dichterbij gelegen gelijkwaardig alternatief. De derde voorwaarde die Ullman noemt is transferabiliteit, oftewel de verplaatsingsmogelijkheden. Indien een verplaatsing te duur is en/of teveel tijd kost, is de kans groot dat ervan wordt afgezien Lagenmodel en ruimtelijk systeem Binnen het activiteitensysteem en binnen het transportsysteem kunnen vergelijkbare lagen en markten onderscheiden worden. In het geval van het activiteitensysteem kan onderscheid gemaakt worden tussen: De activiteitenpatronen; De aangeboden diensten die de mogelijkheden bieden tot het ontplooien van activiteiten. Een winkel levert bijvoorbeeld als dienst de mogelijkheid om boodschappen te doen, terwijl een school op bepaalde tijdstippen onderwijs aanbiedt als dienst. Ook het ontvangen van visite is te beschouwen als een dienst; Voor het plaats bieden dan wel huisvesten van bedoelde diensten zijn activiteitsruimten nodig. De ruimtelijke situering van deze activiteitsruimten vormt de zogenaamde ruimtelijke structuur. Voor de afstemming tussen de onderscheiden lagen zijn twee markten te onderkennen. Op de activiteitenmarkt is er sprake van een afstemming van de behoeften van personen en de aangeboden diensten. Op de activiteitsruimtenmarkt wordt het aanbod aan activiteitsruimten aangepast aan de vraag van diensten naar activiteitsruimten en omgekeerd. Deze markt is in Nederland sterk gereguleerd; door bestemmingsplannen wordt immers bepaald wat voor activiteiten mogen plaatsvinden op welk stuk grond. De woningmarkt is een voorbeeld van een deelmarkt van de activiteitsruimtenmarkt, evenals de kantoren- en sportterreinenmarkt. Zoals in het bovenstaande reeds werd aangegeven, kunnen bij het transportsysteem vergelijkbare lagen en markten onderscheiden worden: De verplaatsingenpatronen, De vervoerdiensten, De verkeersdiensten. De afstemming tussen de onderscheiden lagen van het transportsysteem gebeurt op de vervoermarkt en de verkeersmarkt. FIGUUR 1.6 OPBOUW VAN HET RUIMTELIJK SYSTEEM 1.13

22 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Bij de afstemming tussen de onderscheiden lagen is het zinvol onderscheid te maken tussen korte termijn en lange termijn effecten. Met name op de korte termijn geldt dat de verkeersnetwerken de randvoorwaarden bepalen voor de vervoerdiensten en de vervoerdiensten de randvoorwaarden bepalen voor het verplaatsingenpatroon. Voor hetzelfde geldt dat op de korte termijn de ruimtelijke infrastructuur bepaalt welke diensten er kunnen worden geleverd op welke plaats, terwijl de geleverde diensten weer bepalen welke activiteiten er kunnen plaatsvinden. Zie Figuur 1.6. Ook bij de samenhang tussen activiteitensysteem en transportsysteem kan onderscheid gemaakt worden tussen korte en lange termijn effecten. Op de korte termijn zal steeds sprake zijn van een afstemming op microniveau tussen activiteitenpatronen en verplaatsingenpatronen van individuen. Iemand die van baan veranderd zal ook andere verplaatsingen maken. Deze verandering van verplaatsingenpatroon kan echter ook weer leiden tot veranderingen in het activiteitenpatroon doordat bij voorbeeld de andere werkplek het elders doen van boodschappen mogelijk maakt. Ook op macroniveau zullen echter het activiteitensysteem en het transportsysteem elkaar beïnvloeden. Enerzijds kan hierbij gedacht worden aan de noodzaak nieuwe woongebieden zoals VINEX-lokaties of bedrijventerreinen te ontsluiten door de uitbouw van verkeersnetwerken. Anderzijds heeft de aanwezigheid van verkeersnetwerken invloed op de ruimtelijke configuratie van activiteitsruimten, zoals de ontwikkeling van de zogenaamde zichtlocaties laat zien. In dit soort gevallen gaat het duidelijk om lange termijn ontwikkelingen. 1.14

23 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 2 VERPLAATSINGSPATRONEN 2.1 Inleiding In het voorgaande hoofdstuk is aandacht besteed aan het feit dat allerlei activiteiten plaats vinden in ruimtelijk gescheiden gebieden en op verschillende tijdstippen. De hiermee samenhangende activiteitenpatronen leiden tot verplaatsingenpatronen van personen, maar evenzeer van goederen. De in een bepaald gebied en voor een bepaalde periode geaggregeerde verplaatsingenpatronen kunnen worden beschouwd als de basis van de vervoervraag in dat betreffende gebied en die betreffende periode. Aan deze samenhang tussen activiteiten en verplaatsingen wordt aandacht besteed in paragraaf 2.2. Daarnaast zijn de eisen die de te vervoeren personen en goederen aan het vervoer stellen bepalend voor de vervoervraag. Teneinde inzicht te krijgen in de samenstelling van het totale verplaatsingenpatroon van personen is het zinvol binnen dit totale patroon deelverplaatsingenpatronen te onderscheiden. Hetzelfde geldt voor het totale verplaatsingenpatroon van goederen. Wat betreft de meest relevante indelende variabelen moet bij het personenvervoer in eerste instantie gedacht worden aan de verplaatsingsmotieven en bij het goederenvervoer aan de soorten goederen. Voorts zijn van belang de verplaatsingsafstanden, de ruimtelijke spreidingspatronen en de tijdpatronen van de verplaatsingen. Deze verplaatsingskenmerken van het personenvervoer, respectievelijk het vervoer van goederen, zijn onderwerp van de paragrafen en 2.3. Bij de gegeven cijfers is (uitzonderingen daargelaten) geen onderscheid gemaakt naar de verschillende vervoerwijzen. We moeten ons overigens realiseren dat de vervoervraag niet een absoluut gegeven is. De omvang en samenstelling van de vervoervraag is niet alleen afhankelijk van externe gegevens maar ook van de aanbodkant van het vervoer- en verkeerssysteem. Zoals bij bijna alle producten en diensten is er ook in het vervoer- en verkeerssysteem een wisselwerking tussen vraag en aanbod. 2.2 Samenhang activiteiten en verplaatsingen Personenverplaatsingen Verplaatsingen Om activiteiten buitenshuis te kunnen uitoefenen zijn afstandsoverbruggingen nodig tussen activiteitsruimten. Een personenverplaatsing is de afstandsoverbrugging van een persoon tussen een activiteitsplaats van herkomst (herkomstadres) en een activiteitsplaats van bestemming (bestemmingsadres) om aldaar een andere activiteit te gaan uitoefenen. Boven gegeven begrippen herkomst en bestemming zijn in beginsel ook van toepassing op het goederenvervoer. In plaats van herkomst spreekt men dan echter vaak van plaats van lading, in plaats van bestemming van plaats van lossing. Een verplaatsing heeft een reden, een motief (gaan werken, gaan winkelen) en dat verplaatsingsmotief wordt direct bepaald door de activiteit (werken, winkelen) of het type activiteitsruimte (kantoor, winkel) op de plaats van bestemming. Tijdens een verplaatsing kunnen achtereenvolgens verscheidene vervoerwijzen worden gebruikt. Doorgaans wordt aan een verplaatsing een hoofdvervoerwijze gekoppeld, namelijk die waarmee de grootste afstand wordt afgelegd. Elke verplaatsing kent een offer, niet alleen in geld en tijd maar ook in ongemak. Dit offer noemen we de verplaatsingsweerstand: het is een gewogen som van diverse reistijdelementen (rijtijd, wachttijd, etc.), kostenelementen (brandstof, tol, parkeren, OV-tarief), en overige ongemakken. Uitgangspunt is dat een verplaatsing naar een activiteitsruimte alleen dan tot stand komt indien het nut van de aldaar uit te oefenen activiteit voor de beslissingnemer gelijk is aan of groter dan het offer (disnut) van de ermee gemoeide verplaatsing. Het geheel van verplaatsingen van een individu of een groep individuen gedurende een bepaalde periode (dag, week, jaar) voor de diverse motieven en met de diverse vervoerwijzen vormt het verplaatsingenpatroon. 1.15

24 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De verplaatsing van personen tussen een herkomst en bestemming noemen we vervoer. Het geheel van de gerealiseerde behoefte aan vervoer (de daadwerkelijk uitgevoerde verplaatsingen) is de vervoervraag. Deze vervoervraag kan nader worden getypeerd naar relatie (waar), tijd (wanneer), motief en vervoerwijze. De vervoervraaganalyse bestaat onder meer uit de analyse van het verplaatsingenpatroon en de vervoervraag, afhankelijk van het activiteitenpatroon en de bedieningskwaliteiten van de diverse vervoerwijzen. De vervoeromvang wordt gekwantificeerd in aantallen vervoerde personen, de vervoerprestatie wordt uitgedrukt in personenkilometers (aantal personen maal het aantal per persoon afgelegde kilometers). Bij het openbaar vervoer wordt in plaats van de term personenkilometers meestal de term reizigerskilometers gebruikt. Verplaatsingenketen FIGUUR 2.1: VOORBEELD VAN EEN VERPLAATSINGENKETEN Verplaatsingen staan niet op zichzelf, maar worden uitgevoerd in ketens, opgezet vanuit een basis. Een verplaatsingenketen bij personenvervoer is een reeks van opeenvolgende verplaatsingen die begint bij de basis en via een of meer activiteitsruimten terugkeert naar de basis. Bij het personenvervoer is de woning de belangrijkste basis: de woninggebonden ketens omvatten meer dan 95% van alle ketens. Een klein aandeel verplaatsingenketens heeft de werkplek als basis: denk bijvoorbeeld aan zakelijke verplaatsingen en aan winkelen tijdens de werkpauze. Een grote meerderheid van de ketens (80%) zijn simpele ketens van twee verplaatsingen en een activiteit buitenshuis: bijvoorbeeld van huis naar werk of winkel en terug; Een zeer klein deel van de ketens (7%) bestaat slechts uit één verplaatsing: dit betreft een eindje toeren of wandelen; De overige ketens (13%) bestaan uit verbindingen van drie of meer activiteitsruimten (inclusief basis). De meest voorkomende keten is de woon - winkel - woon keten (17%). Het aantal ketens per persoon per dag is circa 1,4. Tabel 2.1 geeft het aantal ketens per persoon per dag (voor alle personen), waarbij onderscheid is gemaakt tussen het huis- en elders-gebonden ketens. aantal verplaatsingen per keten of meer huis-gebonden 0,08 1,07 0,17 elders-gebonden 0,01 0,04 0,01 TABEL 2.1: AANTAL KETENS PER PERSOON PER DAG (ALLE PERSONEN), BRON: MON-DATABESTAND 2006 Vaak wordt gesproken van een tendens in de richting van meer complexe ketens. Dit zou vooral mogelijk worden gemaakt door het toenemende autobezit en de overall goede bereikbaarheid met de auto. Het combineren van verschillende activiteiten in één keten kan tot aanzienlijke besparingen in reistijd, afstand en reiskosten leiden voor het individu, maar daarmee tevens tot een vermindering van de totale vervoervraag. Dit speelt vooral bij bewoners van nieuwere stadsdelen en suburbane gebieden, verder afgelegen van binnensteden, omdat die grotere afstanden moeten afleggen voor een zelfde aantal activiteiten dan bewoners in of nabij binnensteden. In de statistieken van het verplaatsingsgedrag is een dergelijke tendens echter niet zichtbaar. Het komt uiteraard ook voor dat iemand op een dag twee of meer verplaatsingenketens maakt. Zie Figuur

25 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen FIGUUR 2.2: VERPLAATSINGENKETEN De reiziger formeert zo gunstig mogelijke verplaatsingenketens om maximaal nut uit de te verrichten activiteiten te halen. Het verplaatsingskeuzegedrag, vooral de vervoerwijze- en bestemmingskeuze, wordt bepaald door de kenmerken van de hele keten, niet door die van de afzonderlijke verplaatsingen Verplaatsingen van goederen Ook bij het goederenvervoer kan onderscheid gemaakt worden tussen de verschillende soorten activiteiten die leiden tot vervoervraag. De verplaatsing van goederen tussen plaatsen van lading en lossing noemen we vervoer, het geheel van het gerealiseerde vervoer de vervoervraag (analoog aan personenvervoer). De vervoeromvang, ook wel vervoervolume genoemd, wordt uitgedrukt in (vervoerde) tonnen, laadeenheden of kubieke meters. De vervoerprestatie wordt uitgedrukt in (lading)tonkilometers, het aantal vervoerde tonnen maal de vervoerafstand. De vervoervraag kan verder worden uitgedrukt in de kenmerken: samenstelling (soort goederen), richting (herkomst, bestemming, maar ook: binnenlands, internationaal), tijdstip of tijdperiode. activiteit aanvoer*1 afvoer*2 vind-/winplaatsen agrarische bedrijven productie halffabricaten productie eindproducten handel huishoudens en diensten - meststoffen, veevoer grondstoffen grondstoffen, halffabricaten, componenten eindproducten, componenten*2 Eindproducten grondstoffen agrarische producten halfproducten, componenten eindproducten, componenten eindproducten afval *1 exclusief goederen t.b.v. huisvesting e.d. en goederen die voor de exploitatie gebruikt worden (zoals brandstoffen) *2 in sommige gevallen wordt in de 'handelsketen' pas het eindproduct geassembleerd (zoals computers) TABEL 2.2: BELANGRIJKSTE SOORTEN AAN TE VOEREN EN AF TE VOEREN GOEDERENSOORTEN BIJ VERSCHILLENDE ACTIVITEITEN De verschillende activiteiten zijn verbonden in een keten of zelfs in een kringloop, deze zijn in Figuur 2.3 weergegeven. 1.17

26 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen FIGUUR 2.3: PRODUCTKETEN Hoewel de kringloop in het goederenvervoer iets weg heeft van een gesloten keten, net als in het personenvervoer, is de tijdsdimensie heel anders. Waar bij personenverplaatsingen de keten meestal binnen enkele uren gesloten wordt, kan dat bij goederen decennia duren. Bovendien veranderen goederen sterk van verschijningsvorm en eigenschappen binnen de kringloop. Het is voor de meeste vervoeranalyses dan ook handiger de keten als niet-gesloten te beschouwen. De toevoerende en afvoerende goederenstromen zijn alleen bij handelsondernemingen bij benadering gelijk van omvang. Voor het overige geldt dat de ingaande en uitgaande goederenstromen sterk verschillend van omvang en samenstelling kunnen zijn. Omdat goederen geen eigen wil hebben en zichzelf niet kunnen verplaatsen, moet goederenvervoer altijd georganiseerd worden. De wijze waarop die organisatie plaatsvindt, heeft grote invloed op de eigenschappen van de goederenstroom. Binnen de organisatie, of logistiek, van een bedrijf kan onderscheid worden gemaakt tussen materials management (het gedeelte van de logistiek dat zich bezig houdt met interne goederenstromen) en de fysieke distributie: het onderdeel van de bedrijfslogistiek dat zich bezig houdt met het vervoeren van goederen (buiten of tussen productie- of opslaglocaties). Doel van logistiek is ervoor te zorgen dat de gewenste goederen in de gewenste hoeveelheden in de gewenste kwaliteit op de gewenste plaats en op het gewenste tijdstip beschikbaar zijn, tegen minimale kosten. Om kosten te reduceren, zal in de meeste bedrijven allereerst getracht worden de interne goederenstromen te optimaliseren, bijvoorbeeld door ervoor te zorgen dat het aantal onder handen zijnde producten minimaal is ('pijplijnvoorraad' minimaliseren) en dat de tijd tussen het ontvangen van een order en het afleveren van een gereed product (de 'lead-time') wordt geminimaliseerd. Bij de zogenaamde integrale logistieke benadering worden bij de optimalisatie ook activiteiten betrokken die zich buiten het eigen bedrijf afspelen: ook de fysieke distributie wordt erbij betrokken. Er worden afspraken gemaakt met leveranciers, transporteurs en afnemers, zodat het productieproces zo goed mogelijk aansluit bij de vraag, toeleveranties zo goed mogelijk aansluiten bij het productieproces en er zo min mogelijk afstemmingsverliezen optreden. De eigenschappen van de goederenstroom zullen daarom in hoge mate beïnvloed worden door de logistieke processen die zich in de keten afspelen. Kanttekening: Hoewel de term ketenlogistiek suggereert dat er binnen zo n keten centrale besturing zou plaatsvinden, is dit slechts zelden het geval. Slechts weinig bedrijven zijn in staat (hebben de macht) om logistieke processen buiten hun directe invloedsgebied aan te sturen. Door intensieve samenwerking tussen producenten en logistieke dienstverlening kunnen logistieke processen wel goed op elkaar worden afgestemd. Analoog aan het personenvervoer, is ook bij het goederenvervoer de omvang en de spreiding van, vooral economische, activiteiten van belang. De activiteitencentra voor het goederenvervoer vallen gedeeltelijk samen met die voor het personenvervoer: daar waar veel mensen zijn, is immers ook veel vraag naar (eind-)producten. Daarnaast zijn bepaalde (handels-) activiteiten nauw gekoppeld aan inwonersconcentraties. Er zijn echter ook belangrijke industriële en handelsconcentraties op 1.18

27 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen plaatsen waar geen grote bevolkingsconcentraties zijn. Te denken is hierbij aan havengebieden, aan industriegebieden en aan distributiecentra Geleding van verplaatsingen Een verplaatsing is in veel gevallen opgebouwd uit onderdelen, ritten genoemd, die met verschillende vervoermiddelen (of lopend) worden afgelegd. Een rit is dus een deel van een verplaatsing dat met een zelfde vervoermiddel is afgelegd. Een verplaatsing is een aaneengesloten keten van ritten. Typische ritketens zijn: herkomst - lopen - auto - lopen - herkomst - fietsen - herkomst - lopen - bus - trein - fiets - bestemming: 3 ritten, bestemming: 1 rit, bestemming: 4 ritten. FIGUUR 2.4 RITKETEN In deze systematiek verdient de rol van lopen extra aandacht. In bovenstaand voorbeeld is bijvoorbeeld geen sprake van lopen bij het gebruik van de fiets en bij de overstap tussen bus en trein, terwijl er bij de auto blijkbaar sprake is van parkeerplaatsen op enige afstand van de herkomst en bestemming. Een alternatieve definitie kan zijn dat lopen een universele vervoerwijze is voor voor- en natransport en voor overstappen. In dat geval, bestaan de bovenstaande voorbeelden uit 1 rit, 1 rit respectievelijk 3 ritten. Nadeel hiervan is dat een lange loopafstand naar het station buiten beschouwing wordt gelaten. Voor een systematische analyse van ritketens verdient het aanbeveling een minimale loopafstand te hanteren. 2.3 Verplaatsingskenmerken personenvervoer OVG en MON Het Onderzoek Verplaatsingsgedrag (OVG) is een huishoudenquête waarin jaarlijks circa huishoudens en meer dan personen werden ondervraagd over hun activiteitenpatroon en het daaraan gekoppelde verplaatsingsgedrag. Dit betekent dat per jaar gegevens over meer dan verplaatsingen beschikbaar zijn. Sinds 1978 wordt het OVG gehouden. In de loop der tijd is wel het een en ander veranderd aan de onderzoeksmethode, wat problemen oplevert bij tijdreeksanalysen. Voorbeelden hiervan zijn de overgang van enquêtedagboekjes naar eendagsenquêtes met een telefonische benadering, de omvang van de steekproef, het wel of niet meenemen van kinderen jonger dan 12 jaar en met ingang van 1999 telefonische controle bij non-response. Onderzoek naar deze laatste wijziging leerde bijvoorbeeld dat in tegenstelling tot de verwachting, de non-response vooral werd veroorzaakt door niet mobiele personen. Met ingang van 2004 is het OVG vervangen door het MON (MobiliteitsOnderzoek Nederland) dat in opdracht van de Dienst Verkeer en Scheepvaart van Rijkswaterstaat (voorheen Adviesdienst Verkeer en Vervoer) wordt uitgevoerd. In deze nieuwe opzet is het aantal respondenten gedaald. De nieuwe opzet biedt tevens de mogelijkheid de steekproef plaatselijk te verdichten of om specifieke onderzoeksvragen in het onderzoek mee te nemen. Voor 2004 was het doel respondenten. In de praktijk is door het meerwerk de respons hoger geweest: personen. 1.19

28 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen In de afgelopen jaren is de steekproefomvang echter steeds kleiner geworden. De gegevens in de volgende paragrafen zijn grotendeels gebaseerd op het MON en het OVG Kengetallen personenvervoer Het verplaatsingspatroon, oftewel de vervoervraag zoals wij die dagelijks waarnemen, is de resultante van miljoenen afzonderlijke verplaatsingen en dagelijkse keuzes van individuen. De gemiddelde Nederlander maakt ongeveer 2,9 verplaatsingen per dag en 20 per week. Voor heel Nederland zijn dat bijna 50 miljoen verplaatsingen op een dag. We interesseren ons enerzijds voor het verplaatsingspatroon op microniveau, dat is voor het gedrag van het individu. Op dat niveau worden de beslissingen genomen (bijvoorbeeld vervoerwijzekeuze) die we willen begrijpen en eventueel beïnvloeden. Anderzijds zijn we geïnteresseerd in wat op macroniveau gebeurt, de sommatie van al die individuele verplaatsingen. Op macroniveau (op straat, in de trein) worden we geconfronteerd met de maatschappelijke voor- en nadelen van het vervoer (congestie, milieuschade en dergelijke, maar ook bereikbaarheid van scholen en bedrijven) waar we eventueel iets aan willen doen. Zowel op micro- als op macroniveau wordt het verplaatsingenpatroon bepaald door enerzijds relatief constante kengetallen en anderzijds veranderlijke grootheden. Belangrijke veranderlijken op microniveau zijn autobezit, inkomen, leeftijd, huishoudensituatie en geografische locatie van het huishouden. Belangrijke veranderlijken op macroniveau zijn de aantallen (inwoners, auto's) per deelgroep. We kunnen de kwantiteiten van het macroniveau ramen door homogene deelgroepen te onderscheiden (met een doorgaans veranderlijke omvang) en van elke deelgroep de stabiele kengetallen vanhet gedrag aan te geven. Vermenigvuldiging van deze kengetallen met de omvang van de deelgroep geeft het macrototaal. De omvang van de deelgroep is doorgaans een veranderlijke. Macrototaal = i (parameter groep i omvang groep i) VOORBEELD 2.1: 2004 Kengetal: Omvang: Totaal: gemiddeld jaarkilometrage per personenauto is km aantal personenauto's is 6,9 mln aantal personenautokilometers is 107 mld. Om de kwantiteiten van het verkeer- en vervoersysteem gemakkelijk in de vingers te krijgen, is het dus nodig de juiste deelgroepen te onderscheiden en daarvan de stabiele kengetallen te weten. Deelgroepen moeten een homogeen (ten opzichte van andere groepen) en in de tijd stabiel gedrag vertonen en de omvang van de groep moet bekend zijn of gemakkelijk te ramen uit beschikbare statistieken. Eenheden waarop het personenvervoer kan worden betrokken, zijn bijvoorbeeld: personen, eventueel nader onderverdeeld bijvoorbeeld naar werkers/ niet-werkers, naar autobezit, naar leeftijd, auto's, huishoudens, eventueel onderverdeeld naar grootte of autobezit, woningen, arbeidsplaatsen (bij woon-werk- en zakelijke verplaatsingen), vierkante meter vloeroppervlak (bij winkelverplaatsingen). Hiervan zijn doorgaans voor diverse ruimtelijke eenheden goede statistieken beschikbaar. Welke kengetallen van het verplaatsingenpatroon zijn geschikt en bekend? We kunnen naar vier grootheden kijken: aantal verplaatsingen, reistijden, respectievelijk tijdsbesteding aan vervoer, afgelegde kilometers, reissnelheden (als afgeleide van afstanden en tijden). Het aantal verplaatsingen per persoon, respectievelijk huishoudentype is een redelijke constante, zowel in de tijd in Nederland als tussen landen. Deze bedraagt voor de hele bevolking ongeveer 2,9 1.20

29 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen per dag (zie ook Tabel 2.3). Dit kengetal verschilt enigszins naar bevolkingscategorie: hij neemt bijvoorbeeld toe met stijgend inkomen en opleidingsniveau. De constantheid vloeit vooral voort uit het feit dat vervoer een afgeleide vraag is: het gaat om de activiteiten. Het aantal en de diversiteit van het activiteitenpatroon buitenshuis zullen niet zo snel veranderen omdat het bij veel activiteiten om noodzakelijke basisbehoeften (werken, schoolgaan en winkelen) of om sterk cultureel bepaalde gewoonten gaat (op visite gaan, sportbeoefening). Bovendien is de tijd om meer activiteiten te ontplooien beperkt: een dag heeft maar 24 uur en het merendeel daarvan is al benut door noodzakelijke activiteiten zoals slapen en werken. Overigens laten statistieken uit het verleden ook andere waarden zien, variërend tussen 2.9 en 3.7 verplaatsingen per persoon per dag. Deze variatie is echter primair het gevolg van andere onderzoeksmethodieken en niet van ander verplaatsingsgedrag. Een andere constante is de tijd besteed aan verplaatsen. Deze bedraagt op dit moment circa 70 minuten gemiddeld per persoon. De betrekkelijke constantheid van dit kengetal wordt vooral bepaald door de absolute grens aan het totale tijdbudget voor alle activiteiten (namelijk 24 uur per dag) en door de geringe speelruimte die voor verplaatsingstijd overblijft gegeven de tijdsbesteding nodig voor de activiteiten zelf. Er moet een zeker evenwicht zijn tussen het nut van activiteiten en de reistijd die daarvoor wordt geïnvesteerd. Uit beide gedragsconstanten volgt een gemiddelde verplaatsingstijd van 24 minuten. Dit kengetal heeft geen gedragsmatige interpretatie, maar is slechts de rekenkundige resultante van het feit dat aantal verplaatsingen en totaal reistijdbudget beide in dezelfde richting in dezelfde mate groeien. Het minst stabiel zijn de afstandsgrootheden. Reisafstanden groeien door toenemend autobezit, verbeteringen in de bereikbaarheid en ruimtelijke verschuivingen van de activiteitsruimten. Tussen 1985 en 2006 groeide de gemiddelde verplaatsingsafstand met ca 20% van ca 9 naar ca 11 km. Aangezien de gemiddelde reistijd onveranderd bleef, ging deze afstandsgroei gepaard met (en werd mede veroorzaakt door) een algemene snelheidstoename. Stabielere afstandskengetallen kunnen worden gevormd door deelgroepen te vormen naar bijvoorbeeld autobezit of autobeschikbaarheid, respectievelijk naar lokale en interlokale verplaatsingen. In dit verband kan ook verwezen worden naar de zogenaamde BREVER-Wet (wet van Behoud van Reistijd en Verplaatsingen) van Hupkes (1977, 1979). Hupkes constateert dat de gemiddelde bestede reistijd en het gemiddeld aantal verplaatsingen per persoon in een aantal (geïndustrialiseerde) landen met verschillend welvaartsniveau ongeveer even groot is. Slechts de afgelegde afstanden nemen door de ontwikkeling van het vervoer- en verkeerssysteem steeds verder toe. Schafer (1997, 1998) stelt dat mensen een globaal te voorspellen aandeel van hun inkomen gemiddeld aan vervoer besteden. In ontwikkelingslanden, waar de meeste mensen zijn aangewezen op niet-gemotoriseerde vervoerwijzen en openbaar vervoer, is dit aandeel 3 tot 5%. Dit aandeel stijgt met een toenemend autobezit om te stabiliseren op een niveau van 10 tot 15% bij een autobezit van 0,2 auto per inwoner of hoger. Personen besteden voorts gemiddeld een constant deel van hun dagelijks beschikbare tijd aan het maken van verplaatsingen, het zogenaamde reistijdbudget. Uit een aantal onderzoeken blijkt volgens Schafer dat dit reistijdbudget ligt tussen 1,0 en 1,5 uur per dag met een gemiddelde van 1,1 uur per dag. Dit geldt net zo goed voor inwoners van Afrikaanse dorpen als voor inwoners van Japan, Singapore, West Europa en Noord-Amerika Onderscheid naar motieven en afstanden Verplaatsingen kunnen worden gegroepeerd naar het motief ervan, dat wil zeggen naar gelang de soort activiteit op het bestemmingsadres. Men kan duizenden verschillende soorten activiteiten onderscheiden die mensen doen, van vissen tot naailes. Om overzicht te krijgen in het verplaatsingsgedrag is echter een groepering nodig in een gering aantal klassen, met het probleem dat in sommige klassen zeer ongelijksoortige activiteiten voorkomen. Vooral in de sociaalrecreatieve motiefgroepen is dat het geval, waarin onder meer cafébezoek en sporten zijn samengevoegd. We hanteren de CBS-groepering in 8 motiefgroepen. Daarin komt het motief 'naar huis gaan om te wonen' niet voor. Verplaatsingen naar huis hebben als motief de activiteit op het herkomstadres gekregen. Bij de interpretatie van de navolgende tabellen dient hiermee rekening te worden gehouden; met onderstaande percentages kan naar behoefte een andere verdeling over motieven worden gemaakt. 1.21

30 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Motief Aantal verplaatsingen per dag % Kilometrage per persoon per dag [km] % Gemiddelde afstand per verpl. [km] Van en naar het werk 0, , Zakelijk (werk) 0,08 3 2, Onderwijs 0, , Winkelen 0, , Visite/logeren 0, , Ontspanning/sport 0, , Toeren/wandelen 0,20 7 3, Overig 0, , Totaal 2, , Mediane afstand per verpl. [km] TABEL 2.3: KERNCIJFERS MOBILITEIT PER MOTIEF [BRON: MON-DATABESTAND 2006] Van alle verplaatsingen gaat 55% naar een activiteitsruimte buitenshuis; 45% van de verplaatsingen gaat naar de eigen woning. Deze scheve verhouding is het gevolg van ketenvorming van activiteiten: 20% van de verplaatsingen zit in een keten met twee of meer activiteiten buitenshuis. Het onderscheid in aparte motiefgroepen neemt niet weg dat er een wisselwerking tussen (de verplaatsingskenmerken van) motieven kan bestaan, vooral door ketenvorming van activiteiten. Verandering van werktijden zal bijvoorbeeld niet alleen leiden tot verandering van woon-werkverplaatsingen (bijvoorbeeld andere vervoerwijze), maar wellicht ook van winkel- of sportverplaatsingen. De gemiddelde Nederlander legt per dag totaal 34 km af: de gemiddelde verplaatsing is dus ongeveer 11 km lang, maar de helft van de verplaatsingen is korter dan 3 km (mediane afstand)! Het grote verschil tussen gemiddelde en mediane afstand maakt duidelijk dat er heel veel korte verplaatsingen zijn waarvan de afgelegde kilometers worden gecompenseerd door relatief weinig zeer lange verplaatsingen. Iets minder dan 5% van de verplaatsingen is langer dan 50 km, 1,5% is langer dan 100 km. De totale vervoervraag bestaat voor circa de helft uit 'verplicht' vervoer (must: voor werken, onderwijs, winkelen) en voor de andere helft uit 'pleziervervoer' (lust), zowel uitgedrukt in verplaatsingen als in personenkilometers. De categorie lust is in ruimte en tijd zeer gespreid (kriskras) en is daardoor moeilijk met beleid in een bepaalde richting te sturen en vormt hierdoor een probleem voor de vervoerplanning. Must-verplaatsingen daarentegen zijn sterk geconcentreerd in ruimte en tijd en hebben daardoor een grote bijdrage aan de congestieproblematiek. De meest frequente verplaatsingen zijn om te winkelen: gemiddeld maakt bijna elke inwoner dagelijks een winkelverplaatsing. Qua afgelegde kilometers vormen de winkelverplaatsingen echter geen belangrijke groep: gemiddeld zijn deze verplaatsingen erg kort (5 km); 75% van alle winkelverplaatsingen blijft binnen de eigen woonplaats (50% is korter dan 2 km). De woon-werkverplaatsingen vormen (maar) een kwart van alle kilometers. Dit staat in contrast tot de grote aandacht die dit verplaatsingsmotief doorgaans in de planning en in de publieke meningsvorming krijgt. Meer dan de helft van alle woon-werkverplaatsingen zijn interlokaal (mediane afstand is 7 km). Het aandeel auto bestuurder bij woon-werkverplaatsingen is 53% en in verplaatsingskilometers 68%. Gecombineerd met de sterke concentratie in de tijd, veroorzaken woonwerk-verplaatsingen sterke pieken en zijn daarmee een bepalende factor voor de dimensionering van rail- en weginfrastructuur en de daarmee gemoeide kosten. Een spreiding van het woon-werkvervoer in de tijd (bijvoorbeeld door gespreide werktijden, 4-daagse werkweken, telewerken, etc.) zou hier soelaas kunnen bieden. Het zakelijk vervoer bestaat aan de ene kant uit veel korte verplaatsingen in de stad (loodgieters) en kent aan de andere kant veel interlokale langeafstandsverplaatsingen (vertegenwoordigers): gecombineerd leidt dat tot een gemiddelde verplaatsingsafstand van 32 km, zakelijk vervoer is in dat opzicht de koploper onder de motieven. 1.22

31 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Afstand Werk Zakelijk Onderwijs Winkel Visite Ontspanning Toeren Overig Totaal [km] < > Tot Tot. # 0,52 0,08 0,28 0,64 0,45 0,39 0,20 0,37 2,94 TABEL 2.4: PROCENTUELE VERDELING VAN DE VERPLAATSINGEN OVER DE AFSTANDSKLASSEN PER MOTIEF [BRON: MON-DATABESTAND 2006] De afstandsverdelingen van de verplaatsingen verschillen duidelijk per motief (Tabel 2.4): vergelijk bijvoorbeeld zakelijk en winkelvervoer. Veel motieven vertonen een duidelijke tweedeling in veel korte (binnenstedelijke) en veel lange (interlokale) ritten. Er is duidelijk sprake van twee deelmarkten: de interne of lokale en de externe of interlokale, zie Figuur Ruimtelijk spreidingspatroon Verplaatsingen verbinden herkomsten met bestemmingen. Het ruimtelijk spreidingspatroon van de verplaatsingen is een van de essenties van het vervoer. Interne verplaatsingen zijn verplaatsingen die zich geheel binnen de grenzen van een studiegebied afspelen. Externe verplaatsingen hebben een herkomst óf bestemming buiten het studiegebied en doorgaande verplaatsingen hebben een herkomst én bestemming buiten het gebied. Kanttekening: Indien het studiegebied een gemeente is, spreekt men ook wel van lokale (interne) en interlokale (externe) verplaatsingen. Indien het studiegebied een regio is, spreekt men van regionale en interregionale verplaatsingen. Het is zaak het ruimtelijk schaalniveau in de gaten te houden, daar op verschillende niveaus gelijksoortige termen worden gebruikt. Zo beschouwen internationale vliegmaatschappijen vluchten tussen Amsterdam en Parijs als regionaal. intern extern (inkomend) extern (uitgaand) doorgaand FIGUUR 2.5: VERSCHILLENDE VERPLAATSINGEN Nog steeds vindt het grootste deel van de personenmobiliteit (circa 66%) plaats binnen de eigen woongemeente, althans gemeten in aantallen verplaatsingen. Qua vervoerprestatie is echter circa 75% interlokaal en vindt dus plaats tussen gemeenten. Deze landelijke gemiddelden dienen voor toepassing op afzonderlijke plaatsen te worden aangepast aan grootte en (centrum)functie van de plaats. Vooral kleine plaatsen hebben een hoog aandeel externe verplaatsingen, vooral gemaakt door de inwoners ervan. De interlokale vervlechting van activiteiten is een al sinds decennia toenemend verschijnsel, opgeroepen door economische processen en mogelijk gemaakt door de beschikbaarheid van snelle vervoerwijzen, eerst trein, later auto. Het aandeel interlokale verplaatsingen en de daarmee gemoeide afstanden zullen voorlopig blijven toenemen, aangezien de drijvende krachten erachter nog steeds actief zijn: 1.23

32 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen specialisering productieprocessen, ruimtelijke schaalvergroting, betere bereikbaarheid door aanleg infrastructuur, toename autobezit. Hiermee samenhangende ontwikkelingen in ruimtelijke ordening zijn: sterke spreiding van woonlocaties, ontwikkeling van voorsteden om bevolkingsoverloop op te vangen, ontwikkeling van woonkernen op afstand van de grote steden (doorgaans binnen 15 km hemelsbreed); voorbeelden hiervan zijn: Almere bij Amsterdam, Capelle aan den IJssel bij Rotterdam, Zoetermeer bij Den Haag en Houten bij Utrecht. Verklaring: A: stad, bijvoorbeeld Delft B: agglomeratie, Den Haag C: stadsgewest, Utrecht (met stad als centrum) D: stadsgewest, Rotterdam (met agglomeratie als centrum) E: stadsgewest Hengelo-Enschede (met twee steden als centrum) F: stadsgewest Arnhem-Nijmegen (met stad en agglomeratie als centrum) G: stedelijke zone, Randstad FIGUUR 2.6: VERSTEDELIJKINGSVORMEN Zo ontstonden naast steden stadsgewesten, agglomeraties en stedelijke zones. Door deze ontwikkelingen zijn niet alleen de verplaatsingsafstanden sterk gegroeid, ook de richting van de vervoerstromen is hierdoor veranderd. Waren die vroeger in hoofdzaak gericht op de stadscentra en sterk gebundeld, waarvoor radiaal gerichte wegen, fiets- en OV-routes ideaal zijn. Nu gaat een groot en toenemend deel naar de randen van de (grote) steden, naar perifere zones en suburbane gebieden en vertonen een kriskras patroon. Als gevolg hiervan schiet de actieradius van de fiets vaak tekort, voldoen de radiale OV-routes niet meer en is er onvoldoende bundeling voor een efficiënt OV. Bij het uitblijven van passende investeringen in het openbaar vervoer, is een grotere preferentie ontstaan voor de vervoerwijze waarmee deze verplaatsingenpatronen nog enigermate efficiënt kunnen worden volbracht: de auto. 1.24

33 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen In de grotere plaatsen, vanaf rond inwoners, wordt een steeds groter deel van de daar afgewikkelde kilometers gemaakt door personen die elders wonen. Dit heeft grote consequenties voor de verkeersplanning in de steden. De steden worden steeds afhankelijker van wat in andere plaatsen gebeurt: voor een aantrekkelijke interlokale OV-verplaatsing bijvoorbeeld is zowel goed voortransport als goed natransport nodig. Als slechts een van de twee einden goed is geregeld, is het OV geen aantrekkelijk alternatief. Fietsbeleid heeft doorgaans alleen effect op het interne verkeer en niet op de externe verplaatsingen, want die zijn veelal te lang voor fietsgebruik. Wel kan de fiets een belangrijke rol vervullen als voortransport naar knooppunten van interlokaal openbaar vervoer. Dominante vervoerwijzen We kunnen ons het verplaatsingenpatroon voorstellen op drie ruimtelijke schaalniveaus: binnen de woonplaatsen, tussen de kernen binnen de stadsgewesten en tussen de stadsgewesten. Binnen de woonplaatsen domineren de langzame vervoerwijzen fietsen en lopen, met de auto op een derde plaats. Op de twee hogere schaalniveaus domineert de auto gezien de grotere afstanden. In het straatbeeld van de stad is echter de auto steeds overheersend aanwezig: dit komt door het grote gewicht van de externe verplaatsingen. Bekijken we de afgelegde autokilometers in een gemiddelde plaats, dan is slechts 30% van deze kilometers het gevolg van interne verplaatsingen; 70% van de kilometers ontstaan door externe verplaatsingen (deels gemaakt door eigen inwoners, deels door bezoekers van elders). Deze tweedeling van de verkeersprestatie in de stad plaatst de verkeersplanners voor een grote opgave. Het overgrote deel van de interlokale verplaatsingen is stadsgewestelijk van aard. Slechts een minderheid vindt plaats tussen de stadsgewesten. Het gebruik van de vervoerwijzen per motief is in de volgende tabellen weergegeven. Let hierbij op de invloed van de eenheden: verplaatsingen of verplaatsingskilometers. Motief Lopen Fiets Brom-/snorfiets- Autobestuurder Autopassagier Bus, touringcar Tram, metro Trein Overig Totaal Aandeel motief Werk Zakelijk Onderwijs Winkelen Visite Ontspanning, sport Toeren Overig Totaal TABEL 2.5: PROCENTUELE VERDELING VAN DE VERPLAATSINGEN OVER DE VERVOERWIJZEN PER MOTIEF [BRON: MON-DATABESTAND 2006] 1.25

34 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Motief Lopen Fiets Brom-/snorfiets- Autobestuurder Autopassagier Bus, touringcar Tram, metro Trein Overig Totaal Aandeel motief Werk Zakelijk Onderwijs Winkelen Visite Ontspanning, sport Toeren Overig Totaal TABEL 2.6: PROCENTUELE VERDELING VAN DE VERPLAATSINGSKILOMETERS BINNEN NEDERLAND OVER DE VERVOERWIJZEN PER MOTIEF [BRON: MON-DATABESTAND 2006] Tijdpatronen personenverplaatsingen De vraag naar vervoer, het verplaatsingenpatroon, is gekenmerkt door zeer duidelijke ritmische patronen. We kunnen onderscheid maken naar: dagritme: het verloop over de uren van de dag, weekritme: het verloop over de dagen van de week, jaarritme: het verloop over de maanden en seizoenen, het verloop over de jaren; economische conjunctuur. De ritmes zijn duidelijk te constateren bij het gebruik van de diverse vervoerwijzen waar door de fluctuaties in de vervoervraag piek- en dalverschijnselen optreden: ochtend- en avondpieken op de weg en in het OV en vakantiepieken. Deze ritmes zijn van grote betekenis voor de verkeersplanner omdat ze directe invloed hebben op de dimensionering van verkeersvoorzieningen en vervoerdiensten. De ritmes leiden op het ene moment tot overbenutting met congestie en op het andere moment tot onderbenutting, en in beide situaties is sprake van oneconomisch gebruik van de vervoer- en verkeersvoorzieningen. De ritmische patronen in het vervoer zijn een direct uitvloeisel van de ritmische patronen in de maatschappelijke processen waarvan het vervoer een afgeleide is. Aan de basis hiervan liggen natuurlijke processen zoals het dag/nachtritme en de seizoenswisselingen waaraan vele economische en sociale processen zich hebben aangepast. In vele processen zit bovendien een logisch-noodzakelijke synchroniciteit omdat ze anders niet kunnen worden uitgeoefend: werken, onderwijs volgen en sociale contacten vereisen de gelijktijdige activiteit en aanwezigheid van velen. Ook om economische redenen (schaaleffecten) wordt veelal aangestuurd op bundeling van activiteiten in tijd enruimte. Om pieken in de vervoervraag af te vlakken en zodoende een beter en goedkoper vervoer aan te kunnen bieden, wordt op allerlei manieren geprobeerd het tijdstipkeuzegedrag van de consument te beïnvloeden. Dit kan allereerst gebeuren aan de activiteitenkant: vakantiespreiding, variabele werktijden, ruimere openingstijden van winkels en voorzieningen, telewerken, teleleren, telebankieren. Beïnvloeding is echter ook goed mogelijk aan de vervoeraanbodkant door invoering van vraag- en tijdsafhankelijke tarieven (bij het OV, tolheffing, parkeren). Het dagritme van de vervoervraag wordt gekenmerkt door duidelijke ochtend- en namiddagpieken en door zeer weinig vervoer 's nachts. De oorzaken zijn bekend: een vrij vast patroon van werk-, school-, winkelopeningstijden en andere regimes voor activiteiten (concerten, theaters). Doorgaans is er sprake van twee zeer duidelijke pieken: omstreeks 8 uur 's morgens en rond uur 's 1.26

35 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen middags. Afhankelijk van de omstandigheden (binnenstedelijk/interlokaal, auto/ov, autosnelweg/trein) bestaan allerlei variaties in ligging en hoogte van deze twee pieken. Figuur 2.7 geeft het verloop van het aantal mensen dat gelijktijdig onderweg is door heel Nederland. Doordat een verplaatsing een bepaalde tijdsduur heeft, is het meten van het tijdsverloop niet zo simpel als het lijkt. Diverse benaderingen vinden toepassing: uitgaan van het vertrektijdstip van de verplaatsing, uitgaan van het aankomsttijdstip, het midden tussen aankomst- en vertrektijdstip nemen, voor elke periode nagaan hoeveel mensen onderweg zijn (gedaan in Figuur 2.7). werk en totaal aantal Nederlanders (mln) uur van de dag zakelijk en totaal aantal Nederlanders (mln) uur van de dag 1.27

36 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen onderwijs en totaal aantal Nederlanders (mln) uur van de dag winkelen en totaal aantal Nederlanders (mln) uur van de dag overige motieven en totaal aantal Nederlanders (mln) uur van de dag FIGUUR 2.7: TIJDSTIPPEN VAN ONDERWEG ZIJN OP EEN WERKDAG NAAR MOTIEF; BRON: MON-DATABESTAND 2006 Het verloop over de dag kan worden getypeerd door periodeaandelen op het totale vervoersvolume per 24 uur. De ochtendpiek in Nederland ligt tussen 7.45 uur en 8.45 uur en omvat 11% van het etmaalvolume. De avondpiek ligt tussen uur en uur en heeft een aandeel van 12%. De ochtendspits is al jaren zeer stabiel qua ligging en aandeel; de avondspits blijkt in de loop der tijd steeds breder te worden en het aandeel van het drukste avondspitsuur loopt langzaam terug. Het diepste dal is 's nachts om 4 uur. Tussen 0.00 uur en 5.00 uur wordt slechts 0,5% van alle dagelijkse verplaatsingen gemaakt. 1.28

37 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De spitsvorming in de ochtend wordt vooral veroorzaakt door de activiteiten werken en onderwijs volgen. De avondpiek wordt vooral veroorzaakt door het motief werken. Echter ook de overige motieven hebben in de avondspits hun grootste volume en dragen dan in gelijke mate aan het verkeer bij als het motief werk. De totale omvang van het personenvervoer is het grootst in de avondpiek; reden waarom de vervoervraagberekeningen in de praktijk zich veelal beperken tot de ramingen voor de avondpiek. Daar staat echter tegenover dat de ochtendspits door de dominantie van de motieven werk en onderwijs sterk gericht zijn op bepaalde bestemmingen. Het zakelijk motief is qua volume relatief klein. In de figuur zijn overigens de zogenaamde veelvuldige verplaatsingen (van de loodgieter, de postbode, de treinconducteur), welke alle een zakelijk motief hebben, niet meegenomen. Als de veelvuldige verplaatsingen meegeteld worden, wordt het volume van het onderweg zijn voor zakelijk motief ongeveer verdubbeld. Ook het weekritme, het verloop in de vervoervraag van dag tot dag, is sterk bepaald door de afwisseling in activiteiten. Op zaterdagen en zondagen wordt er veel minder gewerkt en nauwelijks naar school gegaan, maar worden juist veel sociaal-recreatieve activiteiten verricht. Qua aantal verplaatsingen is er een groot verschil tussen zondag en de rest van de week. Het aantal verplaatsingen op zondag is slechts 63% van dat op vrijdag, de meest actieve dag met ruim 3,17 verplaatsingen per persoon per dag. De beperkte activiteit op zondag wordt volledig gecompenseerd door zeer grote verplaatsingsafstanden op die dag. Tabel 2.7 geeft verplaatsingsaantallen per persoon per dag, gemiddelde verplaatsingslengte en totale prestatie per weekdag weer. De vervoerprestaties op dinsdagen en donderdagen representeren vrij aardig het wekelijks gemiddelde en worden daarom meestal als onderzoekdagen voor verplaatsingsenquêtes uitgekozen. totaal aantal verplaatsingen pppd gemiddelde totale prestatie (mln. verplaatsingslengte personenkilometers) (km) zondag maandag dinsdag woensdag donderdag vrijdag zaterdag totaal 2, TABEL 2.7: DAGINDEX TEN OPZICHTE VAN WEEKGEMIDDELDE PERSONENMOBILITEIT [BRON MON-DATABESTAND 2006] Het jaarritme in de vervoervraag hangt deels samen met seizoeninvloeden (licht, temperatuur) als ook met sociaal-economische processen (werkvakanties, schoolvakanties, seizoenarbeid) en daarvan afgeleide sociaal-culturele activiteiten. De dips die in de seizoenskrommes van de mobiliteit in Nederland zijn waar te nemen (krokusvakantie, zomervakantie), worden veelal meer dan gecompenseerd door verkeersprestaties van Nederlanders in het buitenland (die echter meestal niet in de statistieken verschijnen). Het gebruik van de vervoerwijzen is sterk seizoensafhankelijk: in de winter verruilen veel reizigers hun fiets voor het OV of de auto. Ten slotte is er een lange termijn tijdverloop in de personenmobiliteit over de jaren heen. Al jaren is er een sterke groei in de omvang van de mobiliteit uitgedrukt in kilometers (zie Figuur 2.8). De meest opvallende afwijking van de stijgende trend zit rond Deze dip is echter het gevolg van een verandering in de onderzoeksmethode. De groei wordt vooral veroorzaakt door economische processen zoals sterk toenemende werkgelegenheid (de afgelopen jaren steeds km extra per jaar) en sterke uithuizigheid van productieprocessen (veel zakelijk personenverkeer) door veranderende structuur van de productie. Economische groei leidt op zijn beurt tot hogere inkomens, hoger autobezit, suburbaan wonen, met een hogere kilometerproductie als gevolg. Op de onderstroom van circa 3% lange termijn mobiliteitsgroei zitten fluctuaties van toenemende en afnemende mobiliteit door de economische conjunctuur en crises (oliecrises, Golfoorlog). De jaren 1981, 1985 en 1989 gaven bijvoorbeeld alle een daling van de automobiliteit te zien ten opzichte van voorgaande jaren. Naast deze factoren die de vraagkant van vervoer bepalen zijn de groei in het aantal inwoners (volumefactor) en de verbetering van het transportsysteem (aanbodsfactor) van invloed. Dit laatste kan worden geïllustreerd met het verloop van de gemiddelde 1.29

38 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen verplaatsingssnelheid zoals die kan worden berekend met de totale verplaatsingsafstand en de totale reistijd in Nederland. Opvallend genoeg is hier geen trendbreuk rond 1999 te zien! Onder andere door de ontwikkeling van het snelwegennet is de gemiddelde snelheid per verplaatsing tussen 1979 en 2005 met 23% toegenomen miljard kilometers per jaar Totaal Binnenland FIGUUR 2.8: MOBILITEITSONTWIKKELING TUSSEN 1985 EN 2006 snelheid km/uur FIGUUR 2.9: ONTWIKKELING GEMIDDELDE VERPLAATSINGSSNELHEID TUSSEN 1979 EN 2005 (OVG, MON) 1.30

39 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 2.4 Verplaatsingskenmerken goederenvervoer Kengetallen goederenvervoer De omvang van goederenstromen kan op verschillende manieren worden uitgedrukt: in geladen, gelost of vervoerd gewicht, waarbij meestal de eenheid ton (1000 kg) wordt gebruikt, in geladen, gelost of vervoerd volume, waarbij meestal de eenheid kubieke meter (m3) wordt gebruikt, in de economische waarde, waarbij meestal een valuta-eenheid wordt gebruikt (in Nederland dus in euro s, internationaal vaak in dollars). Om een goede indruk te krijgen van de omvang van een goederenstroom, is het vaak noodzakelijk verschillende meeteenheden in onderlinge samenhang te bezien. Een enkele goede eenheid waarmee alle goederen met elkaar vergeleken kunnen worden, is er niet, dit in tegenstelling tot het personenvervoer waar het begrip 'persoon' (reiziger) een eenduidige betekenis heeft. Indien bij de beschrijving van de goederenstroom behalve de omvang van de stroom ook de afstand waarover de goederen worden vervoerd wordt opgenomen, wordt gesproken over de vervoerprestatie die wordt uitgedrukt in aantallen tonkilometers. Eén tonkilometer komt overeen met het vervoeren van één ton van een bepaald goed over een afstand van één kilometer. Nadat goederen zijn geproduceerd, worden ze meestal nog een aantal keer vervoerd, geladen, gelost en opgeslagen voordat ze uiteindelijk worden gebruikt. Eén bepaald goed zal dus achtereenvolgens in verschillende voertuigen vervoerd en geregistreerd worden. Vandaar dat het aantal vervoerde tonnen in statistieken enkele malen groter is dan het aantal geproduceerde tonnen. Dit is vergelijkbaar met het personenvervoer, waar het aantal geregistreerde reizigers (op een dag in een bepaald gebied) ook enkele malen groter kan zijn dan het aantal inwoners in het betreffende gebied. In 2005 bedroeg het totaal vervoerde gewicht 1633 miljoen ton. Dat komt neer op 100 ton per hoofd van de bevolking per jaar ofwel ruim 270 kilogram per hoofd van de bevolking per dag. De totale vervoerprestatie bedroeg in miljard tonkilometer. Dat komt voor deze vervoerwijzen neer op dagelijks per Nederlander 192 kg over 93 km. Onderstaande tabellen geven inzicht in het vervoerde volume en de vervoerprestatie van de verschillende vervoerwijzen. Hierbij moet worden opgemerkt dat net als bij de statistieken over het personenvervoer, de statistieken van het goederenvervoer ook hun beperkingen hebben. Zo worden niet alle vervoerwijzen even systematisch bijgehouden. Een ander voorbeeld is het onderscheid naar binnenlands vervoer. Opvallend is dat de groei in volume en vervoerprestatie redelijk gelijkmatig verlopen [mln ton] Aandeel 1994 [%] 2005 [mln ton] Aandeel 2005 [%] Groei [%] Weg Binnenvaart Spoor Short sea Deep sea Pijpleiding Luchtvaart Totaal TABEL 2.8: VERVOERD VOLUME PER VERVOERWIJZE [BRON: GOEDERENVERVOERMONITOR, 2006] 1.31

40 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 1994 [mln tonkm] Aandeel 1994 [%] 2005 [mln tonkm] Aandeel 2005 [%] Groei [%] Weg Binnenvaart Spoor Pijpleiding Totaal TABEL 2.9: VERVOERPRESTATIE OP NEDERLANDS GRONDGEBIED PER VERVOERWIJZE [BRON: GOEDERENVERVOERMONITOR, 2006] Vervoerprestatie Miljoen tonkm Aandeel Totaal van, naar en binnen Nederland Waarvan binnen Nederland Waarvan binnenlands vervoer % 25% Gemiddelde afstand binnenlands vervoer (km) 70, Onderscheid naar goederensoorten en afstanden TABEL 2.10: VERVOERPRESTATIE NEDERLAND 2003 [BRON: STATLINE, CBS] Hoewel theoretisch voor het vervoeren van goederen ook motieven kunnen worden gegeven, wordt bij de meeste indelingen uitgegaan van goederensoorten. Het belang van de verschillende goederensoorten in het vervoer is niet eenduidig vast te stellen omdat met verschillende maten gemeten kan worden. Uitgaande van het vervoerde gewicht komen we op de volgende rangorde: goederensoort gewicht *1000 ton Aandeel Landbouwproducten en levende dieren Voedingsproducten, veevoeder Vaste minerale brandstoffen Aardolie en aardolieproducten Ertsen en metaalresiduen Metalen en metalen halffabricaten Ruwe mineralen, bouwmaterialen Meststoffen Chemische producten Overige goederen en fabricaten Totaal % 9% 5% 22% 6% 2% 16% 2% 8% 26% 100% Waarvan binnenlands vervoer % TABEL 2.11: VERVOER VAN, NAAR EN BINNEN NEDERLAND 2003 [BRON: STATLINE, CBS] De goederensoort ruwe mineralen, voor het gemak ook wel zand en grind genoemd, blijkt van enorme betekenis in het vervoer te zijn. Als we naar de waarde van goederen zouden kijken zou de groep consumentengoederen de belangrijkste zijn. Kijkend naar de vervoerprestatie, blijken de verschillen minder groot: zand en grind wordt weliswaar in grote hoeveelheden vervoerd, maar over relatief beperkte afstanden. De vervoerafstanden hebben te maken met de kenmerken van goederen: naarmate een goed duurder is (en dus schaarser), zal de transportafstand groter kunnen worden. Echter, ook de ruimtelijke ordening is van groot belang: omdat het Duitse Ruhrgebied nog steeds veel staalindustrie kent en ertsen veelal in de Rotterdamse haven worden afgeleverd, zijn de transportafstanden van deze groep relatief groot Ruimtelijk spreidingspatroon goederenverplaatsingen Zoals bij het personenvervoer wordt bij het goederenvervoer onderscheid gemaakt naar intern, extern en doorgaand vervoer in/door een bepaald gebied. Indien het studiegebied Nederland is, wordt een aangepaste terminologie gebruikt. 1.32

41 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Nationaal vervoer is intern vervoer, met een plaats van lading én lossing binnen Nederland. Uitvoer is vervoer met een plaats van lading binnen Nederland en een plaats van lossing daarbuiten, voor invoer geldt het omgekeerde. Bij doorvoer worden goederen weliswaar over Nederlands grondgebied vervoerd, maar worden geen goederen geladen en gelost. Bij doorvoer met overlading gebeurt dat laatste wel, zoals in een (lucht)haven. Tenslotte is het nog mogelijk dat goederen via een entrepot worden vervoerd, een overslaglocatie die geografisch wel, maar douanetechnisch niet in Nederland ligt, zoals delen van de Luchthaven Schiphol en de zeehavens. Invoer, het inkomende deel van doorvoer met overlading en het inkomende deel van de entrepotinvoer vormen samen de aanvoer. Uitvoer, het uitgaande deel van doorvoer en entrepotuitvoer vormen samen de afvoer. Evenals bij het personenvervoer, speelt het goederenvervoer zich vooral over de kortere afstanden af. Dat wil zeggen dat de gemiddelde verplaatsingsafstand relatief beperkt is. Niettemin vindt een belangrijk deel van het goederenvervoer over (zeer) grote afstanden plaats. De gemiddelde verplaatsingsafstand van goederen is daarom groter en de verdeling platter (relatief meer langeafstandsverplaatsingen dan bij het personenvervoer). Belangrijke internationale goederenvervoerassen hebben de Mainport Rotterdamse haven als overslaggebied. Vanuit dat gebied lopen de zogenaamde achterlandverbindingen naar Zuid- en Midden-Duitsland (o.a. Ruhrgebied) en naar België (Antwerpen) en Frankrijk. Kanttekening: Naast de Rotterdamse haven wordt ook Schiphol een mainport genoemd (een Nederlands begrip overigens dat men in het buitenland nauwelijks kent). Beide mainports zijn van belang voor de economie, maar de goederenstromen van en naar Schiphol zijn veel minder omvangrijk (gemeten in tonnen) dan die naar Rotterdam. Kijken we ten slotte naar de verkeersprestatie dan valt op dat het wegvervoer zeer dominant is. Dit grote verschil tussen de vervoerwijzen is eenvoudig te verklaren door het grote verschil in laadvermogen. Verder valt op dat in tegenstelling tot de ontwikkelingen in het vervoer (volume en prestatie) hier wel sprake is van een sterke groei. Dat geldt met name voor de dominante vervoerwijze: het wegvervoer. Ook hier spelen onderzoekstechnische zaken een rol. In de recente statistieken worden ook lege ritten geregistreerd. Tweede element is de enorme toename van het gebruik van lichte bestelauto s: dit is in deze periode met een factor 5 toegenomen en vormt in 2005 bijna 2/3 van de verkeersprestatie over de weg. Veranderde logistieke concepten en het gebruik van internet zijn hiervoor verklarende ontwikkelingen. Op zich is het interessant te constateren dat de ontwikkelingen in het goederenvervoer aan de ene kant gekenmerkt worden door schaalvergroting, kijk bijvoorbeeld naar containerschepen, en aan de andere kant dus door het gebruik van kleine en flexibele vervoertechnieken zoals lichte bestelauto s [mln vtgkm] Aandeel 1994 [%] 2005 [mln vtgkm] Aandeel 2005 [%] Groei [%] Weg Binnenvaart Spoor Totaal TABEL 2.12: VERKEERSPRESTATIE OP NEDERLANDS GRONDGEBIED PER VERVOERWIJZE [BRON: GOEDERENVERVOERMONITOR [BUS, 2006]] 1.33

42 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 3 VERPLAATSINGSGEDRAG EN KEUZEN 3.1 Lagen en markten Het voorgaande hoofdstuk beschreef het verplaatsingspatroon in karakteristieken van verplaatsingen en tegelijkertijd de vervoerprestatie (personenkilometers of tonkilometers). In sommige overzichten is ook de verkeersprestatie aanbod gekomen (voertuigkilometers). Al deze karakteristieken zijn het resultaat van keuzen van individuen en bedrijven. In dit hoofdstuk wordt nader op dit keuzegedrag ingegaan. Als eerste wordt het lagenmodel gebruikt om met name de verschillen in tijdsdimensie te illustreren. Vervolgens wordt nader ingegaan op de keuzen voor personen- en goederenvervoer. Verplaatsingenpatronen kunnen beschouwd worden als de vervoervraag en de vervoerdiensten als het vervoeraanbod welke samen het vervoersysteem vormen. Uiteindelijk gaat het hierbij om de ordening in ruimte en tijd van de vraag- en aanbodelementen. Tegelijk kunnen de vervoerdiensten beschouwd worden als de verkeersvraag en de verkeersnetwerken als het verkeersaanbod welke samen het verkeerssysteem vormen. De verkeersvraag is een ordening in ruimte en tijd van de verkeersvraagelementen, d.w.z. de vervoermiddelen die ook kortweg als verkeer aangeduid kunnen worden. Op analoge wijze zijn de verkeersnetwerken te beschouwen als een ordening in ruimte en tijd van de verkeersaanbodelementen, namelijk de infrastructuurelementen. In Figuur 3.1 staat de tijdhorizon van de verschillende elementen weergegeven. FIGUUR 3.1 TIJDSHORIZON [BRON: EGETER ET AL. 2002] De getrokken pijlen in het figuur geven aan hoe korte-termijnprocessen zich richten naar langetermijnprocessen. Omgekeerd moeten, om lange-termijnprocessen goed te kunnen plannen, kortetermijnprocessen worden geprognosticeerd; de 'richting' van prognoses is dus tegengesteld aan de getrokken pijlen. Door de verticale gestippelde pijlen is aangegeven, dat processen met ongeveer dezelfde tijdshorizon een sterke onderlinge interactie vertonen en vaak ook geïntegreerd gepland worden. Aangegeven zijn de wisselwerking tussen ruimtelijke ordening en infrastructuurplanning, de wisselwerking tussen woon-werkrelaties en de planning van vervoerdiensten, alsmede de wisselwerking tussen vervoerwijze- en routekeuze en het ondernemen van impulsactiviteiten. Zowel binnen het vervoersysteem als binnen het verkeerssysteem is er een wisselwerking tussen vraag en aanbod, welke respectievelijk aangeduid worden als de vervoermarkt en de verkeersmarkt. De afstemming tussen vraag en aanbod kan tot stand komen op basis van 1.34

43 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen marktwerking in de enge betekenis van het woord. Het begrip markt kan hier echter ook in een bredere context gezien worden. Immers zelfs in een planeconomie zal getracht worden vervoervraag en vervoeraanbod, respectievelijk verkeersvraag en verkeersaanbod op elkaar af te stemmen. In het meest extreme geval komt deze afstemming dan niet tot stand op basis van individuele beslissingen, doch op basis van collectieve beslissingen. Voor zowel de vervoermarkt als de verkeersmarkt zijn de volgende kentallen bepalend: kwaliteit, prijs, capaciteit en intensiteit. De vervoerkwaliteit geeft aan in hoeverre het vervoeraanbod voldoet aan de door de vervoervrager gestelde eisen. De vervoerprijs is de prijs die door de aanbieder van vervoerdiensten aan de vervoervrager in rekening gebracht wordt. Bij de verkeersprijs gaat het om de prijs die voor het gebruik van de verkeersinfrastructuur betaald moet worden. Bij het gebruik van weginfrastructuur is er overigens nauwelijks sprake van een verband tussen prijs en kwaliteit. De hoogte van de belasting die betaald moet worden om een auto te mogen gebruiken staat los van de kwaliteit van het verkeersaanbod. Accijns op brandstof, BPM en houderschapsbelasting hebben vooral een relatie met de zwaarte van het voertuig. De achtergrond hiervan is dat er tot nu toe vanuit gegaan wordt dat het beschikbaar stellen van verkeersinfrastructuur het algemeen nut dient, waarvoor niet specifiek betaald hoeft te worden. Een uitzondering hierop vormen de tolwegen en de eventueel toekomstige betaalstroken. Een andere uitzondering vormen de parkeervoorzieningen waarvoor betaald moet worden. Dit impliceert dat een individuele weggebruiker zich bij een routekeuze tussen herkomst en bestemming zich in hoofdzaak zal laten leiden door een streven naar minimalisering van de verplaatsingstijd. Met de huidige ideeën over Rekening Rijden of Verzekeren per kilometer kan hier verandering in komen. Deze benadering geldt in veel mindere mate voor het gebruik van (rail)infrastructuur. Het belangrijkste voorbeeld daarvan vormen de spoorwegen, waar sinds enkele jaren de exploitatie van de railinfrastructuur en het bieden van vervoerdiensten gescheiden zijn. Tegenwoordig zal de aanbieder van treindiensten voor het gebruik van railinfrastructuur moeten betalen. Indien de exploitatie van voertuigen en infrastructuur in één hand zijn is de afstemming tussen verkeersvraag en verkeersaanbod een interne zaak van het betreffende bedrijf. Dit is bijvoorbeeld (tot nu) nog het geval bij de metronetten van Amsterdam en Rotterdam. De vervoercapaciteit, d.w.z. de som van de capaciteiten van de ingezette voertuigen, geeft aan hoeveel personen of goederen op een bepaalde relatie met een bepaald vervoersysteem vervoerd kunnen worden. De vervoerintensiteit geeft aan hoeveel personen of goederen op de betreffende relatie daadwerkelijk met dit vervoersysteem vervoerd worden. De verkeerscapaciteit geeft aan hoeveel voertuigen van een bepaald vervoersysteem op een gegeven verbinding binnen het betreffende verkeerssysteem verwerkt kunnen worden De verkeersintensiteit geeft het werkelijk aantal te verwerken aantal voertuigen aan. 3.2 Keuzes maken Personenvervoer Het maken van verplaatsingen is een uitkomst van individueel keuzegedrag. Een individu kiest of hij wel of niet het huis uitgaat om één of meer activiteiten uit te voeren, waar hij dat gaat doen, hoe hij daar naar toe gaat, etc. Dit hoeft niet te betekenen dat hij al deze keuzes dagelijks maakt, maar op één of ander moment neemt hij een bewuste beslissing, die daarna vaak een gewoonte wordt. We onderscheiden vijf verplaatsingskeuzes waarvan we er voor het gemak (modellering) van uitgaan dat ze tot elkaar in een hiërarchie staan: activiteitskeuze: wel of niet het huis uit voor welke activiteiten elders (bijvoorbeeld winkelen), bestemmingskeuze: waar activiteit gaan uitoefenen (binnenstad, buurgemeente), vervoerwijzekeuze: hoe daar naar toe en terug (te voet, fiets), tijdstipkeuze: wanneer onderweg gaan, routekeuze: welke route kiezen in het wegen- of OV-net. De hiërarchie houdt in dat de verplaatsingskenmerken op de lagere trap van invloed zijn op de keuze in een hogere trap. Voorbeeld: de gekozen route bepaalt de benodigde reistijd, dit heeft (in geval van congestie) invloed op het meest gunstige moment om te reizen. Het tijdstip van reizen bepaalt (soms) het tarief bij het openbaar vervoer en de reistijd (door andere OV-frequentie of 1.35

44 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen congestie); dat kan weer van toepassing zijn op de vervoerwijzekeuze. Reistijd en reiskosten van het vervoer bepalen mede waar activiteiten het best kunnen worden gedaan. Kanttekening: Let erop dat de veronderstelde hiërarchie vooral bedoeld is om het modelleren te vergemakkelijken. In de praktijk komen ook andere beslisvolgorden, getrapte keuzes, gekoppelde keuzes en ad-hoc keuzes voor. Voorbeeld van andere, getrapte beslisvolgorde: globale bestemmingskeuze (we gaan naar de stad om te winkelen), vervolgens de tijdstipkeuze, vervolgens de vervoerwijzekeuze en dan (in afhankelijkheid van de voorgaande keuzes) de uiteindelijke bestemmingskeuze. Voorbeeld van door gewoontevorming gekoppelde keuzes: altijd met de auto naar de supermarkt in winkelcentrum X. Bij een ad-hoc keuze wordt tijdens de verplaatsing nog gekozen, bijvoorbeeld voor een andere route of zelfs voor een andere bestemming (dan aanvankelijk de bedoeling was). Kenmerkend van al de keuzes is dat er alternatieven zijn. Dit zijn elkaar wederzijds uitsluitende mogelijkheden waarvan je er maar één tegelijkertijd kunt kiezen. Het type alternatief waar het bij verplaatsingen steeds om gaat wordt daarom wel discreet genoemd (óf-óf, niet én-én). Goederenvervoer Het verplaatsen van goederen is een uitkomst van het keuzegedrag van verladers (verzenders) en ontvangers. Verder kan de vervoerder (degene die het vervoer verricht) bij bepaalde keuzes een rol spelen. De verplaatsingskeuzes kunnen als volgt worden gekarakteriseerd: activiteitskeuze; wil ik wel of niet goederen verzenden (verlader), of goederen ontvangen (ontvanger) bestemmingskeuze; waar naartoe worden goederen vervoerd (verlader), waarvandaan haal ik mijn goederen (ontvanger) keuze logistieke vorm; sla ik de goederen onderweg nog ergens op, doe ik er onderweg nog iets mee (verlader, ontvanger, vervoerder) keuze laadeenheid: container, rolcontainer, pallet, etc. (verlader, ontvanger, vervoerder) vervoerwijzekeuze; welke vervoerwijze(n) worden ingezet voor de verplaatsing van de goederen(vervoerder) tijdstipkeuze; wanneer de goederen worden 'geladen' (verlader), wanneer de goederen worden 'gelost' (ontvanger), wanneer de goederen daadwerkelijk worden verplaatst (vervoerder) routekeuze; welke route(s) worden door de vervoerwijze(n) gevolgd (vervoerder). Ook hier is een zekere hiërarchie te onderkennen, maar heel belangrijk is toch ook de onderlinge wisselwerking tussen de verschillende keuzes. De verschillende actoren die aan het vervoerproces deelnemen hebben hun eigen 'keuze'-gebied. Zo zal het een verlader of vervoerder strikt genomen niet veel uitmaken hoe en via welke route een vervoerder de spullen vervoert, als de levering maar tegen de vooraf afgesproken condities gebeurt (op tijd, in orde en voor een bepaalde prijs). Nuancering keuzegedrag Het vervoerkundig keuzeproces beschrijft de keuzen die de individuele vervoerconsument voor en tijdens een verplaatsing (al dan niet bewust) maakt. De beslissingen met betrekking tot al deze keuzen wordt samengevat met de term verplaatsingsgedrag. Een mens is geen computer: geen mens zal voor iedere keuze opnieuw een volledig rationeel keuzeproces doorlopen. Het is menselijkerwijze onmogelijk om alle voor deze keuze relevante informatie te kennen. Bovendien zou je al deze informatie ook nog eens moeten verwerken. D.w.z., je zou dan vóór elke verplaatsing eerst een vervoermodel moeten draaien. Keuzes worden gebaseerd op een subjectieve verwachting van de kwaliteit van de alternatieven in kwestie; dit is een persoonlijke perceptie (vooraf aan het maken van de keuze) van de sterke en zwakke punten van de verschillende alternatieven. Deze subjectieve verwachting wordt ontleend aan twee principieel verschillende bronnen, of een combinatie ervan: eigen ervaringen die relevant zijn met betrekking tot de te maken keuze; informatie die de reiziger heeft bereikt over de verschillende alternatieven. Een eenmaal opgebouwde subjectieve verwachting zal door nieuwe ervaringen en informatie (langzamerhand) veranderen. 1.36

45 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De subjectieve verwachting zal bij een alternatief waar men veel ervaring mee heeft voornamelijk bepaald worden door deze eigen ervaringen en daarom vrij goed overeenkomen met de werkelijkheid. Bij weinig gebruikte alternatieven zal de subjectieve verwachting echter hoofdzakelijk bepaald worden door ingewonnen informatie. Deze informatie kan zeer verschillend van aard zijn. In het beste geval neemt men een bepaalde vorm van objectieve informatie tot zich (bijvoorbeeld: kijken in het spoorboekje). Dit zal men echter pas doen als men al een zeker vertrouwen heeft in de kwaliteit van het alternatief. Er kan ook sprake zijn van desinformatie: men baseert zijn verwachtingspatroon op borreltafelpraat, gecombineerd met een eigen ervaring uit lang vervlogen dagen; de relatie met de werkelijkheid is dan vaak ver te zoeken. Ook reclame is een vorm van informatie. Reclame heeft als nadeel dat het vaak geen objectief beeld geeft; het is echter vaak de enige mogelijkheid om invloed uit te oefenen op de subjectieve verwachting van een alternatief dat iemand zelden of nooit kiest. Het gehele vervoerkundig keuzeproces is dus een cyclisch proces: de keuze wordt bepaald op basis van de subjectieve verwachting van de kwaliteit van de alternatieven. Per alternatief is deze gevormd door een combinatie van eigen ervaringen en andere informatie. Iedere keuze heeft nieuwe ervaringen tot gevolg, die weer invloed hebben op de subjectieve verwachting. Informatie Eigen ervaring Subjectieve verwachting Keuze FIGUUR 3.2: DE KEUZECYCLUS Voor het doorgronden van allerlei vormen van verplaatsingsgedrag is het van groot belang om deze sterk psychologische component te onderkennen. Het bovenstaande mechanisme leidt namelijk veelal tot een sterke mate van gewoontevorming. De subjectieve verwachting van een alternatief dat zelden of nooit gekozen wordt, zal immers nauwelijks veranderen (aannemende dat geen geheel nieuwe informatiebronnen worden aangeboord). Ook van het alternatief dat meestal wel gekozen wordt zal de subjectieve verwachting nauwelijks veranderen, omdat de nieuwe ervaringen het eerder opgebouwde beeld slechts zullen bevestigen. Dit mechanisme is bijvoorbeeld duidelijk waar te nemen bij zowel verstokte autogebruikers als verstokte openbaarvervoergebruikers. 1.37

46 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 4 BEREIKBAARHEID EN LOCATIEKEUZE 4.1 Samenhang tussen bestemmingen: afstemming van functies In hoeverre een locatie voor stedelijk gebruik geschikt is, hangt mede af van relationele invloeden. Deze relationele invloeden zijn tweeledig: 1. de relaties die gelegd kunnen worden tussen het beoogde grondgebruik van de locatie en bestemmingen en voorzieningen buiten de locatie, 2. de invloeden die van buiten op de locatie van kracht zijn en de geschiktheid positief of negatief beïnvloeden. In hoeverre relationele invloeden relevant zijn en op welke wijze de mate van geschiktheid wordt beïnvloed hangt af van de beoogde bestemming. Aan de hand van een voorbeeld zal dit worden verduidelijkt. VOORBEELD 4.1 Voor een nieuwe woonwijk is een goede bereikbaarheid veelal belangrijk. De mogelijkheden voor aansluiting op bestaande infrastructuur en de bijbehorende reistijd zijn daarom relevant. Ook zijn er bestemmingen die goed vanuit de wijk bereikbaar moeten zijn, b.v. het stadscentrum, een station, een bedrijventerrein, onderwijsvoorzieningen, andere wijken, etc. De onderlinge bereikbaarheid tussen enerzijds de nieuwe wijk en anderzijds de relevante plaatsen van herkomst en bestemming bepalen mede de geschiktheid van de locatie. Samenvattend gaat het hier om vervoersrelaties. Maar de locatie voor de nieuwe woonwijk kan voor wat betreft geluid en/of stank binnen de invloedssfeer liggen van een autosnelweg, een spoorlijn, een vuilverbrandingsinstallatie e.d. Hierdoor wordt de mate van geschiktheid negatief bepaald. Het zal duidelijk zijn dat voor zowel de vervoersrelaties als voor de overige ruimtelijke relaties een groot aantal verschillende invloeden kan worden onderscheiden. Voor de vervoersrelaties geldt daarbij tevens dat 1. de herkomsten/bestemmingen verspreid liggen over de stad/regio en 2. dat de invloed in veel gevallen mede afhankelijk is van de omvang van, bijvoorbeeld, het aantal bewoners, arbeidsplaatsen, vloeroppervlakte, etc.. De ruimtelijke spreiding van herkomsten/bestemmingen en de omvang hiervan kan tot uitdrukking gebracht worden in een score voor de mate van geschiktheid van een locatie. Deze score is een potentiaalwaarde met de algemene notatie: M = m j i j=1 dij P VERGELIJKING 4.1 P i = de potentiaalwaarde voor locatie i M j = de massa, uitgedrukt in bewoners, arbeidsplaatsen, vloeroppervlakte, etc. voor herkomst/bestemming van locatie j d ij = de afstand, geografisch of via een netwerk, tussen i en j. In veel gevallen wordt over het onderzoeksgebied, waarbinnen de locaties zijn gelegen, een raster gelegd. De locatie die voor stedelijke uitbreiding wordt beoogd, kan dan opgedeeld worden in meerdere deelgebieden i x. De algemene notatie is in dat geval: P i n m = M d ix = 1 j= 1 ix j j VERGELIJKING

47 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Er kan ook onderscheid worden gemaakt in verschillende soorten relaties, b.v. woon-woonrelaties, woon-werkrelaties, woon-voorzieningenrelaties. Per relatie verschilt dan de massa M. In dit geval bestaat de mogelijkheid de potentiaalwaarde uit te drukken in een (gewogen) sommatie met de algemene notatie: P i n m o = M d k j ix = 1 j= 1 k = 1 ix j VERGELIJKING 4.3 De essentie van de analyse van de relaties tussen een beoogde stadsuitbreiding en andere locaties/gebieden bestaat daaruit dat de positieve of negatieve waarde van de relatie wordt uitgedrukt als kenmerk van de beoogde uitbreidingslocatie. Een bijzonder geval is de analyse van een punt x op een schakel in plaats van een locatie i, bijvoorbeeld om te bepalen of op die plaats een nieuwe goed bereikbare locatie kan worden ontwikkeld. Aandachtspunt is dan dat afhankelijk van de positie de route waarmee d xj wordt bepaald kan wijzigen. 4.2 Bereikbaarheid en bereikbaarheidsmodellen Bereikbaarheid In de ruimtelijke ordening, verkeerskunde en de distributie-planologie worden verschillende definities voor het begrip bereikbaarheid gebruikt. Accessibility is the opportunity for interaction. Accessibility is the ease with which people can reach distant but necessary services. Accessibility is the ability of people to reach destinations at which they can carry out a given activity. Bereikbaarheid is de combinatie van snelheid, voordeligheid en gemak waarmee verplaatsingen worden gemaakt. Hilberts en Verroen (1993) zeggen in aansluiting hierop dat bereikbaarheid wordt bepaald door de hoeveelheid tijd, geld en moeite die vereist is om een locatie te bereiken. De bereikbaarheid van een locatie binnen een onderzoeksgebied, b.v. een land of regio, wordt bepaald door de geografische ligging ten opzichte van steden en dorpen, alsmede door de ligging binnen het infrastructurele netwerk. Bereikbaarheid is een belangrijke indicator om de positie van een stad of locatie ten opzichte van andere steden of locaties te beoordelen. Voor tal van economische activiteiten en maatschappelijke functies is een goede bereikbaarheid van groot belang. Bereikbaarheid is daarmee een belangrijke vestigingsfactor. Bereikbaarheid heeft een tweeledig belang: 1. veel voorzieningen moeten goed bereikbaar zijn voor de gebruikers. De reistijd voor de gebruikers wordt daardoor bekort, 2. veel economische activiteiten en maatschappelijke functies vereisen een minimaal draagvlak om te kunnen functioneren. In veel gevallen zal een groter draagvlak de exploitatie van een voorziening of het uitoefenen van een commerciële activiteit ten goede komen. Een groot draagvlak kan mede worden bereikt door een gunstige geografische ligging en een strategische positie binnen een infrastructureel netwerk. Bereikbaarheid is zowel een verkeerskundig als een sociaal-geografisch begrip. Omdat beide wetenschappen een verschillende benadering hebben, bestaat een verschil in aard van verkeerskundige en sociaal-geografische bereikbaarheidsmodellen. Deze verschillen zijn in Tabel 4.1 samengevat. 1.39

48 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Verkeerskunde Sociale geografie Doel Verbeteren van het verkeerssysteem. Beschrijven en voorspellen van sociale processen in de ruimte Wat staat vast? De bevolkingsspreiding en het Het verkeerssysteem ruimtelijk gedrag. Wat is variabel? Het verkeerssysteem De bevolkingsspreiding en het ruimtelijk gedrag Georiënteerdheid Vraag-georiënteerd Aanbod-georiënteerd Soort modellen Modellen gebaseerd op empirische vraag Volledig aanbod-georiënteerde modellen Modellen gebaseerd op uit de theorie berekende vraag Deels aanbod-georiënteerde modellen Modellen gebaseerd op uit de theorie berekende vraag TABEL 4.1 HET VERSCHIL IN DE AARD VAN VERKEERSKUNDIGE EN SOCIAAL-GEOGRAFISCHE BEREIKBAARHEIDSMODELLEN Verkeerskundige actuele bereikbaarheidsmodellen Modellen die uitgaan van empirische data over de vraag zijn zeer geschikt voor praktische doeleinden van een laag schaalniveau. De modellen vergen echter een grote dataverzameling die via kostbare enquêtes, waarnemingen en interviews moeten worden vergaard. Hakkesteegt definieert de in Figuur 4.1 weergegeven methode ter bepaling van de bereikbaarheid van een locatie [Hakkesteegt, 1991]. FIGUUR 4.1 EMPIRISCH BEREIKBAARHEIDSMODEL [HAKKESTEEGT, 1991] Het opstellen van een empirisch model, zoals door Hakkesteegt gedefinieerd, vergt een studie naar het belang van de verschillende functies in een stad. Vervolgens moeten per afzonderlijke functie de verplaatsingsbehoeften worden bepaald, alsmede een analyse naar herkomst van de gebruikers. Dit vereist een uitgebreide dataverzameling die kostbaar en tijdrovend is. Het is daarom beter de vraag naar ruimtelijke verkeersvoorzieningen te voorspellen aan de hand van een ruimtelijke interactietheorie. In de actuele verkeersmodellen wordt bereikbaarheid berekend als functie van de afstand/reistijd vanuit het herkomstgebied en het aantal bereikbare opportunities (bijv. arbeidsplaatsen). Het aantal bereikbare opportunities wordt vastgesteld binnen een maximale reistijd met een bepaalde 1.40

49 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen vervoerwijze. Voor een woongebied kan bijvoorbeeld het aantal bereikbare arbeidsplaatsen binnen een maximale woon-werkreistijd van 45 minuten worden bepaald. In formulevorm is dit: ( ) = m iv j ijv j=1 B O F T VERGELIJKING 4.4 Waarin: B iv = bereikbaarheid locatie i met vervoerwijze v; O j = aantal opportunities in locatie j (bijv. arbeidsplaatsen); F(T ijv ) = afstandgevoeligheidsfunctie; T ijv = afstand/reistijd van locatie j naar i met vervoerwijze v. De afstandgevoeligheidsfunctie geeft weer wat de kans is op verplaatsing bij een bepaalde weerstand in kostenminuten [Hilbers en Verroen, 1993]. De bereikbaarheid van een locatie neemt af wanneer de verplaatsingsweerstand toeneemt en dit is het geval wanneer de afstand/reistijd toeneemt. De vorm van de afstandsfunctie heeft men bepaald op basis van de gravitatietheorie, en later ook op basis van entropie-maximalisatie. De volgende vormen zijn uit de literatuur bekend: ( ijv ) F T 1 = T ijv 1 ( ijv ) = 2 F T T ijv ( ) 2 ( ijv ) = exp ln ( ijv + 1) F T c T Voor de verschillende verplaatsingsmotieven is ook uit empirische waarnemingen een algemene afstandsfunctie per verplaatsingsmotief geconstrueerd. De afstandgevoeligheidscurven geven weer wat de kans is op verplaatsing bij een bepaalde weerstand in kostenminuten [Hilbers en Verroen, 1993]. Gebleken is dat een log-logistische formule zoals hieronder weergegeven het beste de empirische data beschrijft: ( ijv ) F T Max = 1 + exp + ln ( A B ( Tijv )) VERGELIJKING 4.5 Voor de verplaatsingen met een zakelijk motief vonden Hilbers en Verroen voor de parameter a de waarde -4,069 en voor b de waarde 2, Basisbeginselen van de planning van openbare voorzieningen Indeling van openbare voorzieningen Bij het vaststellen van de omvang en locatie van openbare voorzieningen dient primair de geografische begrenzing van het gebied te worden bepaald waarbinnen de potentiële gebruikers wonen. In het onderstaande overzicht zijn de verschillende typen voorzieningen en de bijbehorende schaalniveaus aangegeven. 1.41

50 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Schaal Voorzieningen Privaat Publiek/Privaat Publiek Buurt buurtwinkel Wijk winkelcentrum cafés Gemeente bioscopen theaters warenhuizen Regio grootschalige detailhandel Planningsproces voor locatiekeuze wijkcentrum gezondheidscentrum sportcomplexen kerken verzorgingstehuis ziekenhuis huishoudelijke afvalverwerking industrieel / huishoudelijke afvalverwerking postkantoor scholen politie brandweer afvalwaterzuivering scholengemeenschap waterwinning elektriciteitsvoorziening TABEL 4.2 VOORZIENINGEN PER SCHAALNIVEAU. Het planningsproces voor de locatiekeuze van openbare voorzieningen omvat de volgende stappen: probleemdefinitie formulering van doelstellingen ontwikkeling van (locatie-) alternatieven evaluatie van alternatieven selectie van de locatie implementatie In het onderstaande overzicht zijn de opeenvolgende stappen aangegeven. Per stap is een aantal methoden c.q. technieken vermeld die hierbij gebruikt worden. Binnen de traditionele planning betreft de probleemdefinitie veelal alleen het vergelijken van de behoefte aan voorzieningen met de doelmatige beschikbaarheid ervan. Deze doelmatigheid wordt uitgedrukt in de kosten van de voorzieningen, en de maximalisatie van het gebruik of toegankelijkheid voor gebruikers. Bij het beoordelen van de doelmatigheid van openbare voorzieningen treedt een aantal complicaties op: de doelmatigheid moet vaak beoordeeld worden op onderling strijdige doelstellingen, b.v. minimale kosten versus maximale toegankelijkheid; veel voorzieningen worden niet benut door de volledige bevolking; sommige openbare voorzieningen hebben een negatief effect op de directe omgeving, waardoor het moeilijk is de meest gewenste locatie voor het totale gebied te vinden b.v. een locatie voor afvalverwijdering. Gezien het voorgaande zal het duidelijk zijn dat de locatie van een voorziening vrijwel altijd gebaseerd moet worden op de beoordeling van meerdere criteria en de effecten ervan voor verschillende belanghebbenden. Dit betekent dat potentiële locaties onderling geëvalueerd dienen te worden. 1.42

51 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Probleemdefinitie Onderzoek naar behoeften Vraaganalyse Ontwerp van alternatieven lokaal niveau Heuristisch model Simpel optimalisatie model Locatie-allocatie model Gevoeligheidsanalyse Effecten en Evaluatie Oplossing van geschillen Ontwikkelen alternatieven Kosten-baten analyse Betalingsbalans Doel bereikbaarheidsmatrix Onderzoek effecten Stemming Politieke keuze zonder stemming Administratieve rechtspraak Gerechtelijke processen Onderhandelen Uitvoering De vraag naar openbare voorzieningen De behoefte aan voorzieningen kan op twee manieren worden vastgesteld: behoeftebepaling per inwoner, behoefte op basis van de totale vraag. Bij behoeftebepaling per inwoner wordt verondersteld dat de aard en omvang van de behoefte aan voorzieningen per inwoner bekend is. Eventueel kan de behoefte per inwoner verschillen, afhankelijk van leeftijd en/of inkomen. De vaststelling van de behoefte gaat als volgt: vooruitberekening van de bevolkingsomvang en samenstelling voor een gegeven jaar; selectie van de behoefte per inwoner voor de verschillende voorzieningen; vaststellen van de totale behoefte per voorziening door de bevolking of bevolkingsgroep te vermenigvuldigen met de behoefte per inwoner; vergelijking van de aard en omvang van de berekende behoefte met de bestaande capaciteit; analyse van de beschikbare middelen en/of beperkingen om de voorziening te realiseren. In het onderstaande voorbeeld is de totale behoefte aan gronden ten behoeve van recreatie op basis van de normen per 1000 inwoners bepaald. Soort gebied Hectares per 1000 inwoners Gebiedsgrootte in hectare Ideaal Minimaal Speelplaatsen Buurtparken Speelterreinen Wijkparken Stadsparken Regionale parken varieert 16.0 Straal van het invloedsgebied in kilometers. TABEL 4.3 STANDAARDEN VOOR RECREATIEGEBIEDEN. De behoeftebepaling op basis van de vraag is een meer economische aanpak. Hierbij wordt met behulp van marktonderzoek vastgesteld hoeveel mensen van een voorziening gebruik zouden willen maken en hoeveel geld zij hiervoor zouden willen betalen via belastingen of rechtstreeks. Het marktonderzoek kan, onder andere, worden vormgegeven met enquêtes. 1.43

52 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Met behulp van het onderzoek kan worden vastgesteld hoeveel mensen gebruik zullen maken van de voorzieningen in relatie tot de betalingen hiervoor. Hieruit kan de vereiste capaciteit en de financiële haalbaarheid c.q. het bedrag dat de overheid voor het in stand houden van een onrendabele voorziening kwijt is beoordeeld worden. 4.4 Modellen voor de analyse van locaties voor openbare voorzieningen Formele modellen kunnen gebruikt worden als hulpmiddel voor de locatiekeuze van voorzieningen. Een aantal van deze modelbenaderingen wordt hierna genoemd Eenvoudige optimalisatie-modellen Voor (1) de allocatie, (2) het vaststellen van de omvang van een voorziening per locatie en/of (3) de samenstelling van de voorzieningen per locatie kunnen eenvoudige optimalisatietechnieken worden gebruikt uit de operationele analyse. Voor de keuze van de locatie van n voorzieningen kan de volgende doelstellingsfunctie worden opgesteld: n m ij ij VERGELIJKING 4.6 i= 1 j= 1 Min d x i = één van de n voorzieningen; j = één van de m locaties; d ij = de kosten van het toewijzen van voorziening i aan locatie j x ij = de omvang van de stroom van i naar j. Bij deze formulering zijn er 2 belangrijke aandachtspunten. De locatie i kan ook een eigen stroom hebben (x ii ). De omvang van de stromen is vooraf bekend. Een voorbeeld van zo n situatie is de locatie van een voorziening waarvan mensen verplicht gebruik moeten maken, zoals bijvoorbeeld een medische voorziening. De stroom is dan het aantal inwoners in een locatie en de doelstellingsfunctie komt dan overeen met het minimaliseren van de totaal af te leggen afstand. Indien de stroom afhankelijk is van de afgelegde afstand, zoals bij een commerciële voorziening, dan is een andere doelstellingsfunctie van toepassing: n m j ( ij ) VERGELIJKING 4.7 i= 1 j= 1 Max M F d Een commerciële voorziening wil immers het aantal bezoekers maximaliseren. Als de afstanden te groot worden, komen er minder klanten. Voor de functie F zijn verschillende functievormen mogelijk zoals in het vorige hoofdstuk is beschreven. Overigens geldt ook hier dat de eigen locatie ook in de berekening moet worden meegenomen Heuristisch model De heuristische modelaanpak is het methodisch toepassen van gezond verstand op de concrete vraagstelling. Bij de heuristische aanpak wordt geen kwantitatief optimale oplossing gezocht, maar wel een indicatie hiervoor. Veel verschillende benaderingen zijn hiervoor mogelijk. Meestal beperkt de aanpak zich tot het vaststellen van de vraag naar voorzieningen, afgestemd op de omvang en de spreiding van de bevolking, en de afstand die voor het gebruiken van de voorziening moet worden afgelegd. Bovendien kunnen andere factoren zoals grondkosten, huurprijs, meervoudig gebruik, combinatie met andersoortige voorzieningen of activiteiten in de aanpak worden betrokken. 1.44

53 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Een heuristische aanpak is bijvoorbeeld een drempelanalyse, waarbij tenminste een minimaal vereist aantal inwoners dichter bij de locatie van de voorziening dient te wonen dan alternatieve locaties en/of bestaande voorzieningen. Een andere aanpak is het vaststellen van een prioriteitsvolgorde voor het ontwikkelen van voorzieningen op basis van bevolkingsomvang en afstand naar de locaties Locatie-allocatie modellen Met behulp van locatie-allocatie modellen wordt getracht zowel het aanbod van voorzieningen én de vraag (bewoners, huizen) te alloceren. Discrete modellen Deze gaan uit van een gegeven set van potentiële vestigingsplaatsen voor de voorzieningen en de woongebieden. Het locatie-allocatie model kan als volgt worden samengevat: Er zijn n locaties met de coördinatoren x j en y j (j = 1,... n) en elke locatie heeft ß i kosten, gerelateerd aan de omvang van de voorzieningen die ter plaatse worden geleverd. Er zijn m voorzieningen die gealloceerd moeten worden. De verplaatsingskosten tussen de woonlocaties en de voorzieningen α ij is een matrix. Van deze matrix moet een subset worden gekozen. Het probleem dat opgelost moet worden is het vinden van de locaties voor de voorzieningen en de woningen (x j, y j ) en α ij Distributie-planologische modellen Een voorbeeld van distributie planologische modellen is een hiërarchische benadering. Hiërarchische spreiding vanuit het hoogste niveau Voor gebieden met een dicht infrastructuurnetwerk en een gelijkmatige spreiding van de bevolking kan een hiërarchische spreiding van voorzieningen worden toegepast. Hierbij wordt een efficiënte en voor bewoners zo gelijk mogelijke spreiding van voorzieningen nagestreefd. Deze efficiëntie wordt bereikt door de vervoersafstanden te minimaliseren. De gelijkheid wordt nagestreefd door de vervoersafstanden tot een voor bewoners aanvaardbare maat te beperken. De hiërarchie wordt geïntroduceerd door voor een verzameling bij elkaar gelegen voorzieningen de aanvaardbare vervoersafstand vast te stellen. De methode wordt toegepast in twee stappen. In stap één wordt een algoritme gebruikt om het aantal voorzieningen vast te stellen. In de tweede stap worden de voorzieningen gelokaliseerd waarbij de vervoersafstanden voor de gebruikers worden geminimaliseerd. In de modelaanpak wordt vanuit het hoogste hiërarchische niveau naar beneden gewerkt. De begrenzing van het gebied dat op het hoogste niveau wordt bereikt, is een beperking voor het lagere niveau. FIGUUR 4.2 HIËRARCHISCHE SPREIDING VANUIT HET HOOGSTE NIVEAU Hiërarchische spreiding vanuit het laagste niveau Een tweede methode begint op het laagste niveau binnen de hiërarchie. Hiervoor wordt een heuristische, stapsgewijze aanpak gebruikt. FIGUUR 4.3 HIËRARCHISCHE SPREIDING VANUIT HET LAAGSTE NIVEAU. 1.45

54 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 5 RUIMTELIJKE MODELLEN 5.1 Kenmerken Vrijwel alle ruimtelijke modellen hebben één ding met elkaar gemeen; ze veronderstellen een bepaalde mate van orde in het ruimtelijk gedrag. De volgende zes veronderstellingen liggen dan ook aan de meeste modellen ten grondslag. 1. De ruimtelijke verspreiding van menselijke activiteiten wordt op geordende wijze door de factor afstand bepaald. Afstand vormt de basis voor geografie. Als alle dingen geconcentreerd zouden zijn op één plaats op één tijdstip, dan zouden er geen patronen zijn, geen ruimtelijke variatie en geen onderscheid in gebieden. Er zou dus geen geografie zijn. Bij het zoeken naar een relatie tussen ruimtelijk gedrag en afstand moet afstand als een ruim begrip worden gezien. Afstand kan bijvoorbeeld worden uitgedrukt in reistijd, transportkosten of de afstand over de weg gewogen naar type verharding. 2. Beslissingen worden zodanig genomen dat de negatieve effecten van afstand worden geminimaliseerd. Deze veronderstelling, bekend als de wet van de minste inspanning, suggereert dat alle dingen hun doel bereiken via de kortste weg. Vestigingspatronen kunnen o.a. worden verklaard door verplaatsingsminimalisatie of wel afstandsminimalisatie. 3. Alle locaties hebben een mate van bereikbaarheid. Bereikbaarheid kan worden gedefinieerd als het gemak waarmee op een plaats kan worden gekomen. De bereikbaarheid van een plaats wordt vaak gerelateerd aan de centrale ligging van een plaats t.o.v. van andere functies en plaatsen. Bereikbaarheid is dan ook sterk gerelateerd aan het principe van minste inspanning. 4. Menselijke activiteiten hebben de neiging om zich te concentreren (agglomereren) op één plaats om zo kosten te kunnen besparen. Deze kosten kunnen bijvoorbeeld worden bespaard omdat bepaalde voorzieningen al aanwezig zijn of doordat de kosten van het realiseren van deze voorzieningen kunnen worden gedeeld. 5. In de organisatie van menselijke activiteiten is een hiërarchische structuur te herkennen. De politieke organisatie is een fundamenteel aspect van de structuur van vestigingspatronen en hangt af van het onderlinge verband tussen de neiging tot concentratie van activiteiten en de bereikbaarheid. Op beter bereikbare plaatsen ontstaan grotere agglomeraties. Er bestaat dus een hiërarchie in plaatsen vanuit het oogpunt van bereikbaarheid. 6. Het vestigingsgedrag van mensen is middelpuntsgericht van karakter. Niet alleen vanuit economisch oogpunt maar in het algemeen hebben mensen de neiging bij elkaar te gaan wonen. 5.2 Hansen's Potential Model [Lee, 1973] Doel Hansen's model is een locatiemodel om de verdeling van bijvoorbeeld de bevolking, of de groei daarvan, over zones te voorspellen, gebaseerd op de veronderstelling dat de massa van de zone (bijvoorbeeld de werkgelegenheid) en de bereikbaarheid daarvan de belangrijkste bepalende factoren zijn. Werking Volgens Hansen zou de relatie tussen de verdeling van de te verdelen grootheid (bijvoorbeeld bevolking) en de massa (bijvoorbeeld werkgelegenheid) kunnen worden uitgedrukt in een bereikbaarheidsindex (A i ), die voor elke zone de bereikbaarheid van de massa weergeeft. De bereikbaarheidsindex van zone i in relatie tot zone j is: 1.46

55 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen A M j ij = Vergelijking 5.1 b dij A ij = de bereikbaarheidsindex van zone i in relatie tot zone j; M j = totale massa in j; d ij = de afstand tussen i en j; b = de macht van d ij. De totale index van zone i is de som van alle afzonderlijke indices. m m M j Ai = Aij = b j= 1 j= 1 dij Vergelijking 5.2 Het volume dat door een zone wordt aangetrokken wordt naast de bereikbaarheid ook bepaald door het aantal beschikbare terreinen of de oppervlakte dat geschikt voor die functie. Hansen noemt dit de capaciteit (H i ) van een gebied. Door vermenigvuldiging van de bereikbaarheidsindex met de capaciteit kan een index voor de ontwikkelingspotentie (D i ) van een zone worden verkregen. D = A H Vergelijking 5.3 i i i De toe te delen grootheid wordt nu gealloceerd op basis van de relatieve ontwikkelingspotentie van elke zone: n Di Ai Hi = n D A H k k k k = 1 k = 1 Vergelijking 5.4 Met andere woorden: Hansen veronderstelt dat de verdeling van toe te delen grootheid over de zones afhankelijk is van de aantrekkelijkheid van elke zone t.o.v. de andere (concurrerende) zones. Als de totale groei G t is, dan zal de groei in zone i gelijk zijn aan: Di Ai Hi Gi = Gt = G n t n D A H k k k k = 1 k = 1 Vergelijking 5.5 Afhankelijk van de toepassing (keuze van G: (groei van) inwoners of arbeidsplaatsen of...) moeten dus de juiste waarden voor M en d worden gekozen. Deze methode kan bijvoorbeeld worden gebruikt om het effect op de verdeling van de bevolking van politieke maatregelen te bepalen, bijvoorbeeld door het specificeren van alternatieve verdelingen van de werkgelegenheid, alternatieve reistijden en verschillende wooncapaciteiten. In onderstaand voorbeeld wordt geïllustreerd hoe het Hansen-model kan worden gebruikt om te kijken of de huidige verdeling van de bevolking over zones overeenkomt met de theoretisch te verwachten verdeling. 1.47

56 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Voorbeeld 5.1 (Lee, 1973) In dit voorbeeld wordt het model niet gebruikt om de toekomstige situatie te voorspellen, maar om de huidige verdeling van inwoners te reproduceren. Voor het voorspellen is de toekomstige werkgelegenheid een vereiste, terwijl in dit voorbeeld de huidige werkgelegenheid als input wordt genomen om na te gaan of het model de (huidige) verdeling van de bevolking juist kan voorspellen. In Tabellen 1 en 2 staan de benodigde gegevens van drie zones in een stedelijk gebied. De drie zones zijn in Figuur 1 weergegeven. = bevolking = werkgelegenheid in basissector = werkgelegenheid in dienstensector Figuur 1 Drie zones in een stedelijk gebied schematisch weergegeven. Zone nr Werkgelegenheid in basissector Werkgelegenheid in dienstensector Totale werkgelegen heid Totale bevolking Wooncapaciteit (acres) Totaal Tabel 1 Werkgelegenheid (in basissector en dienstensector), bevolkingsomvang en wooncapaciteit (in acres) per zone. 325 Naar j j = 1 j = 2 j = 3 Van i i = i = i = Tabel 2 Afstands- of reistijdmatrix. Allereerst wordt de bereikbaarheidsindex, A ij, voor elke zone berekend. De parameter b is hier gelijkgesteld aan 2. Voor de massa M wordt de werkgelegenheid gebruikt. = m M j Ai b j=1 dij Deze berekening is in Tabel 3 weergegeven. Zone j = 1 j = 2 j = 3 i = 1 i = = 1000 = 125 = 888, = 62, 5 = 888, 89 = i = = 111, 1 = 500 = 3555, Tabel 3 Berekening van de bereikbaarheidsindex van zone i in relatie tot zone j, A ij en de totale index. 1.48

57 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De volgende stap is het berekenen van de ontwikkelingspotentie (D i ) van elke zone. Uit berekening volgt Tabel 4 D i = A i H i Zone A i H i D i = A i H i Tabel4 De ontwikkelingspotentie van elke zone afhankelijk van de bereikbaarheidsindex (A i ) en de wooncapaciteit (H i ). De totale ontwikkelingspotentie in het gebied is dus: Di = i = Het volgende dat wordt berekend is de relatieve ontwikkelingspotentie, de aantrekkelijkheid van een zone t.o.v. de totale aantrekkelijkheid van alle andere zones (zie Tabel 5) Zone D i ,204 0,374 0,422 Totaal ,000 Tabel 5 De relatieve ontwikkelingspotentie. Wanneer nu een schatting van de totale groei van de bevolking bekend zou zijn, zou de verdeling van deze groei over de drie zones kunnen worden bepaald. In plaats van de totale groei wordt in dit voorbeeld de huidige bevolkingsomvang genomen en wordt de huidige verdeling bepaald (zie Tabel 6). G = i ( Ai H i ) of Di Gt Gt ( Ai H i ) Di i i Zone ,204 0,374 0, Totaal 1, Tabel 6 Voorspelde bevolkingsomvang per zone, Gi. Vergelijking met de aangenomen bevolking (Tabel 1) laat zien dat het model een goede benadering geeft. 5.3 Het Lowry model [Lee, 1973] Doel Het Lowry model beschrijft de wisselwerking tussen bevolking en werkgelegenheid in een gebied en de manier waarop deze wisselwerking veranderingen in het stedelijk gebied beïnvloedt. M.a.w.: het model beschrijft welke invloed de werkgelegenheid op de bevolkingsomvang heeft en omgekeerd, en hoe de spreiding van bevolking en werkgelegenheid in een gebied door deze wederzijdse afhankelijkheid wordt beïnvloed. Werking In het model wordt het zwaartekrachtprincipe gecombineerd met de economische basistheorie. 1.49

58 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Economische basistheorie In de economische basistheorie worden de economische activiteiten in een gebied in twee sectoren onderscheiden: 1. De export of basissector: deze produceert hoofdzakelijk voor consumptie buiten het gebied. Er wordt van uitgegaan dat de groei van deze sector is gerelateerd aan de nationale economische groei. 2. De diensten- of lokaal afhankelijke sector: de groei van deze sector is afhankelijk van de lokale bevolkingsgroei. De groei van de basissector is gerelateerd aan de nationale economische groei. De economische basistheorie veronderstelt dat de werkgelegenheid in deze sector in een gebied alleen door nationale economische ontwikkelingen wordt bepaald. De nationale economische ontwikkelingen worden als gegeven beschouwd en daarmee ook de werkgelegenheid in de basissector in een gebied. Met de economische basistheorie kan, gegeven de totale werkgelegenheid in de basissector, de totale bevolkingsomvang en de totale werkgelegenheid in de dienstensector worden bepaald. De bevolkingsomvang in een gebied is deels afhankelijk van de werkgelegenheid in de basissector. Dit deel van de bevolking is de basisbevolking. De basisbevolking wordt verkregen uit de basiswerkgelegenheid met behulp van de zogenaamde bevolkingsmultiplier. De basisbevolking vraagt om voorzieningen zoals winkels, ziekenhuizen, en andere diensten. Deze vraag zorgt voor werkgelegenheid in de dienstensector. Het aantal banen in de dienstensector wordt berekend met behulp van de bevolkingsomvang-dienstenratio. Evenals de basissector bepaalt ook de dienstensector een deel van de bevolkingsomvang. Dit is de extra bevolking, naast de basisbevolking. Deze extra bevolking vraagt ook om voorzieningen, wat voor extra banen in de dienstensector zorgt. De werkgelegenheid in de dienstensector is afhankelijk van de bevolkingsomvang, maar omgekeerd neemt de bevolkingsomvang toe wanneer de werkgelegenheid in de dienstensector toeneemt. Elke toename in bevolking heeft dus extra banen in de dienstensector tot gevolg en omgekeerd. Het proces van berekenen van toename van bevolking en banen wordt herhaald totdat deze toenamen verwaarloosbaar klein zijn geworden. De som van toenamen is de voorspelde bevolkingsomvang en het voorspelde aantal banen in de dienstensector. Zwaartekrachtprincipe Wat planners graag willen weten is, waar woonlocaties moeten worden gecreëerd en hoe groot dienstensectorcentra worden, afhankelijk van de plaats van bijvoorbeeld een nieuwe fabriek in een regio. Voor het bepalen van de locatie van de verschillende activiteiten wordt in het Lowry-model het zwaartekrachtprincipe gebruikt. Het uitgangspunt van het zwaartekrachtprincipe is dat de mate van interactie tussen twee of meer zones direct evenredig is met de grootte (of aantrekkingskracht) van de zones en omgekeerd evenredig is met de afstand tussen de zones én de relatieve aantrekking van andere (concurrerende) zones. In het Lowry model betekent dit dat het aantal mensen, wonend in zone j en werkend in zone i, afhankelijk is van het totaal aantal werknemers in zone i en de waarschijnlijkheid dat er interactie plaatsvindt tussen zone i en zone j. De waarschijnlijkheid van interactie tussen zone i en j wordt bepaald door de omvang van zone j, de relatieve aantrekking van de andere zones en de afstand tussen zone i en j. Stroomdiagram Lowry In figuur 5.1 staat een stroomdiagram van het Lowry-model weergegeven. In het Lowry model wordt de werkgelegenheid in de basissector in elke zone als gegeven beschouwd. Met dit gegeven kan op basis van het zwaartekrachtprincipe en de economische basistheorie het aantal werknemers wonend in zone j en werkend in de basissector in elke zone i, worden berekend. Met behulp van de bevolkingsmultiplier wordt de basisbevolking in elke zone j berekend. Met behulp van de bevolkingsomvang-diensten ratio wordt vervolgens de toename in banen in de dienstensector berekend en met het zwaartekrachtprincipe verdeeld over de verschillende zones. 1.50

59 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Basiswerkgelegenheid per zone - exogeen Verdeling werknemers basiswerkgelegenheid Verdeling werknemers dienstensector Bevolking gerelateerd aan dienstensector Bevolking gerelateerd aan dienstensector Convergentie naar eindoplossing Verdeling werknemers dienstensector Werkgelegenheid dienstensector per zone Werkgelegenheid dienstensector per zone Bevolking gerelateerd aan basiswerkgelegenheid FIGUUR 5.1 STROOMDIAGRAM LOWRY-MODEL Op dezelfde manier kan de toename en locatie van de bevolking worden bepaald die afhankelijk is van de toename van het aantal banen in de dienstensector in zone i. Dit proces herhaalt zich totdat de toenamen van bevolking en het aantal banen verwaarloosbaar klein zijn geworden. Het hele proces zal in Voorbeeld 5.2 worden verduidelijkt met formules en getallen. VOORBEELD 5.2 (UIT [LEE, 1973]) In dit voorbeeld wordt hetzelfde gebied beschouwd als in het voorbeeld bij het Hansen Potential model (zie Tabellen 1 en 2). Met het Lowry-model wordt wederom de huidige verdeling van de bevolking en de werkgelegenheid in de dienstensector over de zones gereproduceerd, gegeven de locatie van de werkgelegenheid in de basissector. Omdat we de eigenlijke verdeling over de locaties kennen, kunnen we het resultaat van het model vergelijken met deze verdeling. De eigenlijke verdeling van bevolking en dienstensector wordt niet gebruikt in het model, behalve om de bevolkingsmultiplier en de bevolkingsomvangdiensten-ratio uit te rekenen. Zone nr Werkgelegenheid in basissector Werkgelegenheid in dienstensector Totale werkgelegen heid Totale bevolking Wooncapaciteit (acres) Totaal TABEL 1 WERKGELEGENHEID (IN BASISSECTOR EN DIENSTENSECTOR), BEVOLKINGSOMVANG EN WOONCAPACITEIT (IN ACRES) PER ZONE. Naar j j = 1 j = 2 j = 3 Van i i = i = i = TABEL 2 AFSTANDS- OF REISTIJDMATRIX. 1.51

60 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De eerste stap is het berekenen van de bevolkingsmultiplier en de bevolkingsomvangdiensten-ratio: α = P/E = 95000/44000 = 2,159 ß = S/P = 25200/95000 = 0,265 waarin: P = totale bevolkingsomvang E = totale werkgelegenheid S = werkgelegenheid in de dienstensector Vervolgens wordt bepaald waar de arbeiders in de basissector, B i, wonen met behulp van de volgende formule: b Tij = Bi Ai Pjd ij waarin T ij = het aantal werknemers in de basissector in zone i wonend in zone j; B i = het totaal aantal werknemers in de basissector in zone i; A i P j d -b ij = de waarschijnlijkheid van interactie tussen zone i en j; A i = maat voor de relatieve aantrekking van andere zones; A i =( j P j P j = huidige bevolkingsomvang van zone j; d ij = afstand tussen zone i en j; b = macht die de verhouding tussen afstand en bevolkingsomvang bepaalt. Bovenstaande formule kan ook worden geschreven als: b Pj dij T ij = Bi b P d j d -b ij j ) -1 ij Eerst moet de waarschijnlijkheid van interactie (Pr ij ) P worden berekend. De exponent b wordt gelijk gesteld aan 2. 2 P Pj d 2 ij ( Prij ) = Ai Pi d īj = 2 Pj dij j En om deze term uit te kunnen rekenen moet eerst (P j d ij -2 ) worden berekend. Deze waarden zijn voor elke zone weergegeven in Tabel 3. j j = 1 j = 2 j = 3 I i = 1 i = 2 i = = = = ,88 527, ,77 = 54688, = 1138, ,27 = 3888,89 = 2562, ,84 = 2187,5 = 4555, TABEL 3 DE BEREKENING VAN P J D -2 IJ. Met deze getallen kan de waarschijnlijkheid van interactie worden berekend Tabel

61 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen j i i = 1 i = 2 i = 3 j = 1 j = 2 j = ,77 296, ,27 527, ,84 = 0,738 = 0,044 = 0, , , , , ,5 7270,84 = 0,085 = 0,576 = 0, , , ,5 6748, , ,84 = 0,177 = 0,380 = 0,626 TABEL4 BEREKENING VAN DE WAARSCHIJNLIJKHEID VAN INTERACTIE (PRIJ)P. De toewijzing van de arbeiders aan de zones kan nu worden berekend zoals in Tabel 5 staat weergegeven. i i = 1 i = 2 i = 3 j j = 1 j = 2 j = x0,738 = x0,044 = x0, x0,085 = x0,576 = x0, x0,177 = x0,380 = x0,62 6 = 876 = 3612 = 7512 T ij (1) i TABEL 5 BEREKENING VAN T IJ (1) = B I (PR IJ )P. Elk hokje in de tabel (behalve de laatste rij) geeft het aantal mensen aan dat werkt in de basissector in zone i en woont in zone j. Het totaal aantal arbeiders dat in een zone j woont is gelijk aan de som van T ij over i. Door het aantal arbeiders dat in een zone woont te vermenigvuldigen met de bevolkingsmultiplier α kan nu in elke zone de totale basisbevolking (P j (1)) worden gevonden: P j (1)= α T ij (1)= 2,159 T ij (1) i i waarin: P j (1) = totale basisbevolking in zone j. De basisbevolking in elke zone is dan: P 1 (1) = 2,159 Σ i T i1 (1) = 2,159 x 3118 = 6732 P 2 (1) = 2,159 Σ i T i2 (1) = 2,159 x 6154 = P 3 (1) = 2,159 Σ i T i3 (1) = 2,159 x 9528 = Het volgende dat kan worden bepaald is het aantal banen in de dienstensector (D j (1)) dat door de basisbevolking wonend in elke zone wordt gevraagd. Dit kan door de bevolkingsomvang in elke zone te vermenigvuldigen met de bevolkingsomvang-diensten-ratio volgens: D j (1) = ßP j (1) = 0,265P j (1) waarin: D j (1) = het aantal banen in de dienstensector afhankelijk van de basisbevolking in elke zone j. D 1(1)= 0,265 x P1 (1)= 0,265 x 6732 = 1783 D 2 (1)= 0,265 x P 2 (1)= 0,265 x = 3521 D 3 (1)= 0,265 x P 3 (1)= 0,265 x =

62 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De banen in de dienstensector moeten nu worden verdeeld over de dienstencentra. Hiervoor wordt de volgende formule gebruikt: S ji (1) = D j (1)K j S i d ji -b waarin: S ji = het aantal banen in dienstencentrum i voor mensen wonend in zone j; D j = het totaal aantal banen in de dienstensector afhankelijk van de bevolkingsomvang in zone j; K j S i d -b ji = de waarschijnlijkheid van interactie tussen zone i en j; K j = maat voor de relatieve aantrekking van andere zones; = ( K j -2-1 S i d ij ) i S i = huidige omvang van de dienstensector in zone i; d ji = afstand tussen zone j en i; Weer wordt eerst de waarschijnlijkheid van interactie berekend. S -2 ( ji ) = j i ji Pr K S d Eerst wordt de term S i d ji -2 uitgerekend in Tabel 6 j j = 1 j = 2 j = 3 i i = = 300 = 18,75 = 33, i = = 62,5 = 444,44 = i = = 555,56 = 1250 = 2222, Si d , , ,55 ji i Met deze waarden kan (Pr ji ) S worden berekend (Tabel 7). TABEL 6 DE BEREKENING VAN S I D JI -2. j i i = 1 i = 2 j = 1 j = 2 j = ,06 62,5 918,06 = 0,33 = 0,07 18, ,19 = 0,01 33, 33 = 0, , 19 33, , , 55 = 0,01 = 0, 10 i = 3 555, 56 0, , 06 = ,19 = 0, , ,55 = 0,89 TABEL 7 BEREKENING VAN DE WAARSCHIJNLIJKHEID VAN INTERACTIE (PR JI )S. Nu kan de werkgelegenheid in de dienstensector in elke zone, die per zone wordt gevraagd, worden bepaald. S 11 = D 1 (1)(Pr 11 ) S = ,33 = 588 S 12 = D 1 (1)(Pr 12 ) S = ,07 = 125 S 13 = D 1 (1)(Pr 13 ) S = ,60 = 1070 S 21 = D 1 (1)(Pr 21 ) S = ,01 = 35 S 22 = D 1 (1)(Pr 22 ) S = ,26 = 916 S 23 = D 1 (1)(Pr 23 ) S = ,73 = 2570 S 31 = D 1 (1)(Pr 31 ) S = ,01 = 55 S 32 = D 1 (1)(Pr 32 ) S = ,10 = 545 S 33 = D 1 (1)(Pr 33 ) S = ,89 =

63 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De totale werkgelegenheid in de dienstensector in elke zone kan worden gevonden door sommatie van alle S ji (Tabel 8). I j j = 1 j = 2 j = 3 i = i = i = TABEL 8 DE WERKGELEGENHEID IN DIENSTENSECTOR S JI. De eerste iteratiestap van het model is nu voltooid. De eerste toename van bevolking en werkgelegenheid in de dienstensector is hiermee berekend. In Tabel 9 staat een samenvatting van de resultaten. Zone Werkgelegenheid in basissector Toename bevolking Toename werkgelegenheid dienstensector TABEL9 DE RESULTATEN NA ÉÉN ITERATIE. In feite zijn er 16 iteraties nodig om de verdeling van bevolking en werkgelegenheid te bepalen. De tweede iteratiestap wordt hier nog bekeken. Van de volgende stappen worden alleen de resultaten gegeven. De tweede iteratiestap begint niet met de werkgelegenheid in de basissector maar met de toename van de werkgelegenheid in de dienstensector. De eerste stap is te bepalen waar de mensen wonen, die in deze sector werken. In de vergelijking voor T ij wordt B i vervangen door S i (1): T ij (2) = S i (1)(Pr ij ) P waarin: T ij (2) =aantal werknemers in de dienstensector in zone i wonend in zone j. i i = 1 i = 2 i = 3 j j = 1 j = 2 j = 3 678x0,738 = x0,044 = x0, x0,085 = x0,576 = x0, x0,177 = x0,380 = x0,626 = 620 = 2556 = 5315 T ij (2) i TABEL 10 BEREKENING VAN TIJ(2) = S I (1)(PR IJ )P. Het volgende is het berekenen van de bevolkingsomvang die afhankelijk is van de banen in de dienstensector. P j (2)= α T ij (2) i dus: P 1 (2) = 2, = 2569 P 2 (2) = 2, = 7617 P 3 (2) = 2, = Deze bevolking genereert weer banen in de dienstensector: D j (2) = ßP j (2) 1.55

64 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen dus: D 1 (2) = 0, = 681 D 2 (2) = 0, = 2019 D 3 (2) = 0, = 3455 Deze banen worden verdeeld over de zones volgens Tabel 11. j i i = 1 i = 2 i = 3 j = 1 j = 2 j = 3 681x0, x0, x0, = 225 = 20 = x0, x x0, = 48 =525 = x0, x0, x0, = 409 = 1474 = 3075 TABEL 11 BEREKENING VAN S JI (2) = D J (2)(PR JI )S. De resultaten van de tweede iteratie staan in Tabel 12. Zone Toename bevolking Toename werkgelegenheid dienstensector TABEL 12 DE RESULTATEN VAN DE TWEEDE ITERATIE. Bij elke iteratiestap zijn de toenamen van bevolking en werkgelegenheid kleiner. In Tabel 13 staan de resultaten van alle 16 iteraties. De som van deze resultaten geeft de totale verdeling van de bevolking en de werkgelegenheid in de dienstensector over de zones. Iteratie nr Werkgelegenheid in Bevolkingsomvang dienstensector Totaal Totaal Totaal TABEL 13 DE RESULTATEN VAN 16 ITERATIES VAN HET LOWRY-MODEL. Tot slot kunnen de voorspelde waarden worden vergeleken met de gegeven waarden en kan worden geconcludeerd dat de verschillen tussen deze waarden klein zijn (zie Tabel 14). 1.56

65 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Zone Werkgelegenheid in dienstensector Totale werkgelegenheid Totale bevolkingsomvang Gegeven Voorspeld Gegeven Voorspeld Gegeven Voorspeld Totaal TABEL 14 VERGELIJKING VAN GEGEVEN EN VOORSPELDE WAARDEN VAN WERKGELEGENHEID IN DE DIENSTENSECTOR, TOTALE WERKGELEGENHEID EN TOTALE BEVOLKING. Voor zowel het Lowry-model als het Hansen-model geldt dat het een schematisatie is van de werkelijkheid. De modellen beschrijven een belangrijk mechanisme, ruimtelijke interactie, en laten dus tegelijkertijd een aantal andere aspecten buiten beschouwing. Voorbeelden hiervan zijn beperkingen in beschikbare ruimte (met name voor het Lowry-model) of ruimtelijk beleid (in Nederland hebben we bijvoorbeeld in het verleden het principe van gebundelde deconcentratie gehanteerd). Dit betekent dat er altijd verschillen zullen zijn tussen de uitkomsten van een ruimtelijk interactiemodel en de werkelijkheid. Daarnaast geldt natuurlijk dat de keuze van de in de modellen gebruikte variabelen (denk bijvoorbeeld aan de massa M in het Hansen model of aan de maat voor de beschikbare ruimte) grote invloed heeft op de resultaten. 1.57

66 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 6 VEKEERS- EN VERVOERMODELLEN 6.1 Theorievorming verplaatsingskeuzes Micro-economische nutstheorie Het is onmogelijk om de manier waarop mensen keuzes maken precies te begrijpen. Voor modelleringsdoeleinden is het noodzakelijk om met een beschrijving te komen die de belangrijkste kenmerken vangt. Gezien begrippen als de kortste weg zou men verleid kunnen worden om kostenminimalisering als belangrijkste principe te gebruiken. Kostenminimalisering zou echter tot triviale oplossingen kunnen leiden (niet reizen) terwijl het fenomenen zoals de groeiende mobiliteit niet beschrijft. Een beter concept is nutsmaximalisatie. Hierbij veronderstelt men dat reizigers proberen om hun nut te maximaliseren. Bij vervoer wordt nut geassocieerd met activiteiten die worden uitgevoerd, terwijl disnut de inspanning is die nodig is om plaatsen waar die activiteiten plaatsvinden te bereiken. Binnen deze benadering zou verbetering van de infrastructuur leiden tot reizigers die verder reizen om het netto nut dat zij ervaren te verhogen. Hoewel het nutsmaximalisatiemodel regelmatig bekritiseerd wordt (mensen zouden andere keuzestrategieën kunnen hebben zoals tevredenheid nastreven, gewoontes spelen een belangrijke rol bij (keuze-) edrag, hoe kan nut worden gekwantificeerd, reizigers kunnen niet alle alternatieven overdenken, er kunnen allerlei beperkingen zijn, enz.) blijkt het een vruchtbare benadering voor vervoerstudies te zijn. Keuzefactoren Het principe van nutsmaximalisatie kan worden verklaard met het volgende voorbeeld. Laten we veronderstellen dat een reiziger uit verschillende plaatsen kan verkiezen om een activiteit, bv. vrije tijd, uit te voeren. De kwaliteit of de ervaring (nut) verschilt tussen de plaatsen, net als de benodigde inspanning (disnut) om deze plaatsen te bereiken. Bij het beslissen omtrent een verplaatsing spelen drie nutscomponenten een rol: het nut N i van het blijven op de plaats van herkomst i, het nut N j van een activiteit gaan verrichten op een plaats van bestemming j, (resp. goederen te brengen naar plaats j ). het disnut (offer) Z ij van de verplaatsing. Er zal een verplaatsing worden gemaakt als het saldo van deze nutscomponenten positief is: {N j - N i - Z ij > 0} VERGELIJKING 6.1 ofwel {N j > N i + Z ij } VERGELIJKING 6.2 Eenvoudigheidshalve kiezen we de nutschaal voor de activiteiten zodanig dat Ni = 0, het nut van in de herkomst blijven (blijven waar we zijn, het goed laten waar het is) is nihil. N j : nut in bestemming j Het individu kent een positief nut N j toe aan elke activiteit in j. Dit nut is afhankelijk van het soort activiteit en de kenmerken ervan. Het totale nut is opgebouwd uit deelnutten n die voortvloeien uit de afzonderlijke kenmerken g. Elk individu waardeert activiteiten (en de kenmerken ervan) op zijn eigen manier: N j = n jg = (β g Χ jg ) VERGELIJKING

67 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Deze gewogen som is een uitdrukking van de afwegingen die de reiziger maakt tussen de kenmerken X van een activiteit. Bij een winkelverplaatsing weegt het individu zaken als assortiment en kwaliteit via wegingsfactoren ß. Hij is bijvoorbeeld bereid een geringere kwaliteit op te offeren tegen een breder assortiment. Bij goederenvervoer kent de beslissingnemer (vaak de verlader) een bepaald nut toe aan het aanwezig zijn van goederen in j. Dit nut kan eruit bestaan dat het goed dan (wel) kan worden verkocht of bewerkt. Ook bij het goederenvervoer zal het nut opgebouwd zijn uit deelnutten en zal iedere verlader deze deelnutten op zijn eigen manier inschatten. Z ij : verplaatsingsoffer De reiziger kent aan de verplaatsing(sketen), nodig om een activiteit in j te kunnen ontplooien, een disnut Z ij toe. Het totale offer is opgebouwd uit de disnutten Z van de afzonderlijke kenmerken h. De waarde van deze elementen hangt af van persoonskenmerken, kenmerken van het vervoersysteem en de kenmerken van de verplaatsing i - j (zoals de af te leggen afstand). Elke reiziger waardeert het verplaatsingsoffer op zijn eigen manier. Z ij = z ijh = (α h Y jg ) VERGELIJKING 6.4 Bij een verplaatsing weegt een reiziger zaken als tijd, afstand, kosten en parkeren via wegingsfactoren. Hij is bijvoorbeeld bereid hogere kosten te maken als het sneller gaat. De specifieke afweging tussen kosten en tijd via de tijdwaardering is een belangrijke parameter in het verplaatsings-keuzegedrag. In onderstaande tabel zijn de waarden weergegeven zoals die door Verkeer & Waterstaat worden voorgesteld voor de evaluatie van investeringen in infrastructuur. De verschillen tussen de vervoerwijzen worden veroorzaakt door de verschillen in de aandelen van inkomensgroepen per vervoerwijze. Verder valt op dat de langzame vervoerwijzen buiten beschouwing zijn gelaten. Vandaar ook het ontbreken van een totaalwaarde. Woon-werK Zakelijk Overig Totaal Auto 8,83 28,58 5,69 9,22 Trein 8,31 17,59 5,12 6,55 Bus en tram 7,86 13,44 4,90 5,75 Alle vervoerwijzen 8,20 27,56 5,47 TABEL 6.1: TIJDWAARDERING PER MOTIEF EN PER VERVOERWIJZE [ /H] (EXCLUSIEF LOPEN EN FIETSEN, HERLEID TOT PRIJSPEIL 2006) [BRON: VERKEER & WATERSTAAT (2000)] Het verplaatsingsoffer bij het goederenvervoer is op een soortgelijke wijze opgebouwd. De afzonderlijke kenmerken h zijn afhankelijk van het te vervoeren goed, de gekozen vervoerwijze(n) en de verplaatsingskenmerken. Iedere verlader beoordeelt deze kenmerken h op een eigen wijze. Kanttekening: Merk op dat vervoerondernemingen, logistieke dienstverleners, overslagterminals en dergelijke leven van dit 'disnut'. Waar verladers en vervoerders trachten dit disnut te minimaliseren, zouden vervoerders het disnut feitelijk het liefst 'vergroten': met een uiterst efficiënt vervoersysteem valt niet veel te verdienen. De verplaatsing zal alleen dan plaatsvinden als het nutssaldo N j -Z ij positief is. In het algemeen heeft een reiziger de mogelijkheid om voor meer dan één bestemming te kiezen en heeft een verlader de mogelijkheid zijn goederen naar verschillende afleveradressen te brengen. De beslissingnemer kiest het alternatief c dat hem het hoogste nut oplevert, het principe van subjectieve nutsmaximalisatie: N c = max (N j -Z ij ) (voor alle j) VERGELIJKING 6.5 Het salderen van nut N en offer Z maakt duidelijk dat de reiziger ook afwegingen maakt tussen kenmerken van de activiteit en van de verplaatsing. Het nut van een groter assortiment wordt 1.59

68 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen bijvoorbeeld afgewogen tegen de extra reistijd die dat kost. Bepaalde activiteiten leveren weliswaar een zeer hoog nut, maar vergen ook een groot offer om het te bereiken. Dat kan een reden zijn om dan maar een activiteit te kiezen die wat minder nut levert maar ook een veel minder groot offer vergt. Stel dat iemand uit drie bestemmingen kan kiezen. Puur vanuit de activiteit gezien is alternatief 3 het meest aantrekkelijk. Als echter rekening wordt gehouden met het disnut van de verplaatsing, verandert het beeld. Volgens het principe van nutsmaximalisatie zou de reiziger voor alternatief 1 kiezen vanwege het hoogste netto nut en dus niet voor alternatief 3. Nut Alt. 3 Alt. 1 N 3 Z 3 Z 1 Alt. 2 N 1 Z 2 N 2 Figuur 6.1 Het kader van het nut voor 3 alternatieven In het geval van vervoerwijzekeuze of routekeuze wordt de situatie enigszins gewijzigd. Het nut verbonden aan de diverse alternatieven zal gelijk zijn aangezien alle alternatieven de reiziger naar dezelfde plaats voor dezelfde activiteit brengen. In dat geval vereenvoudigt het nutsmaximalisatiemodel in het concept van disnutminimalisatie. Natuurlijk is er variatie in de vrijheid die reizigers hebben in hun keuze. Kijkend naar vervoerwijze zou het kunnen zijn dat een groep reizigers niet beschikt over een auto (geen rijbewijs en/of auto) of, het tegengestelde, dat reizigers openbaar vervoer niet als relevant alternatief beschouwen (bagage, voorkeur). Dit zorgt ervoor dat verschil in kwaliteit tussen auto s en openbaar vervoer niet leidt tot een bereik van openbaarvervoer gebruikers tussen 0% tot 100%, maar tot een veel kleinere bandbreedte (zie Figuur 6.2). OV aandeel 100% auto captives 0% OV captives Reistijd auto reistijd OV FIGUUR 6.2 OPENBAAR VERVOERAANDEEL ALS FUNCTIE VAN HET VERSCHIL IN REISTIJD TUSSEN AUTO EN OPENBAAR VERVOER Het nutsmaximalisatiemodel is ook de basis voor het veelgebruikte Logit model (zie bv. Ben-Akiva & Lerman, 1985), dat ook in micro-economisch en marketingonderzoek wordt gebruikt. Men veronderstelt dat het nut van een alternatief (U i ) wordt beschreven door meetbare en waarneembare componenten (V i ), bv. een lineaire verhouding van kenmerken van een alternatief, en een foutenterm (ε i ), die niet waargenomen componenten en fouten in de observatie afvangt: 1.60

69 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen U = V + ε i i i Het vergelijken van alternatieven impliceert het vergelijken van nut, met inbegrip van de foutentermen. Dus is alternatief i aantrekkelijker als zijn totaal waargenomen nut groter is dan dat van alternatief j: V + ε > V + ε i i j j Zoals eerder gesteld kan het waargenomen nut worden beschreven met behulp van een gewogen som van de kenmerken van de alternatieven: V = β X i k k k Men zou kunnen veronderstellen dat ε normaal verdeeld is. Gewoonlijk wordt een iets andere verdeling gebruikt, namelijk een Gumbell verdeling die een beter te hanteren wiskundige formulering oplevert. De kans van optreden van alternatief i kan dan worden uitgedrukt als: P i = exp( µ Vi ) exp( µ V ) j j Waarin µ een schaalfactor is die de gevoeligheid van de reiziger voor de verschillen in nut vertegenwoordigt: een hoge waarde leidt tot een sterke gevoeligheid, terwijl een lage waarde ongevoeligheid met betrekking tot het nut betekent (zie Figuur 6.3). 1 p 1 µ=10 µ=1 µ= V 2 V 1 FIGUUR 6.3 GEVOELIGHEID VAN KEUZEPROCESSEN DOOR VERSCHILLENDE WAARDEN VAN DE SCHAALPARAMETER Een schalingsparameter zou dimensieloos moeten zijn, maar aangezien in deze formulering de schaalparameter altijd wordt vermenigvuldigd met de gewichten β k, die niet dimensieloos zijn, worden zij soms door elkaar gehaald: dat wil zeggen er wordt geen β k gespecificeerd en µ wordt een dimensie toegewezen, of µ wordt gelijkgesteld aan 1 terwijl β k wordt geschat en zo de keuzegevoeligheid vertegenwoordigt. Het is belangrijk om je te realiseren dat de coëfficiënten van een nutsfunctie slechts voor het bereik van attributen kunnen worden gebruikt waarvoor zij geschat worden. Dit is toe te schrijven aan het feit dat het Logit-model gevoelig is voor de verschillen in nut tussen alternatieven. Bijvoorbeeld in het geval van routekeuze voor voetgangers, waarbij parameter β k wordt geschat als -0.04/m (veronderstellend dat µ gelijk is aan 1) bij het beschouwen van reisafstanden tot 3 kilometer. Toepassing van deze parameters bij uitzonderlijke reislengten zoals 30 kilometer leidt tot onlogische resultaten. Tot slot, merk op dat in het geval van bestemmingskeuze het nut positief is, terwijl in vervoerwijzekeuze en routekeuze het nut negatief is. Het Logit-model is een basisonderdeel van de toolkit van de vervoermodelleur. Het is echter ook een nuttig hulpmiddel voor een snelle analyse van mogelijke gevolgen van maatregelen, bijvoorbeeld het introduceren van tol. Natuurlijk, in dat geval zijn geen gekalibreerde parameters beschikbaar, maar een ruwe schatting kan al nuttig inzicht geven. 1.61

70 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 6.2 Modelvorming vervoervraag en verkeersvraag De voorgaande paragraaf heeft nutsmaximalisatie als een belangrijk principe in de modellering van vervoer en verkeer laten zien. Voor veel praktische vragen is een andere benadering noodzakelijk waarbij expliciet rekening wordt gehouden met het grote aantal keuzen dat wordt gemaakt. In de verkeerskundige praktijk is er een groot aantal vragen waarop een antwoord moet worden gegeven, bijvoorbeeld: - Hoeveel verkeer komt er op deze weg? - Wat is het gebruik van de nieuwe OV-lijn? - Wat gebeurt er bij die nieuwbouwlocatie? - Wat is het effect van een stijging van de brandstofprijs? - Wat is het effect van parkeerbeleid? - Wat is het effect van toeritdosering of van DRIP s (Dynamische Route Informatie Panelen)? Om dergelijke vragen te beantwoorden is kennis en inzicht over de markten van verkeer en vervoer noodzakelijk. Voor een indicatief antwoord kan dit ook voldoende zijn. De werking van deze markten is echter complex. Er zijn veel actoren, zoals personen, bedrijven en overheden, die allerlei keuzen maken die van invloed zijn op het verplaatsingsgedrag. Veel van die keuzeprocessen zijn onderling afhankelijk. Daarnaast is er nog onvoldoende inzicht in de werking van al die keuzeprocessen, als dat al mogelijk is. Ook beïnvloeden de keuzen elkaar. Veel verplaatsingskeuzen zijn bijvoorbeeld afhankelijk van de reistijd, maar diezelfde reistijd is juist het gevolg van al die keuzen. En als alle keuzeprocessen beschreven konden worden, dan zijn veel gegevens noodzakelijk om de gestelde vragen te kunnen beantwoorden. Daarom zijn voor preciezere, kwantitatieve, antwoorden en voor complexere vragen zoals een verkeerscirculatieplan of een regionaal of nationaal verkeersbeleidsplan, andere hulpmiddelen noodzakelijk: vervoer- en verkeersmodellen. Een model is altijd een vereenvoudiging van de werkelijkheid. Er wordt een keuze gemaakt voor een selectie van invloedsfactoren en een vereenvoudigde omschrijving van een selectie van mechanismen. Deze vereenvoudigingen leiden ertoe dat een vervoer- en verkeersmodel geen exacte waarden geeft voor nieuwe situaties, zeker niet als het gaat om prognoses voor een langere termijn. De grote kracht van vervoer- en verkeersmodellen ligt primair in het systematisch vergelijken van varianten. In deze paragraaf wordt ingegaan op de structuur van verkeers- en vervoermodellen. Aan bod komen de hoofdstructuur, namelijk de onderdelen: Productie en attractie, Bestemmingskeuze, Vervoerwijzekeuze Routekeuze. Tevens wordt ingegaan op het gebruik van modellen. Tot slot komt de relatie met vervoer- en verkeersgegevens aan de orde. Voor meer informatie wordt verwezen naar Bovy et al. (2006) en Ortúzar & Willumsen (2001) Vervoer- en verkeersmodellen personenvervoer Een vervoer- en verkeersmodel beschrijft op een systematische wijze de verschillende markten van het vervoer- en verkeerssysteem. Een compleet vervoer- en verkeersmodel bestaat uit algoritmen voor de keuzeprocessen in de verschillende markten én de bijbehorende gegevens zoals netwerken, herkomst- en bestemmingstabellen en parameters. Voorbeelden van dergelijke modellen zijn: Het Landelijk Model Systeem (LMS) waarmee het nationale vervoer- en verkeersbeleid wordt doorgerekend; Een Nieuw Regionaal Model (NRM) van een Regionale Directie van Rijkswaterstaat. Zo n model wordt bijvoorbeeld gebruikt als basis voor tracéstudies en voor openbaar vervoerstudies; Een stedelijk modelsysteem van een gemeente, bijvoorbeeld voor het analyseren van verkeerscirculatiemaatregelen. In deze context is een vervoer- en verkeersmodel meer dan alleen het softwarepakket waarmee een model kan worden gemaakt, zoals bijvoorbeeld Omnitrans, Questor, VISSIM/VISUM of Cube Voyager (TRIPS). Een vervoer- en verkeersmodel is ook meer dan het concept van het Nieuw 1.62

71 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Regionaal Model zoals dat door de Dienst Verkeer en Scheepvaart van Rijkswaterstaat is ontwikkeld. Dit concept bevat alleen definities en hulpmiddelen of een toolkit, maar nog niet alle data die bij een compleet model hoort. De invoer van een vervoer- en verkeersmodel bestaat met name uit een beschrijving van de ruimtelijke structuur (inwoners, arbeidsplaatsen en dergelijke) en van het vervoer- en verkeerssysteem (wegennetwerk en OV-netwerken). Een vervoer- en verkeersmodel beschrijft de processen die van invloed zijn op verplaatsingen. Deze procesbeschrijving kan puur beschrijvend zijn zonder echte causale verbanden of kan gebaseerd zijn op werkelijk keuzegedrag. In theorie zou dat laatste op het niveau van de individuele actoren moeten gebeuren. Op dit moment worden modellen ontwikkeld die dat doen maar voor deze aanpak zijn supercomputers noodzakelijk. In de praktijk is een beschrijving van het keuzegedrag in het vervoer- en verkeerssysteem op geaggregeerd niveau dan ook gebruikelijk; Geografisch in de vorm van zones, dat wil zeggen deelgebiedjes met bij voorkeur homogene karakteristieken ten aanzien van sociaal-economische karakteristieken. Veel zone-indelingen zijn gebaseerd op de postcode-indeling; Vervoerkundig in de vorm van motief en vervoerwijze. Met behulp van het verplaatsingsmotief kunnen allerlei karakteristieken die van invloed zijn op het keuzeproces worden gegroepeerd. Veel voorkomende indelingen voor het verplaatsingsmotief zijn werk, zakelijk, studie, winkel en overig. Het grote scala aan vervoerwijzen en combinaties van vervoerwijzen wordt veelal geaggregeerd tot de vervoerwijzen auto, met of zonder onderscheid tussen bestuurder en passagier, openbaar vervoer en langzaam verkeer. De uitvoer van een vervoer- en verkeersmodel bestaat onder andere uit: Herkomst- en bestemmingstabellen per motief en/of vervoerwijze; Netwerken met aantallen voertuigen en/of personen per schakel; Kentallen vervoer- en verkeerssysteem: o reizigerskilometers, voertuigkilometers, reistijden, congestiekansen; Kentallen effecten van het verkeer: o verkeersveiligheid, milieu. De modellering in een vervoer- en verkeersmodel Zoals eerder gezegd, kunnen in het ruimtelijke en in het transportsysteem de volgende keuzeprocessen worden benoemd: Keuze om ergens te vestigen; Keuze om elders activiteiten te gaan uitvoeren; Keuze van de locatie waar die activiteit wordt uitgevoerd; Keuze van een vervoerwijze; Keuze van een route; Keuze van het vertrektijdstip. De volgorde van deze keuzeprocessen is niet louter toevallig. De gesuggereerde hiërarchie kan deels worden verklaard met de tijdsduur waarbinnen een keuze kan worden gewijzigd. In Amsterdam is begin 90-er jaren de Zeeburgertunnel geopend, waarmee de ringweg rond Amsterdam werd gecompleteerd. In dit kader is een uitgebreide voor- en nastudie uitgevoerd. Hieruit bleek dat als eerste veranderingen optraden in routekeuze en in tijdstipkeuze. Weggebruikers die voor de opening vroeger of later dan hun gewenste vertrektijdstip vertrokken om de hinder van de congestie te beperken, kozen weer voor hun oorspronkelijke voorkeur vertrektijdstip. De aandelen van de spitsperioden werden hierdoor groter. Op wat langere termijn zijn duidelijke veranderingen in vervoerwijzekeuze en bestemmingskeuze geconstateerd. De vervoerwijzekeuze wordt bijvoorbeeld beïnvloed door de gekozen kaartsoort, zoals een maand- of een jaarabonnement. Bij de bestemmingskeuze kan onderscheid worden gemaakt naar motieven die pas op lange termijn worden beïnvloed, zoals werk, en naar motieven waarbij op korte termijn al veranderingen mogelijk zijn, bijvoorbeeld winkelen en recreatie. Voor vestigingskeuze, tenslotte, is de veranderingstijd nog groter. Nogmaals, deze logica waarmee de keuzeprocessen zijn geordend, impliceert overigens niet dat het persé zo is. Er zijn koppelingen en afhankelijkheden tussen keuzeprocessen. Niet alle keuzen passen in een dergelijk rationeel raamwerk. Het belangrijkste punt is dat deze structurering een goed houvast biedt om de complexe processen hanteerbaar te maken. In een vervoer- en verkeersmodel wordt veelal uitgegaan van een gegeven ruimtelijke ordening. De vestigingskeuze wordt dan buiten beschouwing gelaten. Verder hebben de meeste vervoer- en 1.63

72 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen verkeersmodellen betrekking op een etmaal of een spitsuur. De keuze van het vertrektijdstip is dan minder van belang. In Figuur 6.4 zijn de keuzeprocessen nog eens kort weergeven. De keuzemodellen die in een vervoer- en verkeersmodel worden beschreven zijn omkaderd. Waar vestigen locatiekeuze Wel of niet plaatsen Productie en attractie Waar naar toe Bestemmingskeuze Welk vervoermiddel Vervoerwijzekeuze Welke route routekeuze Wanneer weg tijdstipkeuze FIGUUR 6.4: KEUZEPROCESSEN IN HET VERVOER- EN VERKEERSSYSTEEM Onderdelen van het vervoer- en verkeersmodel In deze paragraaf worden de vier keuzemodellen die in een vervoer- en verkeersmodel worden gebruikt kort beschreven. Per keuzemodel komen aan de orde: de invoer, de uitvoer en de voornaamste karakteristieken van het keuzemodel zelf. Het productie en attractiemodel berekent het aantal vertrekken en aankomsten per zone per motief per tijdsperiode (etmaal of spitsperiode) (Figuur 6.5). De invoer bestaat uit sociaal economische gegevens zoals inwoners en arbeidsplaatsen. In het algemeen worden de productie en de attractie berekend met eenvoudige lineaire functies. Sociaal Economische gegevens per zone Lineair additief model. Segmentatie naar populatie en naar motief Vertrekken en aankomsten per zone en per motief FIGUUR 6.5: OVERZICHT PRODUKTIE EN ATTRACTIEMODEL De termen productie en attractie wijzen erop dat het vervoer- en verkeersmodel verplaatsingen beschrijft met een duidelijke herkomst (productiekant) en bestemming (attractiekant). Dit geldt voor de meeste modellen. Een uitzondering is het Landelijk Model Systeem waarin gebruik wordt gemaakt van tours ofwel verplaatsingsketens. In het LMS worden alleen eenvoudige tours beschouwd, dat wil zeggen van huis naar een activiteit en terug. Productie heeft dan betrekking op de woningzijde (de herkomst van een verplaatsingsketen) en de attractie op de attractiviteit van activiteitenlocaties ofwel bestemmingen. Deze methodiek wordt nu ook in het nieuwe NRM gebruikt. 1.64

73 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Productie en attratcieformules kunnen worden geschat op basis van MON-gegevens. Een voorbeeld van productie- en attractieformules is weergegeven in Tabel 6.2. Motief Werk Zakelijk Studie Winkel Overig Totaal Formule 0,9*beroepsbevolking+0,9*arbeidsplaatsen 0,5*arbeidsplaatsen 0,2*huishoudens+1,9*leerlingplaatsen 1,0*huishoudens+15,6*arbeidsplaatsen detailhandel 3,5*huishoudens 6,5*huishoudens+2,9*arbeidsplaatsen TABEL 6.2: VOORBEELD PRODUCTIE/ATRACTIEFORMULES VOOR AANTAL PERSONENVERPLAATSINGEN IN EEN ETMAAL Voor de productie en attractie voor de auto bijvoorbeeld kunnen dergelijke formules worden aangevuld met de modal split per motief. Bij de bepaling van de aankomsten en vertrekken voor de spitsperioden gaat de asymmetrie een rol spelen. Voor een ochtendspitsmodel is het logisch dat vooral het aantal inwoners bepalend is voor de vertrekken (productie), terwijl de arbeidsplaatsen bepalend zijn voor de aankomsten (attractie). Bij een avondspitsmodel is dat juist andersom. Het regressiemodel is een voorbeeld van een geaggregeerd model. De analyse-eenheid is de zone met attributen. In het LMS (Hague Consulting Group, 2000) daarentegen zijn het individu en het huishouden de analyse-eenheid voor de productie berekening. Het productiemodel bepaalt het aantal tours of reizen (verplaatsingketens met 2 verplaatsingen) en is verdeeld in drie keuzemodellen: rijbewijsbezit, autobezit en reisfrequentie. Het LMS kent geen apart attractiemodel. De aankomsten worden onder andere met behulp van attractiefactoren simultaan met de bestemmingskeuze berekend. Bij de berekening wordt gebruik gemaakt van logit-keuzemodellen die de keuze beschrijven voor wel of niet een rijbewijs bezitten, een auto bezitten en een tour maken. In het geval van tours kunnen natuurlijk ook meer tours per dag worden gemaakt. Daarom zijn ook keuzemodellen opgenomen voor de keuze het bij een tour te laten of een tweede te ondernemen, enz. (Figuur 6.6). Een soortgelijke aanpak geldt ook voor het aantal rijbewijzen en auto s per huishouden. persoon MODEL 1 geen tour 1+ tours MODEL 2 1 tour 2+ tours MODEL 2 2 tours 3+ tours MODEL 2 etc. FIGUUR 6.6: STOP AND GO MODEL VOOR HET AANTAL TOURS OFWEL REIZEN PER PERSOON In Tabel 6.3 zijn de productie- en attractievariabelen weergegeven zoals die in een Nieuw Regionaal Model vaak worden gebruikt en zoals die in het LMS worden gebruikt. Overigens worden in de nieuwe NRM s tegenwoordig dezelfde modelformuleringen en dus dezelfde variabelen gebruikt als in het LMS. 1.65

74 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen NRM (trips per zone) Productie- en attractiefactoren LMS (tours per huishouden en per persoon) Productiefactoren voor rijbewijsbezit, auto-bezit en reisfrequentie Attractiefactoren Beroepsbevolking Arbeidsplaatsen Huishoudens Leerling-plaatsen Detailhandel Huishoudsamenstelling Inkomen Opleidingen Aantal werkenden Geslacht Leeftijd Aantal kinderen Ligging in Randstad Grootte woongemeente Arbeidsplaatsen Bevolkingsomvang Leerling-plaatsen Detailhandel Bevolkingsdichtheid Werkgelegenheidsdichtheid Centrumfunctie TABEL 6.3: INVOERVARIABELEN VOOR PRODUCTIE- EN ATTRACTIEMODELLEN IN (OUDE ) NRM EN LMS Opvallend is dat vervoer- en verkeerssysteem zelf niet van invloed is op de productie en attractie. Dit is gebaseerd op het feit dat het aantal verplaatsingen per persoon per dag vrij constant is (denk aan de BREVER-wet). Verder wordt verondersteld dat de aanbodkwaliteit van het vervoeren verkeerssysteem beperkt varieert. Dit is een redelijke veronderstelling voor het autosysteem en fietssysteem in Nederland en daarmee ook voor het gehele vervoer- en verkeerssysteem. Bij het openbaar vervoer zijn de verschillen echter fors: denk maar aan een stationslocatie versus een dorp in de polder. De productie en attractie voor OV kan dan ook niet op deze manier worden berekend, maar alleen als resultaat van een vervoerwijzekeuze-model. Vertrekken en aankomsten Weerstanden in tijd en/of kosten Distributiefuncties Vereffeningsmethoden Herkomst- en bestemmingstabellen per motief FIGUUR 6.7: OVERZICHT VAN HET DISTRIBUTIEMODEL Het bestemmingskeuzemodel of het distributiemodel verdeelt de berekende vertrekken over de berekende aankomsten. Het resultaat bestaat uit herkomst- en bestemmingsmatrices per motief per tijdsperiode (zie ook Figuur 6.7). De verdeling van de verplaatsingen is gebaseerd op de verschillen in de attractie en op de moeite die het kost om er te komen ofwel de weerstand, vaak uitgedrukt in reistijd en/of kosten. De weerstanden worden afgeleid uit de netwerken van de vervoerwijzen. In formule vorm wordt dit: P ij =Q i *X j *F ij Met P ij = aantal verplaatsingen tussen i en j Q i = productiefactor voor zone i X j = attractiefactor voor zone j F ij = distributiefunctie waarde voor de reisweerstand tussen i en j 1.66

75 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Verder moet hierbij de som van alle verplaatsingen vanuit een zone gelijk zijn aan de berekende productie (vertrekken) en de som van alle aankomsten in een zone aan de attractie (aankomsten). Als de distributiefunctie omgekeerd evenredig is met het kwadraat van de afstand lijkt dit model op het bekende zwaartekrachtmodel. Voor verkeerskundige doeleinden is het realistischer om in plaats van afstanden reistijden te nemen. VOORBEELD 7.1 We willen het aantal verplaatsingen tussen steden berekenen. Gegeven is het volgende netwerk tussen de steden A tot en met E: A B C D E Met de volgende reistijden (of afstanden): A B C D E A 0, B 1 0, C 2 1 0, D ,75 3 E ,75 Let op de reistijden binnen de steden. Deze zijn op 0.75 gesteld. Afhankelijk van de grootte van de zone, de netwerkstructuur en de vervoerwijzen kunnen hiervoor andere waarden worden gekozen. De berekende vertrekken en aankomsten voor de verplaatsingen tussen de steden is gegeven in de volgende tabel (totaal aantal vertrekken is gelijk aan het totaal aantal aankomsten): Zone Vertrekken Aankomsten A B C D E Totaal Verder is gegeven dat de functie F ij : F ij 1 = T 2 ij Als hiervoor de reistijden worden gebruikt, dan worden de waarden van de distributiefunctie als volgt: A B C D E A 1,778 1,000 0,250 1,000 0,250 B 1,000 1,778 1,000 0,250 1,000 C 0,250 1,000 1,778 0,111 0,250 D 1,000 0,250 0,111 1,778 0,111 E 0,250 1,000 0,250 0,111 1,

76 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De waarden van Q i en X j zijn onbekend. Door nu deze steeds iteratief te bepalen kunnen we ze bepalen en tegelijkertijd de waarden van de HB-matrix berekenen (P ij ). In elke iteratiestap hebben we twee substappen: - Verdeling van de berekende productie (vertrekken) over de rijen van de matrix - Verdeling van de berekende attractie (aankomsten) over de kolommen van de matrix Deze procedure wordt herhaald totdat de matrix niet meer verandert. Overigens moet dan wel de som van de vertrekken gelijk zijn aan de som van de aankomsten. In de eerste iteratie geeft de eerste substap het volgende resultaat: A B C D E Totaal A 83,1 46,8 11,7 46,8 11,7 200,0 B 39,8 70,7 39,8 9,9 39,8 200,0 C 7,4 29,5 52,5 3,3 7,4 100,0 D 30,8 7,7 3,4 54,7 3,4 100,0 E 11,1 44,3 11,1 4,9 78,7 150,0 Totaal 172,1 198,9 118,4 119,6 141,0 De totalen per rij komen overeen met de berekende productie (vertrekken) De tweede stap geeft de volgende matrix als resultaat (nu komen de totalen per kolom overeen met de berekende attractie (aankomsten)). A B C D E Totaal A 48,3 23,5 19,7 78,2 12,4 182,2 B 23,1 35,5 67,2 16,6 42,3 184,8 C 4,3 14,8 88,6 5,5 7,9 121,1 D 17,9 3,9 5,8 91,5 3,6 122,6 E 6,4 22,2 18,7 8,2 83,7 139,3 Totaal 100,0 100,0 200,0 200,0 150,0 Zoals in de tabel is te zien, kloppen de totalen per rij nu niet meer, zodat extra iteraties nodig zijn. Na 7 iteraties is dit proces geconvergeerd: verder doorgaan verandert de matrix niet meer. Het resultaat is dan als volgt: A B C D E Totaal A 51,1 24,4 22,3 90,0 12,3 200,0 B 24,7 37,2 76,4 19,3 42,4 200,0 C 3,4 11,5 74,6 4,7 5,8 100,0 D 13,7 2,9 4,7 76,1 2,6 100,0 E 7,1 24,1 22,0 9,9 86,8 150,0 Totaal 100,0 100,0 200,0 200,0 150,0 Dit proces is eenvoudig in Excel te programmeren. Zo is gemakkelijk na te gaan wat het effect op de HB-matrix is als invoergegevens zoals reistijden (inclusief intrazonale reistijden), distributiefuncties en aantallen vertrekken en/of aankomsten wijzigen. Het algemene principe is dat hoe meer moeite een verplaatsing kost, hoe kleiner de kans op verplaatsingen. Dit wordt beschreven met distributiefuncties (Figuur 6.8), eveneens per motief. Een veelgebruikte functie is bijvoorbeeld de exponentiële functie, die gebaseerd is op het logitmodel. Deze heeft echter als nadeel dat voor korte afstanden, of beter gezegd lage weerstanden, de distributiefunctie hoge waarden heeft. Daarom worden vaak ook andere functievormen gebruikt (Figuur 6.9). Gegeven de waarden van de distributiefunctie worden de verplaatsingen met behulp van matrixvereffeningstechnieken verdeeld, zodanig dat de regel- en kolomtotalen overeenkomen met de berekende vertrekken en aankomsten. 1.68

77 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Auto Ov Fiets 12 Functiewaarde Weerstand (min) FIGUUR 6.8: VOORBEELD DISTRIBUTIEFUNCTIES OP BASIS VAN (GEWOGEN) REISTIJD F exponentieel top-exponentieel / Tanner reiskosten FIGUUR 6.9: VOORBEELD EXPONENTIËLE DISTRIBUTIEFUNCTIE EN ALTERNATIEVE VORM In het LMS wordt de bestemmingskeuze samen met de vervoerwijzekeuze gemodelleerd met behulp van logitmodellen. Bij de bespreking van de vervoerwijzekeuze wordt hier nader op ingegaan. De vervoerwijzekeuze of modal split beschrijft de verdeling over de vervoerwijzen (Figuur 6.10). De invoer bestaat uit herkomst- en bestemmingsmatrices per motief en uit weerstandsmatrices. Met behulp van de distributiefuncties of met een apart keuzemodel (bijvoorbeeld een logit-model) worden vervolgens de herkomst- en bestemmingsmatrices per vervoerwijze berekend. Een apart aandachtspunt is het onderscheid tussen personen en voertuigen. Als er bijvoorbeeld alleen gekeken is naar de vervoerwijzen auto, openbaar vervoer en langzaam verkeer, dan beschrijft de herkomst- en bestemmingsmatrix auto het relatiepatroon voor alle personen die met de auto gaan: bestuurder en passagier. Er is dan een aparte omrekenslag noodzakelijk om de herkomst- en bestemmingstabel voor auto s te bepalen, bijvoorbeeld met behulp van de gemiddelde autobezetting. 1.69

78 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen HB-matrices per motief Weerstandsmatrices per vervoerwijze Distributiefuncties per vervoerwijze HB-matrices per vervoerwijze (N.B. autopassagier) FIGUUR 6.10: OVERZICHT VAN HET MODAL SPLITMODEL Gezien de grote overeenkomsten met het distributiemodel wordt de vervoerwijzekeuze in Nederland vaak simultaan met de bestemmingskeuze gemodelleerd. De vervoerkwaliteit is immers zo bepalend voor beide keuzeprocessen, dat het één niet los gezien kan worden van het ander. Het verschil met het distributiemodel is dat naast het onderscheid in motief ook onderscheid naar vervoerwijze wordt gemaakt. NRM (per motief) Reistijd Reiskosten Parkeren Gewogen reistijd openbaar vervoer (incl. weging tijdelementen) LMS (per motief) Reistijd in het OV Looptijd van en naar stations Wachttijd voor het OV Reiskosten (incl. tol en parkeren, c.q. tarief) Reisafstand Bevolkingsdichtheid Reisafstand langzaam verkeer Plus bestemmings- en persoonskarakteristieken TABEL 6.4: INVOERGEGEVENS VOOR DISTRIBUTIE/MODAL SPLIT MODELLEN IN NRM EN LMS In Tabel 6.4 is een overzicht gegeven van de invoerfactoren voor de distributie- en modal splitmodellen zoals die vaak in een NRM en in het LMS worden toegepast. Let erop dat de openbaar vervoer reistijd vaak wordt gewogen met de relatieve waardering voor de afzonderlijke reistijdelementen: lopen, wachten en overstappen. Het is namelijk gebleken dat reizigers bij keuzeprocessen niet alleen de objectieve reistijd gebruiken, maar aan de verschillende onderdelen een subjectief gewicht geven. Klassieke waarden zijn een gewicht 2 voor looptijden en 3 voor wachten. Onderzoek in Nederland geeft lagere waarden: voortransport 1,1, wachten 1,5, natransport 1,1 en voor de overstap een penalty van 13,1 minuten (hierbij wordt geen onderscheid gemaakt naar lopen en wachten bij een overstap). Naast de simultane benadering wordt soms ook alleen de vervoerwijzekeuze beschouwd. Een voorbeeld hiervan is de VF-kromme (Figuur 6.11, Van Goeverden & van den Heuvel, 1993). De VFwaarde is de verhouding tussen de reistijd per openbaar vervoer en de reistijd per auto. De reistijd per openbaar vervoer wordt dan niet gewogen met de waardering van de tijdelementen. Op grond van een analyse van een groot aantal verplaatsingen is een kromme afgeleid die het aandeel openbaar vervoer aangeeft als functie van deze reistijdverhouding. Bij een reistijdverhouding van 1,0 á 1,2 is het aandeel openbaar vervoer circa 60%. Bij een toenemende reistijdverhouding neemt het aandeel openbaar vervoer sterk af totdat het bij een reistijdverhouding van 3,5 stabiliseert op 2%. Een uitgebreidere vorm van de VF-kromme houdt naast de reistijdverhouding ook rekening met de frequentie en het wel of niet overstappen. 1.70

79 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 100% 90% 80% 70% Percentage OV 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% VF-waarde FIGUUR 6.11: VOORBEELD VAN EEN VF-KROMME MET DAARIN HET AANDEEL OV ALS FUNCTIE VAN DE VERHOUDING REISTIJD OV/REISTIJD AUTO (VAN GOEVERDEN & VAN DEN HEUVEL, 1993) Het routekeuzemodel tenslotte berekent hoe de verplaatsingen het netwerk zullen belasten (Figuur 6.12). De invoergegevens zijn de herkomst- en bestemmingstabellen per vervoerwijze (het onderscheid naar motief is hier niet meer van belang) en de netwerken van de vervoerwijzen. HB-matrices per motief Netwerken per vervoerwijze Kortste of snelste route Weging van tijdonderdelen Multiple routing i.v.m. variatie of capaciteitsbeperkingen Netwerken met belastingen Kentallen FIGUUR 6.12: OVERZICHT VAN HET ROUTEKEUZEMODEL In het auto- of fietsnetwerk zijn bijvoorbeeld de volgende gegevens opgenomen: Lengte, Snelheid, Type weg, Capaciteit, Eigendom, Kruispuntgegevens. 1.71

80 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Bij openbaar vervoernetwerken gaat het vooral om deze attributen: Voor- en natransport lengte, Voor- en natransport snelheid, Route, Rittijden, Frequenties, Voertuigtype, Vervoerbedrijf. Voor de toedeling zijn verschillende technieken mogelijk: Kortste of de snelste route (alles of niets). Tussen twee zones is er maar één route mogelijk. Dit is duidelijk een grote simplificatie maar de methode heeft rekenkundig grote voordelen: snel en goed analyseerbaar; Kortste of snelste route plus alternatieven (stochastisch routezoeken of multiple routing). Tussen twee zones zijn meer routes mogelijk, bijvoorbeeld door met behulp van loting de reistijd per wegvak te variëren. Op deze manier wordt rekening gehouden met de variatie in de waardering van verschillende routes en met beperkingen in de schematisering, bijvoorbeeld het gebruik van zones; Kortste of snelste routes plus alternatieven door capaciteitsbeperkingen (capacity restraint of evenwichtstoedeling). Bij deze methode wordt rekening gehouden met de extra reistijden die kunnen optreden bij congestie. Er wordt systematisch gezocht naar eventuele andere routes die voor een deel van het verkeer interessant zijn om de reistijdverliezen bij congestiepunten te beperken. Dit leidt tot een iteratief proces waarin telkens de snelheid op een wegvak wordt aangepast op basis van de verhouding tussen de intensiteit en de capaciteit. Het resultaat bestaat uit netwerken met per wegvak of schakel, en bij openbaar vervoernetwerken per lijn, een belasting in de vorm van het aantal auto s of reizigers per tijdseenheid. Tot slot geeft Figuur 6.13 een overzicht van het 4-fasenmodel. Parameters Socio data Netwerk Vwz P/A model Productie/ Attractie motief Weerstanden bepalen Weerstanden Vwz Distributie model HB motief Modal split model HB Vwz Toedelen Belast netwerk Vwz FIGUUR 6.13: OVERZICHT 4-FASEN MODEL (VWZ STAAT VOOR VERVOERWIJZE) 1.72

81 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Gebruik van modellen Een compleet vervoer- en verkeersmodel omvat alle vier de keuzemodellen met de bijbehorende gegevens. Met zo n model kan een huidige situatie worden beschreven en kan een prognose voor een toekomstjaar worden gemaakt. Bij een prognose wordt berekend welke relatiepatronen en welke netwerkbelastingen het gevolg zijn van de verwachte ontwikkelingen in de ruimtelijke ordening en in het vervoer- en verkeerssysteem. Hierbij wordt verondersteld dat de keuzemodellen gelijk blijven. Een prognoseberekening is in deze zin altijd een extrapolatie van bestaande trends. Om het effect van een specifieke maatregel te bepalen wordt een vergelijking gemaakt tussen de modelresultaten voor de situatie met en zonder de maatregel. Dit kan zowel voor de huidige situatie gebeuren als voor een toekomstige situatie. Het is afhankelijk van de vraagstelling of voor zo n beoordeling alle vier de keuzemodellen worden gebruikt. Als we kijken naar de voorbeelden die in de inleiding zijn genoemd, dan kunnen de volgende opmerkingen worden gemaakt: Verkeer op een weg: bij een kleine wijziging in het wegennet kan vaak worden volstaan met een nieuwe toedeling. Worden meer effecten verwacht dan moet de distributie, de vervoerwijzekeuze en de routekeuze opnieuw worden uitgevoerd. De productie en attractie worden constant verondersteld; Gebruik van OV-lijn: ook hier kan soms met alleen een nieuwe toedeling worden volstaan, maar meestal zullen ook de vervoerwijzekeuze en de routekeuze opnieuw worden berekend. De effecten op de distributie zijn vaak beperkt; Nieuwbouwlocatie: Hiervoor zullen alle vier de modellen moeten worden gebruikt; Stijging van de brandstofprijs: de brandstofprijs heeft invloed op de weerstand, uitgedrukt in kosten, en beïnvloedt daarmee de bestemmingskeuze, de vervoerwijzekeuze en uiteindelijk het toedelingsresultaat; Parkeerbeleid: Het parkeerbeleid heeft vooral invloed op de distributie en op de vervoerwijzekeuze; Toeritdosering of DRIPs: Verkeersbeheersingsmaatregelen hebben vooral invloed op de routekeuze. Wel zijn hiervoor vaak gedetailleerdere modellen noodzakelijk dan hier zijn geschetst. Bij het gebruik van modellen moet altijd worden bedacht dat de modelresultaten niet perfect overeenkomen met waarnemingen. Bij de bouw van een vervoer- en verkeersmodel zal men proberen deze verschillen te minimaliseren. Bij dit proces, de kalibratie, worden de parameters van de gedragsmodellen geschat, de netwerken gecorrigeerd en deels ook de berekende herkomst- en bestemmingsmatrices aangepast. Idealiter worden de resultaten van een gekalibreerd model vergeleken met onafhankelijke gegevens, de validatie. In de praktijk is dit vaak niet mogelijk omdat alle beschikbare data al in de kalibratie is gebruikt. In de schaarse gevallen waarin de modelresultaten wel met nieuwe gegevens zijn vergeleken, bleek er altijd sprake van duidelijke verschillen, soms meer dan gewenst. Een vervoer- en verkeersmodel is en blijft een schematisering van de werkelijkheid. De kracht van modeltoepassingen ligt dan ook niet zozeer in het exact kwantificeren van de mogelijke effecten maar in het inzichtelijk maken van deze effecten en in het onderling vergelijken van alternatieven. Vanuit een praktische optiek vraagt het 4-fasenmodel erg veel data en levert het vaak veel additionele uitvoer op in vergelijking met de eigenlijke onderzoeksvraag. Simpele modellen en aanpakken zoals de VF-kromme en elasticiteiten zijn dan een welkom alternatief. Met elasticiteiten wordt het verschil in de ene grootheid berekend als functie van een andere grootheid, bijvoorbeeld automobiliteit (d.w.z. autokilometers) daalt met 5% als gevolg van een verhoging van de brandstofprijs met 10%. De elasticiteit van het autokilometrage voor de brandstofprijs is dan -0,5. Dergelijke elasticiteiten kunnen bijvoorbeeld worden afgeleid met behulp van een groot aantal modelberekeningen. Aandachtspunt hierbij is dat elasticiteiten alleen gebruikt mogen worden bij kleine variaties rondom de uitgangssituatie(figuur 6.14)! 1.73

82 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Te beschrijven fenomeen Elasticiteit Correct gebruik Fout gebruik Verklarende variabele FIGUUR 6.14: BASISPRINCIPE VAN EEN ELASTICITEIT Anderzijds is het in de praktijk vaak moeilijk de resultaten van een 4-fasenmodel in overeenstemming te brengen met waargenomen gegevens. Bij te grote verschillen worden snel vraagtekens gezet bij de kwaliteit van het model. Dit roept ironisch genoeg juist om nog gedetailleerdere modellen, die o.a. ook gebruikt kunnen worden voor verkeersmanagementstudies. Dit hogere detailniveau vraagt ook meer invoergegevens, die dan ook weer voor een toekomstsituatie noodzakelijk zijn. Door de onzekerheid over de juistheid van de benodigde invoer kan een dergelijk gedetailleerd model bij een prognose toch net zo onnauwkeurig zijn als een eenvoudiger model. Naast het hier beschreven multimodale vervoer- en verkeersmodel worden ook andere modellen gebruikt. Voorbeelden zijn: Unimodale modellen in plaats van een multimodaal model, bijvoorbeeld alleen autoverkeer; Spitsuurmodellen met capaciteitstoedelingen versus etmaalmodellen met alles-of-niets toedelingen of met multiple routing; Dynamische modellen, waarin de routekeuze gedetailleerd gesimuleerd wordt en waarin bijvoorbeeld de vertrektijdstipkeuze een rol speelt. Bij een simulatiemodel wordt het verkeersgedrag niet langer geaggregeerd maar op bestuurder-voertuig niveau beschreven. Verder zijn simulatiemodellen stochastisch, zodat een groot aantal simulaties noodzakelijk is om een representatief resultaat te bereiken; Goederenvervoermodellen, waarin de specifieke eigenschappen van goederen een rol spelen. Zo zijn de kosten vaak belangrijker dan de tijd, is de overslag (overstap) kostbaarder, is er sprake van andere routevorming (rondritten) en is er een duidelijke samenhang met de logistieke processen; Optimalisatiemodellen, waarin gezocht wordt naar optimale netwerken voor auto of openbaar vervoer; Mobiliteitsmodellen, modellen bedoeld voor vervoer- en verkeersbeleid, waarin, vaak op geaggregeerd niveau, mobiliteitskentallen worden berekend rekening houdend met beleidsopties Vervoer- en verkeersgegevens en modellen Bij de bouw van modellen worden veel gegevens gebruikt. Die gegevens kunnen op verschillende manieren worden verzameld: Inventarisatie, eenvoudig waarnemen en tellen of aanvragen bij derden; Rittijd-/snelheidsmetingen, bijvoorbeeld met behulp van een meerijdend voertuig; Verkeers- en vervoertellingen; Kentekenonderzoek (cordon/snede), ingaande en uitgaande kentekens noteren en analyseren in hoeverre dezelfde kentekens bij verschillende posten voorkomen; Weg- en OV-enquêtes, deze kunnen langs de weg worden afgenomen, direct worden uitgedeeld of achteraf worden verstuurd naar het adres behorende bij het kenteken. Op deze manier kunnen veel gegevens worden verzameld over de verplaatsing, de reiziger en specifieke onderwerpen; 1.74

83 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Huishoudenquêtes, hierin worden huishoudens ondervraagd over hun verplaatsingsgedrag in combinatie met hun huishoud- en persoonskenmerken; OVG en MON, ook een huishoudenquête, maar door zijn omvang en levensduur (vanaf 1978 beschikbaar) een aparte vermelding waard. Voor het bouwen van de verschillende modellen zijn veel gegevens noodzakelijk. Bij het gebruik van praktijkdata is het belangrijk rekening te houden met de marges rond de data. Alle data zijn een steekproef in de tijd (een uur, een dag, een week) en in de ruimte (een wegvak, een wijk, een stad). Telcijfers hebben vaak betrekking op een beperkte periode en worden opgehoogd naar een gemiddelde dag. Bij kentekenonderzoek is een groot aantal fouten mogelijk waardoor de resultaten vaak een beperkte waarde hebben. Voorbeelden zijn de notatie van de kentekens, de selectie van voertuigen en de criteria waarmee kentekens tussen posten gekoppeld kunnen worden. Enquêtes hebben meestal betrekking op een beperkte steekproef. Dit betekent dat geaggregeerde informatie, zoals de verkeerssamenstelling op een wegvak, vaak nauwkeurig kan worden bepaald, maar dat gedetailleerde gegevens, zoals een herkomst- en bestemmingsmatrix op postcodeniveau, vaak onbetrouwbaar is. Zelfs een uitgebreid onderzoek, zoals het OVG en het MON, heeft op gedetailleerd niveau grote marges. Elk van deze onderzoekstechnieken speelt bij modelbouw een eigen rol (zie ook Tabel 6.5). Voor het productie- en attractiemodel zijn sociaal economische gegevens noodzakelijk. Deze kunnen vaak met behulp van inventarisatie worden verkregen. Huishoudenquêtes, en met name het OVG, geven een goed inzicht in het aantal verplaatsingen per persoon. Soms kunnen verkeerstellingen worden gebruikt om de verkeersproductie (voertuigen!) te bepalen, bijvoorbeeld bij een gesloten cordon. Bij het distributiemodel en bij het vervoerwijzekeuzemodel zijn verplaatsingsgegevens essentieel. Hiervoor zijn vooral huishoudenquêtes, en weer met name het OVG en het MON, van belang. Wegenquêtes zijn vaak beperkt tot een paar wegvakken en zijn hierdoor niet geschikt voor het schatten van distributiefuncties. OV-enquêtes kunnen soms wel een redelijk beeld van het verplaatsingspatroon geven, zeker als binnen een beperkte tijd alle lijnen zijn geënquêteerd. Kentekenonderzoek kan extra inzicht geven in de verhouding tussen bestemmingsverkeer en doorgaand verkeer. Voor toedelingsmodellen zijn, naast netwerkgegevens die kunnen worden geïnventariseerd, uitgebreide gegevens over het routekeuzegedrag nodig. Hiervoor zijn weinig onderzoekstechnieken echt geschikt. Reistijdmeting geeft inzicht in de reistijden voor specifieke delen van het netwerk, maar zijn vaak te fragmentarisch. Kentekenonderzoek kan extra inzicht geven in de routekeuze, maar ook hier geldt dat het zeer fragmentarisch blijft. Hetzelfde geldt ook voor weg- en voor OV enquêtes. Bij de kalibratie spelen telcijfers vaak een belangrijke rol, zowel als toetsingsmateriaal als wel als invoergegeven voor matrixschattingsmodellen, waarin herkomst- en bestemmingsmatrices worden aangepast om een betere overeenkomst met telgegevens te bereiken. Wegenquêtes kunnen een extra controlemiddel zijn voor de verkeerssamenstelling op maatgevende punten. Huishoudenquêtes zoals het OVG en MON zijn vaak al gebruikt bij de schatting van de afzonderlijke modellen. 1.75

84 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Productie Distributie Modal split Routekeuze Inventarisatie van gegevens Sociaaleconomische gegevens Beperkt (selectie routes perioden) van en Tellingen van personen of voertuigen Gesloten cordon Netwerkgegevens Rittijdmetingen Kentekenonderzoek Wegenquêtes Hulpmiddel intern en extern verkeer Beperkt (steekproef omvang) Beperkt Beperkt OV-enquêtes Redelijk Beperkt Huisenquêtes Goed (steekproef, extern verkeer) Goed (steekproef, extern verkeer) Goed (steekproef, extern verkeer) OVG/MON Goed (steekproef) Goed (steekproef) Goed (steekproef) TABEL 6.5: OVERZICHT GEBRUIKSMOGELIJKHEDEN ONDERZOEKSTECHNIEKEN BIJ MODELBOUW (MET KANTTEKENINGEN) 1.76

85 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen 7 INFRASTRUCTURELE NETWERKEN 7.1 Inleiding Netwerken zijn essentieel voor het transportsysteem. Zonder netwerken is geen transport mogelijk. Voor een goede analyse is het belangrijk goed onderscheid te maken tussen vraagpatronen, netwerken van vervoerdiensten en infrastructuurnetwerken. Vraagpatronen geven een beschrijving van de vraag in ruimte (en tijd). Typische voorbeelden zijn weergegeven in Figuur 7.1. Woon-werkverplaatsingen kenmerken zich iets meer door collectie en distributiepatronen (ochtend en avondspits) terwijl voor sociale verplaatsingen kris-kraspatronen meer relevant zijn. Punt-punt Collectie Distributie Kris-Kras FIGUUR 7.1: VOORBEELDEN VAN VRAAGPATRONEN Om deze vervoervraag te faciliteren zijn netwerken van vervoerdiensten nodig. Die kunnen hetzelfde patroon volgen, maar vaak zijn ander netwerkvormen efficiënter. In het geval van collectie kan een voertuig eerst alle herkomsten langsgaan en pas daarna naar de bestemming rijden (zie Figuur 7.2). Een andere oplossing is dat kleine voertuigen naar een tussengelegen overslag/overstappunt gaan en dat voor het (langere) traject naar de bestemming een groot voertuig wordt gebruikt. Met dit soort vervoerdienstnetwerken neemt het aantal voertuigkilometers fors af. FIGUUR 7.2: VOORBEELDEN VAN BUNDELING DOOR VERVOERDIENSTEN VOOR COLLECTIE (LINKS) EN DISTRIBUTIE (RECHTS) Om deze vervoerdiensten te faciliteren zijn infrastructuurnetwerken nodig. De NS kan immers niet rijden als er geen spoor of spoorcapaciteit beschikbaar is. Ook hier geldt dat een infrastructuurnetwerk een afwijkende vorm kan hebben dan het vervoerdienstnetwerk, bijvoorbeeld omdat het infrastructuurnetwerk meer vervoerdiensten moet faciliteren. Consequentie is dat bij een gegeven infrastructuurnetwerk nog steeds een groot aantal vervoerdienstnetwerken mogelijk is. In dit hoofdstuk staan infrastructuurnetwerken ofwel verkeersnetwerken centraal. Allereerst wordt in paragraaf 7.2 ingegaan op de algemene functionele indeling van netwerken en de vormen waarin zij voorkomen. Ook wordt de ligging van netwerken ten opzichte van kernen behandeld. In Deel 2 komt het ontwerpen van een infrastructuurnetwerk aan de orde komen. Allereerst zal 1.77

86 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen worden ingegaan op de ontwerpdilemma s die daarbij een rol spelen. Daarna worden enkele theoretische principes die bij het ontwerp een rol spelen behandeld. Het volgende hoofdstuk geeft een praktische ontwerpmethodiek voor netwerken. 7.2 Verkeersnetwerken Functionele indeling netwerken naar schaalniveau De functie van verkeersnetwerken is de verplaatsing van reizigers en vracht, fysiek mogelijk te maken hetzij door tussenkomst van vervoermiddelen hetzij direct. De bekendste typen infrastructuurnetwerken zijn het wegennet, het spoorwegennet en het netwerk van binnenvaartwegen. Een pijpleidingnetwerk is het bekendste voorbeeld van vervoer zonder tussenkomst van vervoermiddelen. Binnen een infrastructuurnetwerk zijn een aantal componenten te onderscheiden, infrastructuurelementen genaamd: toegangspunten: dit zijn plaatsen waar reizigers, vracht of vervoermiddelen het infrastructuurnetwerk kunnen binnengaan of verlaten. Voorbeelden zijn: op- en afritten van autosnelwegen, stations, parkeerplaatsen en overslagterminals. schakels: deze hebben primair tot doel de toegangspunten met elkaar te verbinden. Kernmerken van schakels zijn reistijden, reiskosten, en capaciteit (bijvoorbeeld 2000 vtg/h per rijstrook of 20 treinen/h per spoor). knooppunten: dit zijn plaatsen waar drie of meer schakels, behorende tot hetzelfde netwerk, bij elkaar komen, zoals een klaverblad van autosnelwegen of een splitsing van spoorbanen. Ook knooppunten hebben capaciteiten. Deze worden echter bepaald door de organisatie van het knooppunt. buffer- en stallingsvoorzieningen: deze hebben tot doel om voertuigen voor, tijdens en na het gebruik voor kortere of langere tijd te kunnen opbergen. Naast deze netwerkeigenschappen is er in de laag verkeersdiensten ook sprake van de regeling van het gebruik van het netwerk. Hierbij is te denken aan wie gebruik mag maken van de infrastructuur (rijbewijs, voertuigeisen), verkeersregels, verkeersregelingen, dynamische verkeersmaatregelen, venstertijden, milieuvignet, enzovoort. De toegangspunten van een infrastructuurnetwerk kunnen in eerste instantie als abstractie van kernen dan wel nederzettingen gezien worden. Kernen zijn niet allemaal van even groot belang. Kleine dorpen hebben een relatief grote lokale betekenis, maar hebben meestal geen belangrijke betekenis op nationaal niveau. Grote steden hebben zowel een grote lokale betekenis als een nationale of zelfs internationale betekenis. Kernen hebben dus een functie of beter gezegd functies op een bepaald ruimtelijk-functioneel schaalniveau. De te onderscheiden schaalniveaus zijn volgens Van Nes (2002) (inwoneraantallen zijn indicatief): Metropool: inwoners Agglomeratie: inwoners Stad: inwoners Plaats: inwoners Dorp: inwoners Ook binnen stedelijke kernen is een onderverdeling mogelijk in wijken, stadsdelen en steden. In de literatuur zijn ook andere indelingen te vinden. Kernpunt is dat bepaalde functies een bepaalde massa nodig hebben om te functioneren en daarmee een relatie hebben met bijvoorbeeld het aantal inwoners. Bovendien willen dergelijke voorzieningen ook vaak bij elkaar in de buurt zitten. Dit is een van de agglomeratiefactoren. Een beroemd voorbeeld hiervan is het probleem van roomijsverkopers door H. Hotelling. Veronderstel een strand van 1 kilometer lang, met een gelijke verdeling van de gasten langs het strand. Er zijn twee roomijsverkopers die een identieke kwaliteit en verscheidenheid van roomijs verkopen voor dezelfde prijs. De vraag is waar zij hun zaken zullen neerzetten. Een logische oplossing zou zijn dat elk van hen 500 meter van het strand zou selecteren en zo een punt bij of 250 meter of 750 meter zal kiezen. Echter, als één van hen iets meer richting het midden beweegt, zal zijn marktaandeel ten koste van de ander stijgen. Daarom is het eerlijkste resultaat dat beide verkopers bij het midden van het strand worden gevestigd. In die situatie is de toegankelijkheid niet meer een concurrentiefactor. 1.78

87 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Ook in verkeersnetwerken is sprake van schaalniveaus. Op zich is het snel duidelijk dat één soort netwerk niet geschikt is voor alle verplaatsingen, en met name niet geschikt voor alle verplaatsingsafstanden. In het algemeen betekent dit dat voor langere afstanden de reistijden te lang worden. Onderscheid maken naar verschillende netwerken die elk zijn toegesneden op specifieke afstandscategorieën leidt in principe tot kortere reistijden, en aangezien tijd ook geld is dus tot lagere reiskosten. Aangezien netwerken voor langere verplaatsingsafstanden grofmaziger zijn, zijn ook minimalisatie van investeringskosten, milieuoverlast en versnippering argumenten voor het onderscheiden van stelsels. Het feit dat een onderscheid in stelsels logisch is, zegt echter nog niets over het aantal stelsels. Voor wegennetwerken is met een morfologische benadering een schaalfactor 3 gevonden, dat wil zeggen dat de maaswijdte (afstand tussen parallelle wegen) van een hoger orde stelsel een factor 3 groter is (De Jong (1988b)). Uit analyses van Van Nes (2002) blijkt dat een dergelijke schaalfactor vrij natuurlijk volgt uit de eigenschappen van wegennetwerken en het gebruik daarvan. Deze schaalfactor kan bijvoorbeeld worden onderbouwd door een analyse van maximale omrijfactoren bij een systeem van twee netwerkniveaus (Figuur 7.3). Het minimaal vereiste kwaliteitsverschil tussen de opeenvolgende netwerkniveaus wordt gevonden bij een schaalfactor 3. De gemiddelde snelheid op dat hogere orde netwerk is dan 50 % hoger voor driehoeksnetwerken en 67 % hoger voor rechthoekige netwerken. FIGUUR 7.3: VOORBEELDEN VAN MAXIMALE OMRIJROUTES VIA HOGER ORDE NETWERK Een verklaring voor de factor 3 kan worden gevonden in de schaalniveaus voor de ruimtelijke structuur. Ook hier is op grond van morfologische kenmerken een schaalfactor 3 gevonden (De Jong (1988a)), een factor die overigens ook een plausibele verklaring heeft in agglomeratietheorieën. Dit betekent dat het onderscheid in stelsels voor het interlokale openbaar vervoersysteem direct wordt bepaald door het onderscheid in schaalniveaus van de ruimtelijke structuur. De koppeling tussen ruimtelijk schaalniveau en het schaalniveau van het netwerk heeft ook een logische verklaring. Een hoger schaalniveau netwerk heeft ook voldoende massa oftewel vervoervraag nodig om rendabel te kunnen zijn. Indien als functioneel schaalniveau 'Nederland' wordt genomen, zijn de grote steden in de Randstad en eventueel Eindhoven de echte agglomeraties. Hieraan kunnen de internationale mainports Schiphol en de Rotterdamse haven worden toegevoegd (toegangspunten internationaal netwerk). Het volgende niveau zijn de steden met rond de inwoners, enzovoort. In het algemeen is er een verband tussen schaalniveau en afstandklasse: naarmate een hoger schaalniveau in beschouwing wordt genomen, neemt de afstand tussen de belangrijke kernen (Akernen) toe. Dit is echter niet altijd het geval, in sommige gevallen is de afstand tussen kernen van internationaal niveau (Londen en Parijs) van dezelfde ordegrootte als de afstand tussen nationale kernen (Hannover-Stuttgart). Overigens is de verplaatsingstijd in functionele zin vaak belangrijker dan de verplaatsingsafstand. Vervoer maakt verbindingen tussen kernen mogelijk; omdat niet elke kern van even groot belang is, is er ook sprake van een ruimtelijk-functionele afbakening van vervoerrelaties, van diensten en van infrastructuur. In aansluiting op het onderscheid tussen de verschillende kern-klassen, wordt daarom onderscheid gemaakt tussen verschillende infrastructuurklassen (zie Figuur 7.4): infrastructuur die type A-kernen onderling verbindt, wordt hier aangeduid met klasse 1 infrastructuur; infrastructuur die type B-kernen verbindt met A-kernen en de B-kernen onderling, wordt hier aangeduid met klasse 2 infrastructuur; infrastructuur die type C-kernen verbindt met B-kernen en de C-kernen onderling, wordt aangeduid met klasse 3 infrastructuur; enzovoort. 1.79

88 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Ruimtelijke hiërarchie Netwerk hiërarchie A A Niveau A Niveau 1 B B B Niveau B Niveau 2 C C C C Niveau C Niveau 3 D D D D D Niveau D Niveau 4 FIGUUR 7.4: KERN-TYPEN EN INFRASTUCTUURKLASSEN Vanuit de optiek van een bepaald schaalniveau is infrastructuur die valt onder klasse 1, 2 of 3, te beschouwen als hoofdinfrastructuur voor dat bepaalde schaalniveau. In Tabel 7.1 is een aantal karakteristieken van de verschillende netwerkniveaus weergegeven. Merk op dat de hoogste netwerkniveaus niet zijn ingevuld. Dit komt doordat de vereiste snelheden niet mogelijk zijn. Bij het openbaar vervoer daarentegen wel, denk aan de Hoge Snelheidstreinen! Netwerk niveau Ruimtelijk schaalniveau Maaswijdte [km] Afstand toegangspunten [km] Snelheid [km/h] Stedelijk Straat Wijk 1 0,3 20 Hoofdweg Stadsdeel Stadsautoweg Stad Interstedelijk Lokaal Dorp Regionaal Plaats Interregionaal Stad Nationaal Agglomeratie Internationaal Metropool TABEL 7.1: KARAKTERISTIEKEN VOOR SCHAALNIVEAUS IN WEGENNETWERKEN (VAN NES, 2002) Vervoerrelaties op een hoger functioneel schaalniveau vereisen een hogere vervoerkwaliteit (snelheid, betrouwbaarheid); hoofdinfrastructuur moet daarom mogelijkheden bieden om deze hogere vervoerkwaliteit te kunnen bieden. Infrastructuur die vervoer mogelijk maakt tussen kernen die op een bepaald niveau van belang zijn (A-B, B-B), heeft een verbindende functie. Infrastructuur die vervoer mogelijk maakt tussen gebieden (en kernen) van een lager schaalniveau enerzijds en de verbindende infrastructuur anderzijds, heeft een ontsluitende functie. Infrastructuur die op een bepaald schaalniveau een ontsluitende functie vervult, kan op een lager functioneel schaalniveau een verbindende functie vervullen doordat dankzij deze infrastructuur vervoer mogelijk wordt tussen kernen die op dat lagere functionele schaalniveau van belang zijn. Hoofdwegen in een stedelijke agglomeratie verbinden de verschillende stadsdelen onderling, maar ontsluiten de stedelijke agglomeratie vanaf bijvoorbeeld het autosnelwegennet dat een verbindende functie heeft tussen de verschillende stedelijke agglomeraties. Veel infrastructuur is multifunctioneel: op die infrastructuur vindt een bundeling plaats van soms sterk verschillende functionele vervoerrelaties. Zo functioneren bepaalde delen van het autosnelwegennet zowel voor verkeer over lange afstand als voor verkeer op regionale en stadsgewestelijke schaal. Hetzelfde geldt voor delen van het spoorwegnet. Veel trajecten worden zowel door intercity s als door stoptreinen gebruikt. 1.80

89 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Netwerkvormen De vorm die een netwerk heeft, is onder meer van invloed op de kwaliteit die geboden kan worden (omwegfactoren), de structurerende werking die van de infrastructuur uitgaat (wel of niet centraal gericht) en de vervoerfuncties die met een netwerk kunnen worden vervuld (wel of niet concentreren van stromen, wel of niet tweerichtingsvervoer toepasbaar). Tussen netwerkvorm en functie kan dus een duidelijke relatie bestaan; de vorm van een netwerk is daarom van wezenlijk belang. In eerste instantie kan onderscheid worden gemaakt naar open en gesloten netwerken. Open netwerken FIGUUR 7.5: OPEN NETWERKEN In open netwerken zijn eindpunten niet direct, maar indirect via andere knooppunten, dus via een omweg, met elkaar verbonden. Vaak worden open netwerken gekenmerkt door een radiale structuur, waarbij er duidelijk sprake is van een centrale knoop. Een open netwerk zal dan de functie van de centraal gelegen kern benadrukken. Vaak komt het voor dat de radialen zich naar buiten toe vertakken. Kenmerkend blijft echter dat de eindpunten van een open netwerk niet direct met elkaar verbonden zijn. Er kunnen overigens twee bijzondere vormen van een open netwerk onderscheiden worden. Het eerste geval betreft een lineair of axiaal netwerk. Het tweede geval betreft een waaiervormige vertakkingstructuur vanuit een (niet centraal gelegen) punt. Open netwerken (kunnen) worden toegepast indien: Het verkeer in hoofdzaak is gericht van en naar een centrale kern, waarbij de relaties tussen nevenkernen van ondergeschikt belang zijn; Er sprake is van een laag schaalniveau, waarbij omwegen die optreden vanwege het ontbreken van directe verbindingen, niet zwaar wegen; Indien de omloopsnelheden (zeer) hoog zijn. Een duidelijk voorbeeld van een stervormig net op een hoog schaalniveau is het Franse nationale spoorwegennet (met name het TGV-net); dit is in sterke mate gericht op Parijs. Ook het stadsgewestelijke RER-systeem van Parijs is in opzet stervormig met een knooppunt in het centrum van Parijs (Châtelet). Het netwerk van Parijse metrolijnen heeft een veel minder duidelijke radiale structuur; het is, in het bijzonder in het centrum van Parijs, op te vatten als een gesloten netwerk. Op lager schaalniveau zijn radiale ontsluitingsstructuren vooral te vinden in steden die min of meer vanuit het centrum gelijkmatig organisch gegroeid zijn; alle hoofdwegen zijn op het centrum gericht. Bij radiale structuren is in principe het centrum het best bereikbare punt van het gehele stedelijk gebied; daar treedt dan ook de hoogste verkeersdruk op. Bij het autovervoer keert echter de wal het schip: daar waar de meeste activiteitsruimten gesitueerd zijn en er daarom de meeste ruimte en de hoogste verblijfskwaliteiten voor voetgangers moeten zijn, vragen ook verkeersintensiteiten de meeste ruimte. Veelal zijn ter ontlasting van de hoge verkeersdruk op het centrum één of meer ringwegen toegepast. Daarnaast is in het verleden in bepaalde gevallen de oplossing voor de hoge verkeersintensiteiten gezocht door de realisering van nieuwe, op massaal autoverkeer afgestemde radialen; deze werden wel aangeduid als op het stadshart gerichte leven brengende verkeersaders, zoals de Sebastiaansbrug in Delft. 1.81

90 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Algemeen geldt dat open netwerken weinig geschikt zijn voor situaties als er min of meer intensieve relaties tussen eindpunten bestaan. Dit geldt nog in sterkere mate indien het gaat om ruimte-intensieve verkeersstromen zoals bij het autosysteem. Open netwerken met een vertakkingstructuur zijn daarom slechts op het laagste niveau (straten met erffunctie) toepasbaar. Zoals gesteld, is een lineair/axiale structuur een bijzondere vorm van de radiale structuur. De meest in het oog springende voorbeelden zijn de stedelijke gebieden die zijn ontstaan door lintbebouwing langs een (hoofd)- verkeersweg. Overigens zijn lineaire steden lang niet altijd het resultaat van een langzaam gegroeide situatie. Soms zijn lineaire steden bewust gepland. Voorbeelden zijn de door Craig in de 18e eeuw ontwikkelde plannen voor Edinburgh en de in 1882 door Don Arturo Soria y Matta ontworpen "Ciudad Lineal" bij Madrid. Dit betrof het ontwerp voor een stad voor inwoners, gesitueerd aan weerszijden van een m brede ontsluitingsweg met in het midden een vrije trambaan. Duidelijke voorbeelden van vertakkingstructuren vormen pijpleidingnetwerken, waar de netwerkstructuur volledig is afgestemd op distributie of collectie. Omdat hier het verplaatsingenpatroon volledig vast ligt, bestaat hier het nadeel van de omwegen niet. Als laatste toepassingsgebied is genoemd de situatie waarbij de omloopsnelheden zeer hoog zijn. Voorbeelden hiervan zijn hub-and-spoke systemen in de luchtvaart en telecommunicatienetwerken. FIGUUR 7.6: GESLOTEN NETWERKEN Gesloten netwerken Bij gesloten netwerken komen in beginsel geen losse einden voor; iedere knoop is met tenminste twee schakels met de rest van het netwerk verbonden. Bij deze netwerken worden naar de configuratie van de schakels de volgende hoofdvormen onderscheiden: gridvorm, driehoekenvorm, ring+ radiaalvorm Gesloten netwerken verdienen in de volgende gevallen de voorkeur: Indien er sprake is van een diffuus vervoerpatroon tussen min of meer gelijkwaardige kernen; Wanneer op allerlei relaties sprake is van tweerichtingsverkeer. Indien door lagere omloopsnelheden omwegen zwaar tellen. Gridvormige verkeersnetwerken zijn bijna altijd een afgeleide van verkavelingstructuren (bouwblokplanning). En zijn dan ook bijna altijd bewust gepland. Veel voorbeelden zijn te vinden in de Verenigde Staten; van doorslaggevende betekenis was daarbij "the land ordinance", voorgesteld door Thomas Jefferson en door het Congres in 1785 aangenomen (zie onderstaand citaat). "Under that ordinance a huge network of survey lines was thrown across all the land north and west of the Ohio river. The base lines and principal meridians of the survey divided the landscape into squares 36 miles each side. These in turn were subdivided into 6-mile squares or townships and further divided into 36 sections each one mile square. The mile squares are then subdivided by acreage: the quarter section 160 acres with further possible subdivisions of 80, 40, 20, 10 or 5 acres. The 5-acre sites lend themselves to further division into rectangular city blocks (not unlike those of Manhattan) and subdivision again into lots of building plots". Europese voorbeelden van rasterstructuren vormen de binnenstad van Bari (Italië) en de negentiende-eeuwse uitbreidingen van Barcelona. Den Haag wordt gekenmerkt door een nogal orthogonale opbouw van het wegennet. 1.82

91 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Bij een gelijkmatige verdeling van de activiteiten over een gebied leidt een gridvormig verkeersnetwerk door de uniforme opbouw tot een gelijkmatige spreiding van de verkeersbelasting over het gehele net. Daarom bieden rasterstructuren in principe een grote mate van keuzevrijheid voor het lokaliseren van de bebouwing (activiteitsruimten). Een nadeel van gridvormige verkeersnetwerken is het feit dat ze tot relatief grote omwegen leiden; de omweg blijft bij grid-structuren ongeacht de infrastructuurdichtheid altijd even groot. Deze omwegen zijn voor verplaatsingen op lokaal niveau minder bezwaarlijk dan voor verplaatsingen over langere afstanden. Gridvormige verkeersnetwerken zijn daarom minder geschikt voor netwerken op hogere schaalniveaus. Indien aan een rastervormig verkeersnetwerk diagonalen toegevoegd worden, ontstaat een geheel ander beeld; deze diagonalen zijn in zeer sterke mate verkeersaantrekkend, omdat ze voor veel relaties de kortste route vormen. De verkeersaantrekkende werking van diagonalen in een rastervormig netwerk heeft vaak ook geleid tot het aantrekken van activiteiten. Een goed voorbeeld daarvan is de diagonaal Broadway in Manhattan, New York. De verkeersaantrekkende werking van diagonalen kan ook gebruikt worden om bijvoorbeeld het gebruik van bepaalde vervoerwijzen te stimuleren. Zo is in Lelystad een orthogonaal opgezet stadsdeel ontworpen (doch niet uitgevoerd) met diagonale fietsverbindingen. Evenals gridvormige verkeersnetwerken maken driehoekvormige verkeersnetwerken bij een diffuus verplaatsingenpatroon een goede spreiding van de verkeersintensiteiten over het netwerk mogelijk. Een nadeel van dit soort netwerken op lokaal niveau is de weinig gelukkige kavelvorm. Het voordeel dat bij driehoekige netwerken de omwegen relatief kort zijn is met name gunstig voor de toepassing op hogere schaalniveaus. Het onderling verbinden van een aantal min of meer gelijkwaardige kernen door een ringvormig verkeersnetwerk leidt tenslotte eveneens tot een gelijkmatige spreiding van de verkeersintensiteiten. Ringvormige infrastructuurnetwerken komen vooral voor op lokaal niveau. Vergelijking netwerkvormen Een goed inzicht in de wijze van functioneren van verschillende soorten netwerken is te vinden in een studie van Bolt (1982). Daarbij wordt onderscheid gemaakt tussen de in Figuur 7.7 gegeven netwerkvormen. Alle vijf basis-netwerkvormen bestaan uit negen toegangspunten, verbonden door links van gelijke lengte. Overigens is de nodige terughoudendheid bij de interpretatie van de resultaten nodig. Bij de verschillende netwerken is namelijk ook steeds de configuratie van de toegangspunten, en daarmee het verplaatsingenpatroon verschillend. Er worden dus niet alleen netwerkvormen met elkaar vergeleken, maar impliciet ook de bijbehorende verplaatsingenpatronen. 1. lineair of axiaal 2. stervormig of radiaal 3. cirkelvormig (bijzondere vorm van lineair!) 4. rechthoekig of raster, 5. driehoekig. FIGUUR 7.7: NETWERKVORMEN (SCHAAL NIET VOOR ALLE GELIJK) 1.83

92 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen De gegeven netwerkvormen zijn met elkaar vergeleken op de volgende criteria: 1. kapitaalkosten: verschil in weglengte. 2. variabele verplaatsingskosten: verschil in af te leggen afstanden. 3. verkeersintensiteit: bepaalde vormen bundelen de stromen over een beperkt aantal verbindingen, andere niet. 4. verschillen in bereikbaarheid: hier wordt bedoeld het verschil in bereikbaarheid tussen de plaats met de beste en die met de slechtste bereikbaarheid. 5. evenwichtigheid vervoerstromen (symmetrie): grote verschillen in bereikbaarheid leiden dus tot onevenwichtigheid van vervoerstromen. Verdere beoordelingscriteria zijn energieverbruik en milieuhinder door het verkeer. Deze zijn een afgeleide van de afgelegde kilometers en de wijze van bundeling. FIGUUR 7.8: VERGELIJKING NETWERKVORMEN OP BASIS VAN VARIABELE KOSTEN, KAPITAALKOSTEN, VERVOERSINTENSITEIT EN VERSCHIL IN EVENWICHTIGHEID VERVOERSTROMEN (BEREIKBAARHEID) [BOLT, 1982] In de (indicatieve) vergelijkingen, zoals weergegeven in Figuur 7.8, is de laagste waarde steeds op 1 gesteld. De getallen op de schaal zijn dus verhoudingsgetallen. Voorbeeld: de variabele kosten van het lineaire netwerk zijn tweemaal zo groot als die van het driehoekige netwerk. N.B. De schaal van "gebruiksintensiteit" loopt van 1 tot 4; de andere lopen van 1 tot 2. Een vergelijking van de netwerken aan de hand van de eigenschap "evenwichtigheid vervoerstromen" levert hetzelfde beeld als dat van "verschillen in bereikbaarheid" (en is daarom in dezelfde afbeelding ondergebracht). Het blijkt dat het lineaire netwerk goedkoop is in aanleg, maar duur in gebruik (er moeten grote afstanden worden afgelegd en dat leidt tot hoge variabele kosten). Het wordt intensief gebruikt, wat bijvoorbeeld gunstig is voor een winkelstraat en ook voor de openbaarvervoerlijnen. De verschillen in bereikbaarheid zijn tamelijk groot. In het voorbeeld van de winkelstraat zijn de winkels in het midden veel gunstiger gelegen dan die aan de uiteinden. Ook het stervormig netwerk heeft lage kapitaalkosten. Hier zijn echter ook de variabele kosten laag. De verbindingen worden redelijk intensief gebruikt. De verschillen in bereikbaarheid zijn groot: het centrum is veel beter bereikbaar dan de perifere locaties. Dit leidt tot onevenwichtige vervoerstromen en congestie in het centrum. 1.84

93 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Van het ringvormige netwerk zijn de kapitaalkosten en ook de variabele kosten betrekkelijk laag. De infrastructuur wordt intensief gebruikt. Omdat er nauwelijks verschillen in bereikbaarheid zijn, zullen de vervoerstromen evenwichtig zijn. Zowel de hoge gebruiksintensiteit als de evenwichtigheid van vervoerstromen maken een ringvormig netwerk aantrekkelijk voor openbaar vervoer. Ook voor autoverkeer leidt een ringvormige structuur tot een efficiënt gebruik van de infrastructuur. Het rechthoekige netwerk kan worden gekarakteriseerd als een "niet-extreem" netwerk. Wat betreft de meeste eigenschappen is het middelmatig tot betrekkelijk gunstig. Dit verklaart misschien de veelvuldige toepassing van dit netwerk. Het driehoekig netwerk is kostbaar in aanleg en goedkoop voor de gebruiker en is daarmee de tegenpool van het lineaire netwerk. Het gebruik van de verbindingen is weinig intensief. De verschillen in bereikbaarheid zijn beperkt. In de studie van Bolt lag de nadruk op interlokale netwerken. Een vergelijkbare interessante studie is (veel eerder) uitgevoerd door Fischer en Boudikis (1963), waarbij de nadruk lag op stedelijke netwerken. FIGUUR 7.9: STEDELIJKE STRUCTUREN: RASTER, RADIAAL/RING EN RASTER MET DIAGONALEN (OPPERVLAKTE STAD IN ALLE DRIE GEVALLEN GELIJK, IEDER NET HEEFT 36 KNOOPPUNTEN) Het ging hierbij ook om een studie naar de verkeerskundige effecten van ideale netwerkstructuren; onderscheid werd gemaakt tussen een rasternetwerk, een ring-radiaal netwerk en een rasternetwerk met radialen, zoals aangeven in Figuur 7.9. Daarbij werd uitgegaan van een stad waar het grootste deel van de verplaatsingen centrumgericht is. Figuur 7.10 laat zien hoe het verkeer in de onderscheiden gevallen het verkeersnetwerk belast. FIGUUR 7.10: TRAJECTBELASTINGEN Vergelijking raster en raster met diagonalen: 33% van de ritten hebben voordeel van de diagonalen, voor deze 33% is de ritlengte 8 tot 30% korter; betrokken op alle ritten is dit gemiddeld 6%, diagonalen geven echter 19% meer weglengte. Vergelijking raster en ring-radiaal: in een ring-radiaal netwerk is de gemiddelde ritlengte van alle ritten 12% korter Ligging infrastructuur t.o.v. bebouwd gebied Wat betreft de ligging van een netwerk ten opzichte van de bebouwing van een kern kan in hoofdzaak onderscheid gemaakt worden tussen de volgende in Figuur 7.11 weergegeven mogelijkheden: Een centrale ligging van de schakels door de kern met een centraal gelegen toegangspunt, zoals vaak het geval is bij spoorlijnen in grotere steden (wordt ook transversale ligging genoemd); Een tangentiële ligging van de schakels ten opzichte van de kern met perifeer gelegen toegangspunten, zoals meestal het geval is bij autosnelwegen. 1.85

94 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen FIGUUR 7.11: STRUCTUUR EN LIGGING VAN NETWERKEN Netwerken met een centrale of transversale ligging zijn aantrekkelijk indien concentratie van vervoerstromen en vervoeractiviteiten gewenst is, indien het vervoersysteem in verhouding tot de prestatie (ritten) relatief ruimte-extensief is en indien 'functionele' knooppunten worden gecombineerd met uitwisselingspunten. Netwerken met een tangentiële ligging zijn aantrekkelijk indien het vervoersysteem relatief ruimte-intensief is en 'functionele' knooppunten niet samen hoeven te vallen met uitwisselingspunten; dit is bijvoorbeeld het geval bij het autosnelwegennet. Bij de toepassing van randwegen voor het interlokale doorgaande verkeer zijn aanvankelijk ringwegen toegepast. Een voorbeeld hiervan is de ringweg rond Eindhoven. Later werd veel meer gestreefd naar een tangentiële ligging van autosnelwegen ten opzichte van bebouwde kernen. Vooral sinds het begin van de jaren zestig is in West-Duitsland veel aandacht besteed aan de ontwikkeling van tangentieel opgebouwde wegennetten, teneinde de nadelen van het ring-radiaalprincipe (waarbij de radialen transversaal door de bebouwde gebieden lopen) te ondervangen. Echter ook de ontwikkeling van de Engelse New Town laat een steeds meer loslaten van het ring-radiaalprincipe zien met een pleidooi voor een hiërarchisch opgebouwd lokaal wegennet met verkeersluwe verblijfsgebieden, en goed ingebed in het interlokale wegennet. Ringen en tangenten Een van de belangrijkste ontwikkelingen wat betreft de opbouw van lokale hoofdwegennetten is de overgang van ringen naar tangenten. Dit is de reden nog eens nader in te gaan op het verschil tussen: ring-radiaal stramien: toeleidende wegen zijn op het hart van de stad of binnenstad gericht, het af te leiden doorgaande verkeer moet "haaks de hoek om", rechthoekig-tangentieel stramien: toeleidende wegen lopen langs de stad of binnenstad; juist het bestemmingsverkeer moet bewust afbuigen. Let op: enerzijds kan een tangent een afgebogen radiaal zijn, anderzijds bestaan er rechthoekige ring wegen (ruit). De omsluiting van een gebied door een ringweg of een tangentenstelsel heeft veelal in de eerste plaats tot doel doorgaand verkeer, dat wil zeggen verkeer dat er geen bestemming heeft, door dat gebied te vermijden. Daarnaast is het meestal de bedoeling dat verkeer met een bestemming in het betreffende gebied zo lang mogelijk gebruik maakt van de ringweg of het tangentenstelsel en pas zo laat mogelijk het gebied binnenrijdt. In beide gevallen functioneert een tangentenstelsel veel beter dan een ringweg. Dit betekent ook dat een ringweg uit het oogpunt van verkeersafwikkeling meer kwaliteit moet hebben dan een tangentenstelsel om zijn functie waar te kunnen maken. Een verder nadeel van het ringwegen-radiaalsysteem is dat niet alleen meer verkeer "binnendoor" naar zijn bestemming in het betreffende gebied gaat, maar dit verkeer ook nog een vrij sterke concentratie in het midden van het gebied veroorzaakt. Dit in tegenstelling tot de goede spreiding van het bestemmingsverkeer binnen het betreffende gebied in het geval van een tangentensysteem met een orthogonale interne wegenstructuur. 1.86

95 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Overigens zal behalve het externe bestemmingsverkeer ook het interne verkeer binnen een gebied met een ring-radialensysteem een veel sterkere concentratie van belastingen op wegen en knooppunten in het midden van het gebied veroorzaken dan in een gebied met een orthogonale wegenstructuur. Het voordeel van een tangentenstelsel schuilt er vooral in dat het gebruik ervan veel vanzelfsprekender is en dus niet "afgedwongen" hoeft te worden, zoals vaak bij een ringweg het geval is. In het voorgaande ging het om de tangentiële ligging van wegen voor interlokaal doorgaand verkeer. Veelal is het echter eveneens nodig binnensteden te vrijwaren van lokaal doorgaand verkeer. De hiervoor vaak toegepaste binnenstadstangenten dienen het lokale verkeer over langere afstand, dat geen bestemming in de binnenstad heeft, op te vangen en langs de binnenstad te leiden. Deze binnen(stads)tangenten geven tevens het verkeer dat wel een bestemming in de binnenstad heeft, de mogelijkheid pas op een zo laat mogelijk moment de binnenstad binnen te rijden. Dit laatste kan aangemerkt worden als de verdeelfunctie van de binnen(stads)tangenten. Veelal zal deze verdeelfunctie zo belangrijk zijn dat de binnen(stads)tangenten alleen al nodig zijn voor de opvang en geleiding van het verkeer dat een bestemming in de binnenstad heeft, en er geen ruimte overblijft voor het lokale verkeer over langere afstand dat geen bestemming in de binnenstad heeft. Op het moment dat de binnen(stads)tangenten te zwaar belast dreigen te raken, zal het nodig zijn niet alleen nodeloos verkeer door de binnenstad te vermijden, maar ook nodeloos verkeer langs de binnenstad. Dit betreft het verkeer tussen woonwijken onderling, tussen woonwijken en industrieof bedrijventerreinen en dergelijke. Om te bereiken dat dit niet aan de binnenstad gebonden verkeer ook geen gebruik van de binnen(stads)tangenten zal maken, is invoering van zogenoemde middentangenten nodig. Een en ander betekent dat bij opbouw van een lokaal hoofdwegennet drie soorten wegen onderscheiden kunnen worden, te weten: binnen(stads)tangenten, vooral bedoeld voor alle verkeer met een herkomst of bestemming in de binnenstad (Delft: Westvest), middentangenten, vooral bedoeld voor alle verkeer met een herkomst en bestemming elders in de stad (Delft: Van Miereveltlaan), buitentangenten, voornamelijk bedoeld voor het interlokale doorgaande verkeer en daarom feitelijk meer deel uitmakend van het interlokale wegennet (Delft: Provinciale Weg, Kruithuisweg). Uiteindelijk ontstaat er een orthogonaal opgebouwd lokaal hoofdwegennet met als voordelen de overzichtelijkheid, de flexibiliteit en de goede bereikbaarheid van alle stadsdelen vanuit de diverse richtingen Karakteristieken infrastructuurnetwerken Nederland Een belangrijk kengetal van een netwerk is de lengte ervan. In Tabel 7.2 is de weglengte per wegbeheerder weergegeven. Merk op dat deze maat niet overeenkomt met de eerder gegeven functionele indeling van netwerken. Duidelijk is dat het Rijkswegennet slechts een klein deel is van het totale netwerk: 2,5%. De grootste groei in het wegennet vindt plaats op het lokale niveau. Bij het Rijkswegennet is de afgelopen tijd wel veel sprake geweest van capaciteitsuitbreiding: de weglengte van autosnelwegen is van 2208 naar 2582 km gegaan; een groei van 17%. Wegbeheerder Aandeel Groei Rijk ,5% 102% Provincie ,0% 95% Gemeente en Waterschap ,5% 118% Totaal % TABEL 7.2: LENGTE VAN HET WEGENNET IN 1996 EN 2006 [CBS STATLINE] 1.87

96 Ruimtelijke planning en vervoerplanning: systeem en elementen Tabel 7.3 geeft een overzicht van de infrastructuurlengte voor het spoorwegennet. 72% van het netwerk is geëlektrificeerd. Daarvan is slechts 14% enkelsporig. Bij de niet geëlektrificeerde spoorwegen is 80% enkelspoor. Geëlektrificeerd Niet geëlektrificeerd Elektrificatie onbekend Totaal Aandeel Enkelspoor % Dubbelspoor % Meersporig % Totaal Aandeel 72% 25% 2% TABEL 7.3: LENGTE VAN HET SPOORWEGENNET IN 2006 [CBS STATLINE] Een tweede kengetal, bijvoorbeeld geschikt voor internationale vergelijkingen, is de netwerkdichtheid: netwerklengte gedeeld door het oppervlak. Tabel 7.4 toont de dichtheden voor een drietal netwerksoorten in Nederland. Opvallend is dat de dichtheden voor de hoofdinfrastructuur minder verschillen dan die voor de totale infrastructuur. Netwerk Netwerkdeel Dichtheid [km/km 2 ] Wegen Totaal 3,998 Hoofdinfrastructuur (rijkswegen, 0,077 gescheiden hoofdrijbanen) Spoorwegen Totaal 0,083 Hoofdinfrastructuur (twee- of 0,051 meersporig, geëlektrificeerd) Vaarwegen Totaal 0,184 Hoofdinfrastructuur (rijksvaarwegen) 0,076 TABEL 7.4: NETWERKDICHTHEDEN IN NEDERLAND 2006 [CBS STATLINE] Op basis van het totaal kilometrage van autobestuurders (MON) en het voertuigkilometrage op rijkswegen (Rijkswaterstaat) is een schatting te maken van de mate waarin de verplaatsingen op het autosnelwegennet worden gebundeld: Op 2,5% van de wegenlengte wordt meer dan 50% van het autokilometrage afgewikkeld! 1.88

97 DEEL 2: NETWERKONTWERP EN INFRASTRUCTUUR- PLANNING In dit tweede deel staat ontwerpen centraal en met name de vraag hoe we de bereikbaarheid kunnen verbeteren door netwerken aan te passen. Achtereenvolgens komen aan bod: - Netwerkontwerpprobleem - Methodiek voor het ontwerpen van regionale netwerken - Infrastructuurplanning

98 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning DEEL 2: NETWERKONTWERP EN INFRASTRUCTUURPLANNING 1 1 NETWERKONTWERP Het ontwerpen van een verkeersnetwerk Ontwerpdilemma s Bundeling en hiërarchie Uitbouw van netwerken 9 2 ONTWERPMETHODIEK VOOR REGIONALE NETWERKEN Inleiding ontwerpmethodiek voor regionale netwerken Uitgangspunten ontwerpmethodiek Vuistregels voor de belangrijkste kenmerken van de vervoersystemen Schema ontwerpstappen Verstedelijkingsniveaus Kernenhiërarchie Gewenste verbindingen Ideaaltypisch net Analyse bestaand net Ontwerpen reële netwerken 23 3 INFRASTRUCTUURPLANNING Inleiding De zeefanalyse Het aanbrengen van een cellulair grid Potential surface analysis Bepaling effecten van alternatieven Milieu-effecten Verkeersveiligheid Economische effecten

99 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning 1 NETWERKONTWERP 1.1 Het ontwerpen van een verkeersnetwerk Complexiteit en probleemtypen Het kernprobleem bij netwerkontwerp is het zoeken naar een netwerk dat zo goed mogelijk voldoet aan bepaalde doelstellingen. Aan de ene kant zijn er beslissingsvariabelen die bepalend zijn voor het netwerk, bijvoorbeeld schakels, lijnen, capaciteiten of frequenties, en aan de andere kant een doelstelling waarmee het netwerk wordt beoordeeld. Daarnaast kan er sprake zijn van specifieke randvoorwaarden zijn waaraan moet worden voldaan. Op het eerste oog lijkt dit simpel. Het netwerkontwerpprobleem staat echter bekend als een lastig probleem. Een karakteristiek dat het probleem ingewikkeld maakt is de combinatoriek. Als de beslissingsvariabele eenvoudig beperkt blijft tot het wel of niet opnemen van een schakel in een netwerk, wordt het aantal mogelijke oplossingen al snel erg groot. Een voorbeeld. Bij 4 knooppunten zijn in principe 6 schakels mogelijk. Om alle knooppunten met elkaar te verbinden zijn minimaal 3 schakels noodzakelijk. Het aantal mogelijke combinaties van 3, 4, 5, en 6 schakels bedraagt 42. Bij 6 knooppunten wordt het aantal mogelijke schakels al 15 en het aantal netwerken meer dan Het aantal mogelijke oplossingen wordt dus al snel erg groot. Het zal duidelijk zijn dat als de beslissingsvariabelen meer waarden kan aannemen dan wel/niet in het netwerk opnemen, zoals bij capaciteiten, het aantal mogelijkheden nog groter wordt. Bij openbaar vervoernetwerken komt daarbij nog het feit dat bij elk mogelijk schakelnetwerk weer heel veel lijnennetwerken mogelijk zijn. Naast de combinatoriek zijn er nog twee aspecten die het netwerkontwerpprobleem complex maken. De eerste volgt uit de verschillende partijen die met het netwerk te maken hebben, met name de gebruiker versus de investeerder of exploitant (Figuur 1.1). Vanuit de optiek van de reiziger is het feitelijk simpel: een goed netwerk heeft directe verbindingen tussen elke herkomst en bestemming. En als het om openbaar vervoer gaat, graag met een hoge frequentie. De investeerder en exploitant, aan de andere kant, willen het netwerk graag zo klein mogelijk houden, oftewel zo min mogelijk schakels of lijnen en met zo laag mogelijke frequentie. Gebruiker optimum Exploitatie of investeerders optimum FIGUUR 1.1 VERSCHIL TUSSEN OPTIMUM VOOR GEBRUIKERS EN VOOR EXPLOITANTEN OF INVESTEERDERS Dit is natuurlijk een zwart-wit beeld, maar het illustreert duidelijk dat het gaat om een balans tussen beide optieken. De sleutel hiervoor zit in de doelstelling die voor het netwerkontwerp wordt gebruikt, eventueel in combinatie met randvoorwaarden. Hiervoor kunnen drie mogelijkheden worden onderscheiden: 1. De doelstellingsfunctie brengt de belangen van beide partijen in balans, bijvoorbeeld gebaseerd op economische principes als welvaartsmaximalisatie of minimalisatie totale kosten. 2. De doelstellingsfunctie heeft betrekking op één partij, meestal de gebruiker, en de belangen van de andere partij komen naar voren in de randvoorwaarden. Een voorbeeld hiervan is het minimaliseren van reistijden bij een gegeven budget. 3. De derde mogelijkheid richt zich ook op één partij maar houdt tegelijkertijd rekening met de reacties van de andere partij. Een typisch voorbeeld is winstmaximalisatie waarbij (natuurlijk) rekening wordt gehouden met de invloed van het netwerk op het gebruik van het netwerk. 2.3

100 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Bij deze laatste optie is het tweede aspect dat bijdraagt aan de complexiteit al enigszins beschreven: de sterke afhankelijkheid tussen het netwerk en het netwerkgebruik. Vaak wordt het netwerkontwerpprobleem beschreven als een Stackelberg-spel, waarin sprake is van een beslisser, de netwerkontwerper, die volledige kennis heeft over het gedrag van de andere partij in het spel, de gebruikers, en deze kennis ook gebruikt om zijn doelstellingen te bereiken (Figuur 1.2). Netwerk ontwerp Gedrag gebruikers FIGUUR 1.2: HET NETWERKONTWERPPROBLEEM ALS EEN STACKELBERG SPEL In zo n Stackelberg spel zijn twee problemen te onderscheiden. Het bovenste probleem betreft het netwerkontwerp zelf. Het zogenaamde onderste probleem gaat over de manier waarop de gebruikers reageren op een ontworpen netwerk. Leidt dat tot meer gebruik of tot minder, en welke routes worden wel en niet gebruikt? Zo n spel kan worden gezien als een iteratief proces waarin de beslisser het netwerk wijzigt en kijkt hoe de gebruikers reageren en aan de hand daarvan het netwerk verder aanpast. Het netwerk is dus afhankelijk van het gebruik maar het gebruik hangt weer af van het netwerk. Een soort kip-ei probleem dus. Het onderste probleem kan erg complex zijn. In feite is dat de gehele cirkel van Wegener zoals die in het vorige deel is besproken! Om deze laatste complexiteit te reduceren wordt vaak een aantal beperkingen gebruikt bij de beschrijving van het gedrag van de gebruikers: 1. Het aantal gebruikers blijft constant. Er wordt dan verondersteld dat het gebruik primair afhankelijk is van bijvoorbeeld de ruimtelijke structuur of dat de gebruikers geen alternatieven hebben; 2. De capaciteit heeft geen invloed op het gebruik. Hierbij is de veronderstelling dat of het gebruik van het netwerk nergens tot capaciteitsproblemen leidt of dat te allen tijde voor voldoende capaciteit wordt gezorgd. Beide vereenvoudigingen maken het netwerkontwerpprobleem hanteerbaarder. Het is echter wel belangrijk te controleren of ze achteraf gezien nog steeds acceptabel zijn. Probleemtypen Ten slotte zijn er bij netwerkontwerp twee typen ontwerpproblemen te onderscheiden 1. Nieuwe netwerk. Gegeven een verzameling van toegangspunten wordt een nieuw netwerk ontworpen. Gevaar hierbij is dat het nieuwe netwerk sterk afwijkt van wat al bestaat. Dit speelt vooral bij verkeersnetwerken en in mindere mate bij vervoerdienstnetwerken; 2. Verbeteren bestaand netwerk. Hierbij gaat het om uitbreidingen van het netwerk, schakels en capaciteiten. Risico hierbij is dat zwakke plekken in het huidige netwerk als uitgangspunt worden gehanteerd. In de praktijk zal vooral het tweede type relevant zijn. Grote veranderingen die een geheel nieuw ontwerp tot gevolg heeft zijn toch niet mogelijk, denkt men. Toch is het zinnig zo nu en dan ook het netwerk als een geheel te ontwerpen. Op die manier wordt duidelijk gemaakt waar de structurele knelpunten in het netwerk zitten. 2.4

101 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning 1.2 Ontwerpdilemma s In het hoofdstuk over netwerken zijn diverse netwerkkarakteristieken belicht. Wanneer er een ontwerp gemaakt wordt, dan worden aan deze ontwerpvariabelen waarden toegekend. Hierbij treden echter ontwerpdilemma s op: factoren die elkaar tegenwerken waardoor een optimaal netwerk niet eenvoudig kan worden bepaald. Door het maken van een ontwerp wordt een bepaalde positie in de ontwerpdilemma s ingenomen. In Tabel 1.1 staat een geordende set van ontwerpdilemma s weergegeven. De ordening van de ontwerpdilemma's houdt in, dat een keuze in elk ontwerpdilemma in principe als randvoorwaarde dient voor het volgende ontwerpdilemma. De dilemma's moeten dus in beginsel in de aangegeven volgorde worden afgewerkt (waarbij uiteraard terugkoppelingen mogelijk zijn). Deze dilemma's gelden voor het gehele personenvervoersysteem, dus zowel individueel als collectief, en voor alle schaalniveaus. dilemma tegenstrijdige variabelen 1 aantal stelsels functionele differentiatie <-> kostenbesparing 2 toegangsdichtheid Verbindingskwaliteit <-> toegankelijkheid 3 ontsluitingsstructuur Toegankelijkheid <-> differentiatie in gebruik 4 netdichtheid Verbindingskwaliteit <-> kostenbesparing 5 realiteitswaarde optimalisatie kwaliteit <-> kostenbesparing Onderstaand worden deze dilemma's kort toegelicht. TABEL 1.1 OVERZICHT ONTWERPDILEMMA'S [EGETER ET AL., 2002] Dilemma 1: Aantal stelsels Het totale vervoeraanbod wordt opgebouwd uit een aantal stelsels, waarbij elk stelsel gekenmerkt wordt door organisatievorm (individueel, collectief) en schaalniveau (snelheden, afstandsklassen). De achtergrond hiervan is, dat door een onderverdeling in stelsels het vervoeraanbod beter kan worden afgestemd op de verschillende functies die het moet vervullen. Hoe meer stelsels, hoe beter elk stelsel kan worden toegesneden op een functie, anders gezegd: hoe meer functionele differentiatie in het vervoeraanbod. Daar staat tegenover dat minder stelsels vaak leiden tot kostenbesparing, doordat de beschikbare capaciteit efficiënter wordt gebruikt. FIGUUR 1.3 DILEMMA 1: AANTAL STELSELS. Een voorbeeld van dit dilemma is het zgn. drietreinensysteem: de opdeling van trein-diensten in drie schaalniveaus: intercity, sneltrein en stoptrein. De achtergrond hiervan is dat reizigers met verschillende verplaatsingsafstanden toch een passend treinproduct krijgen geboden. Uit kostenbesparingsoverwegingen zou een homogeen treinproduct echter de voorkeur hebben: men heeft dan minder treinen nodig om een aantrekkelijke frequentie te kunnen bieden, en minder infrastructuur (bijvoorbeeld geen viersporigheid) om de treindiensten te kunnen afwikkelen. Overeenkomstige voorbeelden zijn ook te vinden voor individueel vervoer (korte- en langeafstandsverkeer over dezelfde weg, of het ontvlechten tot twee verschillende wegen). Veelal zal het zo zijn dat het aantal schaalniveaus in het vervoersysteem groter kan zijn, naarmate de verstedelijkingsgraad groter is. Zo zal men in de Randstad er eerder toe overgaan het wegennet te ontvlechten dan in Oost-Groningen. Dilemma 2: Toegangsdichtheid Binnen een stelsel bestaat het dilemma tussen veel of weinig toegangspunten. Hoe meer toegangspunten een stelsel heeft, hoe beter de toegankelijkheid van dat stelsel is, en dus hoe minder voor- en natransport over onderliggende (dus langzamere) stelsels nodig is. Daar staat tegenover dat de verbindingskwaliteit over het stelsel (dus: hoe snel, betrouwbaar en gemakkelijk 2.5

102 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning kom ik van het ene naar het andere toegangspunt) gediend is bij zo weinig mogelijk toegangspunten. FIGUUR 1.4 DILEMMA 2: TOEGANGSDICHTHEID Dit dilemma speelt een dominante rol binnen het openbaarvervoersysteem, omdat bij (bijna) ieder toegangspunt (halte of station) gestopt moet worden. Dit is bijvoorbeeld de achtergrond van het onderscheid tussen stop- en sneltreinen. Maar ook bij het individuele vervoersysteem speelt dit dilemma een rol: een autosnelweg met veel op- en afritten heeft een relatief lage verbindingskwaliteit, doordat zo'n snelweg veel gebruikt zal worden door regionaal en lokaal verkeer. Ook leidt elke op- en afrit tot turbulenties in de verkeersstroom. In het algemeen is het zo dat de toegangsdichtheid groter zal zijn (ofwel de afstand tussen de toegangspunten kleiner) naarmate het schaalniveau lager is, en dus de verplaatsingsafstand waarvoor het stelsel bedoeld is, kleiner is. Hiermee hangt samen dat toegangspunten meestal gekoppeld zijn aan kernen; hoe lager het schaalniveau, hoe meer kernen op het stelsel zijn aangesloten. Dilemma 3: Ontsluitingsstructuur Naast het vaststellen van het aantal toegangspunten, speelt ook de vraag naar de ontsluitingsstructuur van de kern: legt men een toegangspunt in het midden (zoals meestal bij de trein gebeurt) of plaatst men de toegangspunten aan de rand van de kern (zoals meestal bij het wegennet gebeurt), en wat moet dan de afstand tot het centrum zijn. Het plaatsen van het toegangspunt midden in het stedelijk gebied maximaliseert de toegankelijkheid. Het leidt er echter ook toe, dat een stelsel aantrekkelijk wordt voor verplaatsingsafstanden die lager zijn dan waarvoor het stelsel bedoeld is: de beoogde differentiatie in het gebruik. De grondslag voor het onderscheiden van verschillende stelsels, neemt af. Daarnaast leidt een ontsluitingsstructuur die penetreert in het stedelijk gebied vaak tot hogere kosten en meer omgevingshinder. FIGUUR 1.5 DILEMMA 3: ONTSLUITINGSSTRUCTUUR Hoewel dit dilemma in principe zowel speelt voor collectief als voor individueel vervoer, is de uitkomst voor beide typen stelsels verschillend: Bij collectief vervoer liggen de toegangspunten bij voorkeur midden in het stedelijk gebied. De voornaamste reden hiervan is dat iedere overgang tussen stelsels (dus ook voor- en natransport) altijd de noodzaak heeft tot een fysieke transfer (het wisselen van voertuig) met de bijbehorende ongemakken. Anderzijds leidt het centraal ontsluiten van kernen bij openbaar vervoer tot minder hinder dan bij het individueel vervoer. Bij individueel vervoer liggen de toegangspunten bij voorkeur op enige afstand van de kern. De overgang op het onderliggende wegennet verloopt vrijwel weerstandsloos, en de hinder van wegontsluitingen in stedelijk gebied is relatief groot. Op deze manier wordt ook 'ongewenst' gebruik van wegen over te korte afstanden voorkomen. Dilemma 4: Netdichtheid Als eenmaal bekend is welke kernen een stelsel moet verbinden, dan blijft nog de vraag of deze kernen met veel of met weinig directe schakels verbonden moeten worden. Hoe meer schakels, hoe beter de verbindingskwaliteit: de omwegfactoren zijn kleiner. Echter, bij openbaar vervoer maakt bundeling op een gering aantal schakels hogere frequenties mogelijk. Uit oogpunt van kostenbesparing is ook een zo laag mogelijke netdichtheid gewenst. Kostenbesparing wordt hier overigens niet alleen in financiële zin opgevat: ook het minimaliseren van de aantasting van natuur en leefomgeving vallen eronder. 2.6

103 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 1.6 DILEMMA 4: NETDICHTHEID. Dit dilemma speelt in gelijke mate bij individueel en collectief vervoer. Wat echter wel een belangrijke rol speelt, is de aanwezige infrastructuur in de uitgangssituatie. Aanleg van nieuwe infrastructuur is een kostbare zaak. Dit geldt in mindere mate als volstaan kan worden met functieverandering van bestaande infrastructuur. De acceptabele netdichtheid hangt primair samen met twee factoren: de totale hoeveelheid vervoer: hoe groter de vervoerstromen in een gebied zijn, hoe eerder het acceptabel is om extra infrastructuur aan te leggen, en de kwaliteitsverhouding tussen het beschouwde stelsel en het onderliggende stelsel: hoe meer verschil in kwaliteit er is tussen de schaalniveaus in het vervoersysteem, hoe groter de acceptabele omweg over het bovenliggende stelsel is. Dilemma 5: Realiteitswaarde Last but not least moet de afweging gemaakt worden tussen een netwerkontwerp dat het ideale netwerk benadert (dus waar in alle bovenstaande dilemma's de 'optimale' keuze wordt gemaakt), en een minder ideaal, maar wel realistischer en haalbaarder netwerk. Het verschil tussen beide zit hem vooral in de kosten van nieuwe infrastructuur. Het kan echter ook een verschil in tijdshorizon zijn: op korte termijn zal men in het algemeen de voorkeur geven aan relatief kleine, en dus realistische en haalbare ingrepen in een netwerk. Deze dienen echter geplaatst te zijn in een langetermijnperspectief dat meer in de richting gaat van een ideale structuur (waar ook de ontwikkeling van de ruimtelijke structuur aan gekoppeld dient te zijn). Het ontbreken van zo'n langetermijnvisie leidt tot een onsamenhangende, vraagvolgende knelpuntenaanpak en biedt weinig aanknopingspunten tot een sturend infrastructuurbeleid. FIGUUR 1.7 DILEMMA 5: REALITEITSWAARDE 1.3 Bundeling en hiërarchie In het voorgaande is gesteld dat een gegeven aantal kernen door diverse, verschillend opgebouwde netwerken onderling verbonden kunnen worden. Veel lokale en regionale wegennetten zijn oorspronkelijk niet bewust gepland, maar in de loop van de tijd gegroeid. Daarnaast bestaat een groot aantal stedelijke netwerken dat wel bewust gepland is. Het zijn echter lang niet altijd vervoerkundige gronden die aan de opzet van zo'n netwerk ten grondslag liggen. Zo waren het in bepaalde gevallen militaire overwegingen die de vorm van de uitbouw van een stratennet bepaalden, in andere gevallen het streven naar een efficiënte verkaveling. Een en ander maakt het nodig aandacht te schenken aan de specifieke ontwerpcriteria die de vervoerfunctie aan het ontwerp en de uitbouw van netwerken stelt. Zoals eerder gezegd, heeft een bepaald netwerk nagenoeg altijd een verbindende en een ontsluitende functie. Voor de gebruiker zijn de verplaatsingstijden tussen herkomst en bestemming en de via het netwerk af te leggen afstanden relevant. Vanuit de optiek van de individuele gebruiker dienen, in het bijzonder, ten aanzien van de beperking van de omwegen eisen gesteld te worden. De acceptabele omwegfactor kan echter afhankelijk gesteld worden van de te bedienen soort relatie. Voorts zal gestreefd moeten worden naar een zodanige opzet van het netwerk dat alle relevante vervoerrelaties op een zo efficiënt mogelijke wijze verwerkt kunnen worden. Dit leidt tot twee criteria, te weten: vanuit het belang van de exploitant van het netwerk dient te worden gestreefd naar een zo beperkt mogelijke totale netwerklengte, 2.7

104 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning vanuit het belang van de totale populatie van gebruikers van het netwerk moet gestreefd worden naar een zodanige opzet dat het totale aantal voertuigkilometers geminimaliseerd wordt. Het zal duidelijk zijn dat deze twee criteria niet automatisch tot een zelfde opzet van een netwerk leiden. De uiteindelijke keuze zal daarom afhankelijk zijn van het belang dat aan het ene dan wel het andere criterium gehecht wordt. Naast de belangen van de exploitant en de gebruikers van een infrastructuurnetwerk spelen ook de belangen van de omgeving een steeds belangrijkere rol. Enerzijds gaat het daarbij om het beperken van de directe plaats- of tijdgebonden negatieve effecten van de aanwezigheid van infrastructuur en het optreden van verkeersintensiteiten, zoals ruimtebeslag en geluidshinder. Anderzijds gaat het om niet direct plaats- en tijdgebonden effecten, die samenhangen met het totaal aantal voertuigkilometers, zoals diverse vormen van luchtvervuiling. Bundeling Zoals gesteld is verkeersinfrastructuur bedoeld om het verplaatsen van mensen en goederen mogelijk te maken. In het algemeen zal echter niet voor iedere verplaatsing een nieuw pad gemaakt worden, doch zal in eerste instantie getracht worden reeds gebaande paden te gebruiken. Zelfs olifanten doen dat. Zo dienen ook verschillende nederzettingen (kernen van activiteiten) onderling zo efficiënt mogelijk verbonden te worden. Het zou weliswaar denkbaar zijn een gegeven aantal kernen allemaal paarsgewijs te verbinden. Veel beter is het echter te streven naar een zodanig netwerk van schakels en knooppunten dat zo veel mogelijk verkeer op zo min mogelijk wegen afgewikkeld wordt. De hierdoor mogelijke bundeling van verkeer biedt belangrijke (efficiency)voordelen voor zowel de wegbeheerder en de weggebruiker als voor de omgeving. Zoals Figuur 1.8 laat zien, kunnen de vier punten op verschillende manieren met elkaar verbonden worden. Het meest direct zijn deze vier punten via zes verbindingen met elkaar verbonden. Maar het kan echter ook met minder verbindingen. Per saldo zijn twee verbindingen voldoende. Het netwerk bestaat dan uit vier schakels en een knooppunt. FIGUUR 1.8: VERSCHILLENDE MOGELIJKHEDEN OM VIER KERNEN TE VERBINDEN Algemeen geldt dat het streven naar bundeling van verkeersstromen een van de belangrijkste principes bij de opzet van netwerken is. Aan de ene kant leidt bundeling weliswaar tot nadelen vanwege verlies aan directheid: er ontstaan omwegen (althans gerekend in kilometers). De voordelen die het gevolg zijn van de schaalvergroting, die bundeling mogelijk maakt, wegen echter veelal ruimschoots op tegen het nadeel van de omwegen. Deze schaalvergroting betekent dat voor dezelfde of zelfs lagere kosten (zowel voor wegbeheerder/overheid als voor gebruiker) kwalitatief betere verkeersvoorzieningen mogelijk zijn. De schaalvoordelen zijn een gevolg van onder meer: een betere capaciteitsbenutting: bij een zelfde totale capaciteit geeft bundeling van verkeersstromen een hogere benutting en daardoor lagere kosten (door vereffening van fluctuaties van de vervoervraag in ruimte en tijd); een efficiëntere technologie: bij zwaardere vervoerstromen wordt inzet van andere technologie met een hogere productiviteit en daardoor lagere kosten per eenheid (en veelal ook hogere kwaliteit, gemeten in snelheid en veiligheid) betaalbaar: autosnelweg in plaats van gewone weg; trein in plaats van bus; minder milieuschade: minder ruimtebeslag, landschapsversnippering, geluidhinder (de som van twee vervoerstromen geeft altijd minder geluidhinder dan de twee afzonderlijk). Uitdrukkelijk is gesproken over bundeling van verkeer. Bij particulier autoverkeer is dit de concentratie van zoveel mogelijk voertuigen op zo weinig mogelijk wegen. Bij het collectief (openbaar) vervoer is er ook sprake van zoveel mogelijk reizigers in zo weinig mogelijk voertuigen. 2.8

105 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning In het bijzonder bij openbaar vervoer is een verregaande wijze van bundeling mogelijk bij de inzet van railsystemen, zoals metro en trein. Wordt de bundeling nog verder doorgevoerd dan ontstaat een hiërarchische structuur zoals eerder beschreven. Hoe hoger in hiërarchie, hoe sterker de bundeling: door dit schaaleffect kan op hogere hiërarchische niveaus een hoogwaardiger technologie worden toegepast. Daarbij zullen netwerken op hogere hiërarchische functionele niveaus doorgaans een grotere maaswijdte hebben. Om de netwerken op de hogere niveaus te kunnen 'vullen', zijn de lagere hiërarchische niveaus onontbeerlijk. In open netwerken zit de hiërarchie besloten in de netwerkstructuur: er is binnen het netwerk sprake van een hiërarchische opvolging van knooppunten. Bij gesloten netwerken is een hiërarchische opbouw mogelijk door netten van verschillende schaalniveaus aan elkaar te koppelen ('in elkaar te hangen'). Bovendien kunnen open en gesloten netwerken, die een functie hebben op verschillende schaalniveaus, aan elkaar worden gekoppeld. 1.4 Uitbouw van netwerken Bij de verdere uitbouw van vervoernetwerken kan onderscheid gemaakt worden tussen de volgende mogelijkheden: vergroten bedieningsgebied netwerk (uitbreiden); verdichten netwerk (inbreiden); netwerkcapaciteit vergroten; netwerk robuuster maken. FIGUUR 1.9: ONTWIKKELING VAN NETWERKEN Vergroten bedieningsgebied netwerken Het vergroten van het bedieningsgebied van netwerken is gericht op het aansluiten en/of verbinden van nieuwe gebieden en kernen en het faciliteren van lange-afstandverplaatsingen. De betekenis van de nationale hoofdinfrastructuur kan worden vergroot door deze naadloos te laten aansluiten bij die van de buurlanden opdat het nationale netwerk een integraal onderdeel van de Europese netten wordt. Mede onder invloed van de Europese Unie wordt toegewerkt naar sluitende netwerken op Europese schaal. Bij de wegeninfrastructuur is de integratie tussen de nationale netten vrijwel afgerond. Wat betreft de Europese rail-hoofdinfrastructuur is de uitbreiding van het TGV-net in noordzuidrichting nagenoeg gereed. Daarnaast worden voorzieningen getroffen voor de oostwestverbinding (Amsterdam-Keulen). Er is tot op heden relatief weinig aandacht voor een verbinding in noordoostelijke richting (Hamburg, Berlijn, Scandinavië), met uitzondering van de recent afgesloten discussie over de Zuiderzeelijn. Toch zou deze verbinding interessant kunnen zijn: Nederland wordt in dat geval nog beter geïntegreerd in het internationale net van hogesnelheidslijnen. Voor het goederenvervoer is de Betuwelijn (verbinding Rijnmond - Zevenaar - Ruhrgebied) recent gerealiseerd, maar is er weinig aandacht voor de verbindingen met België en Frankrijk. Bij de besluitvorming rond de Betuwelijn is er overigens maar weinig aandacht geschonken aan de internationale netwerkvorming: België streeft er naar om de IJzeren Rijn (Antwerpen - Ruhrgebied via Roermond) in gebruik te nemen. 2.9

106 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Verdichten netwerk Het verdichten van netwerken is gericht op het verkorten van omwegen en het bieden van alternatieve routes. Verdichting van netwerken leidt indirect ook tot een toename van de netwerkcapaciteit. Netwerkcapaciteit vergroten De netwerkcapaciteit kan worden vergroot door de schakelcapaciteit te vergroten of door nieuwe, parallelle, schakels aan te leggen. Vergroting van de netwerkcapaciteit kan nodig zijn vanwege een toename van de verkeersstromen, vanwege hogere kwaliteitseisen (afwikkelingsniveau) of hogere veiligheidseisen. Hieronder zijn voor weg, rail en binnenvaartinfrastructuur mogelijke netwerkcapaciteit vergrotende maatregelen genoemd. Vooral ten noorden van Rotterdam en rond Amsterdam zijn er omvangrijke aanpassingen van de hoofdwegeninfrastructuur gepland. Hier wordt de netwerkcapaciteit vergroot door parallelle wegen (en tunnels) aan te leggen. In de huidige plannen blijft de capaciteit van de railinfrastructuur op de verbinding Rijswijk-Delft Zuid onder het niveau van de overige trajectgedeelten tussen Rotterdam en Den Haag. Om de netwerkcapaciteit op peil te brengen, zou kunnen worden gekozen voor het toch viersporig maken van het baanvak. De capaciteit van het totale vervoersysteem kan ook worden vergroot door verschillende netwerken (goed of beter) aan elkaar te koppelen. Robuustheid netwerk vergroten De robuustheid van een netwerk kan verhoogd worden door de capaciteit van kwetsbare schakels te vergroten, door alternatieve routes binnen een netwerk beschikbaar te houden of door het gebruik van alternatieve netwerken (alternatieve vervoersystemen) mogelijk te maken. Door de aanleg van alternatieve verbindingen ontstaan meer keuzemogelijkheden (binnen een zelfde of tussen alternatieve netwerken): de afhankelijkheid van een bepaalde verbinding neemt daardoor af, waardoor de robuustheid van het netwerk toeneemt. Op de autosnelweg relatie Den Haag/Rotterdam - Amsterdam is er echter sprake van een enkelvoudige (maar in capaciteit inmiddels vergrote) verbinding. In het kader van een vergroting van de robuustheid zou hier een parallelle verbinding kunnen worden gebouwd, maar is het ook mogelijk goede overstapmogelijkheden naar de spoorwegen te bouwen: binnen dat netwerk zijn immers wel parallelle verbindingen beschikbaar. Een derde oeververbinding in Rotterdam zou, wat betreft de robuustheid van het netwerk, aanbeveling verdienen. Een 'parallelle' spoorverbinding Zwolle - Meppel en eventueel een verbinding over de Afsluitdijk zullen de robuustheid van het railsysteem kunnen verhogen: nu 'hangt' het hele noordelijke spoorwegennet aan de verbinding Zwolle-Meppel. Geredeneerd vanuit de Randstad is de spoorrelatie met het zuiden kwetsbaar, vanwege het relatief beperkte aantal oeververbindingen. Op den duur zou een extra verbinding hier aanbevelenswaardig zijn of zouden er alternatieven gezocht moeten worden in speciale, hoogwaardige, busverbindingen. 2.10

107 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning 2 ONTWERPMETHODIEK VOOR REGIONALE NETWERKEN 2.1 Inleiding ontwerpmethodiek voor regionale netwerken Het voorgaande hoofdstuk behandelde de kenmerken van infrastructuurnetwerken en de theorie van het netwerkontwerpprobleem. In dit hoofdstuk wordt een door TNO ontwikkelde ontwerpmethodiek besproken waarmee een nieuw integraal regionaal vervoersysteem kan worden opgezet, maar waarmee ook bestaande netwerken kunnen worden geoptimaliseerd (Egeter et al., 2002). De methodiek wordt aan de hand van een voorbeeldcase uitgewerkt. De ontwerpmethodiek bestaat uit een aantal ontwerpstappen die achtereenvolgens doorlopen worden. Deze ontwerpstappen zijn gebaseerd op de ontwerpdilemma s die in vorige hoofdstukken beschreven zijn. Om daar in het ontwerpproces mee om te gaan is een aantal vuistregels opgesteld, dat voor ieder schaalniveau waarop ontworpen wordt aanbevelingen doet over het invullen van de belangrijkste kenmerken van de beoogde vervoersystemen. Eerst gaat dit hoofdstuk echter in op de uitgangspunten van de methodiek en de schaalniveaus waarvoor de methodiek bedoeld is. 2.2 Uitgangspunten ontwerpmethodiek De ontwerpmethodiek heeft een aantal belangrijke uitgangspunten dat vermeld staat in Figuur 2.1. FIGUUR 2.1: UITGANGSPUNTEN ONTWERPMETHODIEK. Eerst structuur, dan elementen Eerst moet een visie worden ontwikkeld op de totaalstructuur van het netwerk, zoals de kernen die moeten worden verbonden, de schaalniveaus die worden onderscheiden, etc. Pas in tweede instantie wordt gekeken naar de elementen (wegvakken, knooppunten, tracés). In de praktijk wordt maar al te vaak een knelpuntenbenadering toegepast: oplossen van problemen op elementniveau. Dit leidt tot een vraagvolgende aanpak die weinig mogelijkheden biedt voor een ruimtelijk structurerend beleid. Eerst hoog schaalniveau, dan laag schaalniveau Elk netwerk wordt afzonderlijk ontworpen, waarbij primair topdown wordt gewerkt: van hoog naar laag schaalniveau, met een terugkoppeling bottom-up. Alleen op deze manier is samenhang tussen de netwerken op verschillende schaalniveaus te krijgen. Als gestart wordt met het lokale of regionale netwerk, is het moeilijk nog een kwalitatief goed nationaal netwerk in te passen. De praktijk leert, dat het ontwerpproces vaak op een te laag schaalniveau wordt ingestoken, veelal gedicteerd door bestuurlijke grenzen. Eerst collectief, dan individueel De locatie van toegangspunten van het collectieve systeem (haltes, stations) luistert veel nauwer dan de locatie van toegangspunten tot het individuele systeem (opritten, aansluitingen). Dit hangt samen met de noodzaak tot voor- en natransport op het collectief vervoer. Bij de integratie van collectief en individueel vervoer is (bij gelijk schaalniveau) collectief vervoer dus leidend. 2.11

108 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Eerst ideaal, dan bestaand Er wordt eerst een ideaalstructuur ontworpen, los van het bestaande. Vervolgens wordt deze ideaalstructuur geconfronteerd met de bestaande situatie. De ingrepen die nodig zijn om van de bestaande naar de ideale situatie te komen, kunnen vervolgens worden geprioriteerd. Op deze manier wordt gewaarborgd dat verbeteringen in het bestaande net samenhang vertonen; de ideaalstructuur fungeert daarbij als een lange termijn focus. Eerst kwaliteit, dan capaciteit Voor het realiseren van een bepaalde bereikbaarheid dient de functie, en als afgeleide daarvan de gewenste kwaliteit van de verbindingen helder gedefinieerd te worden. Bij de kwaliteit gaat het om zaken als snelheid, betrouwbaarheid en comfort, maar ook om de toe te passen benuttings- en beprijzingsconcepten. Een acceptabele verhouding tussen het gebruik en de capaciteit van de infrastructuur is daarbij een noodzakelijke voorwaarde, maar staat in principe los van het gewenste kwaliteitsniveau. In de praktijk wordt maar al te vaak primair een capaciteitsbenadering toegepast, waarbij overige kwaliteitsaspecten onvoldoende aandacht krijgen. Eerst toegangspunten, dan netwerk Een vervoernetwerk dient voor het onderling verbinden van toegangspunten. Het ligt daarom voor de hand om eerst te definiëren welke punten verbonden moeten worden, om vervolgens de verbindingen tussen deze punten te ontwerpen. In de praktijk gebeurt dit -merkwaardigerwijsvaak andersom. Een bekend voorbeeld is de tracédiscussie rond de HSL-zuid: de vraag of de hogesnelheidstrein zou moeten stoppen in Den Haag werd afhankelijk gesteld van de keuze voor een tracé (bestaande lijn of nieuw tracé), terwijl de keuze of een stad als Den Haag wel of niet in het HST-net moet worden opgenomen natuurlijk vooraf had moeten gaan aan de tracékeuze. Dit had een zeer verwarrende discussie tot gevolg. Eerst functie, dan vorm en techniek Alvorens de vorm van de infrastructuur (dwarsprofiel weg, lay-out knooppunten, etc.) vast te kunnen stellen is het noodzakelijk te weten welke functie de weg vervult. Belangrijke functies die onderscheiden worden zijn: stroomfunctie, ontsluitingsfunctie en erffunctie. In het 'Duurzaam Veilig' concept staat deze aanpak centraal: door de vorm af te stemmen op de functie wordt een zeker gebruik van de infrastructuur afgedwongen die de verkeersveiligheid ten goede komt. Het spreekt voor zich dat naast de hierboven vermelde functies aan een weg nog meer functies kunnen worden toegekend (bv. terugvaloptie, buffer, toeristenroute). Bij het toekennen van de vorm zal ook met deze functies rekening moeten worden gehouden. Ook bij de keuze tussen vervoertechnieken (bv. snelbus of lightrail) dient de functie leidend te zijn. 2.3 Vuistregels voor de belangrijkste kenmerken van de vervoersystemen Een groot deel van de kenmerken van vervoersystemen hangt direct samen met het vervoerkundig schaalniveau. Te noemen zijn: aantal en omvang te verbinden kernen; verplaatsingsafstand; gemiddelde snelheid; afstand tussen toegangspunten; ontsluitingsruimte; maximale omwegfactor, en maaswijdte. Deze genoemde kenmerken zijn zeer bepalend hoe het uiteindelijke ontwerp eruit ziet, en hoe de totale vervoermarkt is 'verkaveld' tussen de verschillende vervoerkundige schaalniveaus. Verder blijkt dat deze kenmerken een sterke onderlinge samenhang vertonen binnen een schaalniveau. Onlogische combinaties van kenmerken leiden tot suboptimale en inefficiënte netwerken. In het onderstaande worden de kenmerken kort besproken. Aantal en omvang te verbinden kernen Hoe hoger het schaalniveau is, hoe minder kernen op het netwerk zijn aangesloten. Een netwerk van hoog schaalniveau verbindt alleen de kernen van hoge orde. De 'orde' van een kern wordt o.a. bepaald door inwonertal en voorzieningenniveau. In deze studie is het inwonertal als indicator genomen. 2.12

109 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Verplaatsingsafstand Kernen van hogere orde genereren langere verplaatsingen. Ook door het geringere aantal geselecteerde kernen zullen de verplaatsingsafstanden in een netwerk van hoog schaalniveau gemiddeld groter zijn dan op lager schaalniveau. Gemiddelde snelheid Omdat over netwerken van hoger schaalniveau gemiddeld langere verplaatsingen worden afgewikkeld, moeten ook hogere gemiddelde snelheden kunnen worden gehaald: een autosnelweg is sneller dan een regionale weg, een intercitytrein is sneller dan een stoptrein; anders heeft het immers geen zin om het hogere schaalniveau te gebruiken. Afstand tussen toegangspunten Bij een netwerk van hoger schaalniveau zijn de afstanden tussen de toegangspunten groter. Dit hangt enerzijds natuurlijk direct samen met het geringere aantal kernen dat op het netwerk is aangesloten. Anderzijds heeft het ook te maken met de kwaliteit van de afwikkeling van het vervoer: een intercitytrein die te vaak stopt wordt te langzaam; op een autosnelweg met te veel opritten wordt het doorgaand verkeer te veel gehinderd door korteafstandsverkeer. Ontsluitingsruimte De Ontsluitingsruimte is de afstand tussen het centrum van een kern en het bijbehorende toegangspunt. Voor het collectief vervoer is de Ontsluitingsruimte nul, dat wil zeggen dat toegangspunten liefst in het centrum van de kern liggen, om voor- en natransportafstanden en overstapweerstanden zoveel mogelijk te beperken. Bij individueel vervoer liggen de toegangspunten meestal juist niet in het centrum. FIGUUR 2.2: ILLUSTRATIE ONTSLUITINGSSTRUCTUUR Dit heeft diverse achtergronden: het is ongewenst uit oogpunt van leefbaarheid en ruimtegebruik om het toegangspunt midden in de kern te leggen, en het in acht nemen van een zekere afstand tussen de kern en het toegangspunt voorkomt dat het netwerk interessant wordt voor gebruik op te laag schaalniveau; de omwegen worden immers te groot. Anderzijds mogen toegangspunten ook weer niet te ver weg liggen, want dan wordt de kwaliteit van de ontsluiting weer te slecht doordat een te lange afstand over wegen van lagere orde moeten worden afgelegd. Figuur 2.2 geeft een voorbeeld van de toepassing van de Ontsluitingsruimte: rondom Eindhoven is een cirkel getrokken waarbinnen in principe geen nationaal netwerk mag liggen (in de figuur I-3 genoemd, I-2 is het regionale netwerk). In het getekende ontwerp is aan 2.13

110 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning deze eis voldaan. Merk op, dat een deel van het nationale netwerk in dit voorbeeld wel door de Ontsluitingsruimte loopt; hier bevinden zich echter geen toegangspunten. De grootte van de ontsluitingsruimte van het nationale netwerk is globaal bepaald door reistijden via het regionale netwerk en (met een omweg) via het nationale netwerk met elkaar te vergelijken. De ontsluitingsruimte is zo gekozen, dat voor een verplaatsingsafstand van 30 km beide reistijden aan elkaar gelijk zijn. Maximale omwegfactor De omwegfactor is de verhouding tussen de afstand via het netwerk en de hemelsbrede afstand. Op ieder schaalniveau kan een maximale omwegfactor worden gedefinieerd. Deze hangt af van de snelheidsverhouding met het onderliggende schaalniveau. Bij een te grote omwegfactor in het netwerk wordt het interessant om de verplaatsing via een netwerk van lager schaalniveau te maken. Netdichtheid / maaswijdte De maaswijdte zegt iets over hoe ver wegen of spoorwegen uit elkaar liggen. Hoe groter de maaswijdte, hoe lager de netdichtheid (de totale schakellengte per oppervlakte-eenheid). Er is gebleken dat de maaswijdte (of de netdichtheid) meestal geen zelfstandig te kiezen grootheid is, maar vanzelf volgt uit het aantal kernen, de ontsluitingsruimte en de maximale omwegfactor. Alleen voor netwerken binnen aaneengesloten stedelijk gebied wordt de maaswijdte een zelfstandig te kiezen kenmerk. De ontsluitingsruimten van kernen gaan elkaar daar overlappen, zodat het moeilijk wordt de wegen buiten de ontsluitingsruimten te plaatsen. Dan moet besloten worden welke maaswijdte tussen de wegen moet worden aangehouden. 2.4 Schema ontwerpstappen In deze paragraaf worden de verschillende stappen waaruit de ontwerpmethodiek bestaat, beschreven. Toepassing van de methodiek resulteert in ontwerpen voor de collectieve en individuele netwerken, en de punten (transferia) waarop deze netwerken met elkaar verknoopt zijn. Ieder netwerk wordt apart ontworpen. Op deze manier kan elk netwerk optimaal op zijn functie worden toegesneden. Mogelijk worden in een later stadium van het ontwerpproces verschillende functies weer gecombineerd op een tracé of zelfs op een weg. Dit is dan echter een bewuste keuze die is ingegeven door een rationele afweging tussen voor- en nadelen van het combineren van functies op dat specifieke wegvak. De beschreven ontwerpstappen moeten zowel voor individuele als voor collectieve netwerken op meerdere schaalniveaus uitgevoerd worden. Hierbij geldt, zoals in de voorgaande paragraaf is beschreven, primair de volgorde 'van hoog naar laag schaalniveau' en 'eerst collectief, dan individueel' Omdat deze methode primair over het regionale vervoersysteem gaat, zijn vooral het nationale en regionale schaalniveau van belang. Het internationale netwerk wordt als vaststaand aangenomen; de lokale netwerken worden buiten beschouwing gelaten. Tabel 2.1 geeft een totaaloverzicht van de stappen die gezet worden in de methodiek: wat moet gedefinieerd worden voordat elke stap uitgevoerd kan worden, welke acties horen bij iedere stap, en wat is het resultaat van die stap? In de volgende paragrafen worden deze stappen uitgebreider behandeld, aan de hand van de ontwerpcase Noord-Brabant. De uitwerking van de ontwerpstappen richt zich hoofdzakelijk op de opbouw van de individuele netwerken aangezien dit het meest vernieuwend is. 2.14

111 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Verstedelijkingsniveaus (per schaalniveau) Kernenhiërarchie (per schaalniveau (en eventueel per verstedelijkingsniveau)) Gewenste verbindingen (collectief, individueel) Ideaaltypisch net (collectie, individueel) Analyse bestaand net (collectief, individueel, op weg/baanvakniveau) Doelfunctie Acties Resultaat Verstedelijkingsniveaus trekken grenzen Verstedelijkingsniveau op verstedelijkingsniveaus kaart maximale omvang Overnemen kernen Kernenhiërarchie op kaart kernen hoger schaalniveau selectiecriteria Opdelen te grote primaire, secundaire, kernen tertiaire kernen Vaststellen primaire, ondergrens selectie secundaire, tertiaire criteria ontsluiting: kernen op betreffende aantal toegangspunten schaalniveau primaire kernen Vaststellen aantal toegangspunten primaire kernen Maximale omwegfactor Gewenste maaswijdte / netdichtheid Gewenste ontsluitingsruimte Ontwerpeisen: o Minimale afstand tussen toegangspunten o Ontwerpsnelheden o Eisen aan logische opbouw Verbinden primaire kernen Toevoegen verbindingen secundaire kernen Toevoegen tertiaire kernen mits aan bestaande verbinding en de max. omwegfactor niet bereikt wordt Trekken cirkels om primaire en secundaire kernen Bepalen hoofdstromen langs primaire kernen Bepalen optimale ontsluitingsstructuren Terugkoppeling maken naar gewenste omwegfactor / maaswijdte Kijken welke bestaande verbindingen de functie van de gewenste verbinding vervullen Checken ontwerpeisen per verbinding Gewenste verbindingen tussen kernen Kaart (los van bestaande infrastructuur) met ideale net Kaart met verbindingen op, boven of onder gewenst niveau en onlogische punten in netwerk Ontwerp reëel net (per schaalniveau, collectief en individueel) Uitgangspunten om positie op ontwerpassen te bepalen: o Hoeveelheid nieuwe infrastructuur o Mate scheiding tussen ontwerpniveaus o Mate verknoping collectief-individueel Selectie tracés: volgens ideaal of bestaand Kiezen hoofdrichting stromen (i.v.m. onlogische punten) Selecteren toegangspunten voor individuele en collectieve net en voor verknoping beide netten Kaarten met ontwerpen (collectief en individueel, toegangs- / verknopingspunten verschillende schaalniveaus TABEL 2.1: SCHEMA ONTWERPSTAPPEN 2.15

112 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning 2.5 Verstedelijkingsniveaus Doelfunctie Acties Resultaat Verstedelijkingsniveaus trekken grenzen verstedelijkingsniveaus Verstedelijkingsniveau op kaart Verstedelijkingsniveaus worden gebruikt om geschikte plaatsen te vinden om de collectieve en individuele netten te verknopen: op de grens van twee Verstedelijkingsniveaus, waar collectief en individueel bij elkaar in de buurt komen of kruisen. In de ontwerpcase zijn op nationaal en op regionaal schaalniveau steeds twee Verstedelijkingsniveaus gebruikt: Randstad/niet Randstad op nationaal niveau, stadsgewesten/landelijk gebied op regionaal niveau. Zo is bijvoorbeeld een Randstadpoort voorzien ten zuiden van het Hollandsch Diep (Lage Zwaluwe). Bij de stadsgewesten zijn zogenaamde stadspoorten voorzien. Ook voor het vaststellen van de selectiecriteria voor kernen (zie volgende stap) zijn de Verstedelijkingsniveaus van belang; in minder verstedelijkte gebieden kan bijvoorbeeld met minder strenge selectiecriteria gewerkt worden. 2.6 Kernenhiërarchie Doelfunctie Acties Resultaat maximale omvang kernen selectiecriteria primaire, secundaire, tertiaire kernen ondergrens selectie criteria ontsluiting: aantal toegangspunten primaire kernen Overnemen kernen hoger schaalniveau Opdelen te grote kernen Vaststellen primaire, secundaire, tertiaire kernen op betreffende schaalniveau Vaststellen aantal toegangspunten primaire kernen Kernenhiërarchie op kaart Deze stap moet voor ieder schaalniveau uitgevoerd worden. In de ontwerpcase betrof dit de nationale en regionale schaalniveaus. In feite betreft deze stap het bepalen welke kernen belangrijk genoeg zijn om in de netwerken op te nemen: de meeste verplaatsingen beginnen of eindigen nu eenmaal in een kern. Hierbij moet per schaalniveau ook een maximumafmeting worden vastgesteld; is een kern groter, dan moet hij worden opgedeeld in subkernen. De criteria kunnen ook per verstedelijkingsniveau verschillen. Cijfers over inwonertallen vormen de basis voor de selectie van de kernen, maar ook input van beleidsmakers is in deze stap belangrijk: zij kunnen besluiten om bepaalde kernen of ruimtelijke knopen die niet aan het inwonersaantalcriterium voldoen (bijvoorbeeld toeristische attracties) toch op te nemen. In de ontwerpcase is op nationaal niveau onderscheid gemaakt tussen primaire en secundaire kernen. De selectiecriteria zijn daarbij als volgt: primaire kernen: meer dan inwoners, en secundaire kernen: inwoners. Op regionaal niveau is onderscheid gemaakt tussen primaire, secundaire en tertiaire kernen. De volgende grenzen gelden daarbij: primaire kernen: meer dan inwoners; secundaire kernen: inwoners, en tertiaire kernen: inwoners. Deze grenzen zijn in de ontwerpcase overigens niet overal strikt aangehouden; Helmond is als onderdeel van Brabantstad bijvoorbeeld ook als nationale kern opgenomen. Ook is geen onderscheid gemaakt tussen verstedelijkingsniveaus. De ondergrens van op te nemen kernen zal afhangen van het algemene niveau van verstedelijking: in een gebied met een lage bevolkingsdichtheid zal men minder strenge eisen stellen dan in een sterk verstedelijkt gebied. Figuur 2.3 toont voor het nationale niveau van de ontwerpcase hoe de uit deze stap resulterende kaart eruit ziet. 2.16

113 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 2.3: KERNENHIËRARCHIE NATIONALE SCHAAL. Tenslotte moet in deze stap nagedacht worden over het aantal toegangspunten (bijvoorbeeld treinstations, opritten snelwegen) dat de kernen moeten hebben op de netwerken. In de ontwerpcase is voor primaire kernen een aantal van drie toegangspunten tot het nationale netwerk aangehouden, teneinde de kern vanuit verschillende richtingen bereikbaar te maken. Voor secundaire kernen wordt volstaan met één toegangspunt op het nationale netwerk. Voor nationale kernen wordt vanwege de centrale ligging van de stations, volstaan met één toegangspunt op het nationale netwerk. 2.7 Gewenste verbindingen Doelfunctie Acties Resultaat Maximale omwegfactor Gewenste maaswijdte / netdichtheid Verbinden primaire kernen Toevoegen verbindingen secundaire kernen Toevoegen tertiaire kernen mits aan bestaande verbinding en max. omwegfactor niet bereikt Gewenste verbindingen tussen kernen In deze stap wordt bepaald welke kernen zeker op het netwerk aangesloten moeten worden, en welke verbindingen daarbij de grootste prioriteit hebben. Er is nog geen sprake van tracés; op de kaart worden hart-op-hart verbindingen aangegeven. Er moeten veronderstellingen worden gedaan over wat de gewenste maaswijdte is (of de gewenste netdichtheid), en welke omwegfactoren acceptabel zijn. Bij het verbinden van de kernen (eerst de primaire, dan de secundaire en tenslotte de tertiaire) moet aan deze eisen voldaan worden. Alle primaire en secundaire kernen worden opgenomen, en als tussen twee primaire (en evt. secundaire) kernen de omwegfactor te groot wordt, moet een verbinding toegevoegd worden. De acceptabele omwegfactoren zijn afhankelijk van de verhouding tussen de ontwerpsnelheden op de verschillende schaalniveaus. Voor het nationale schaalniveau wordt als richtsnoer een maximale omwegfactor van 1,4 aangehouden, voor het regionale schaalniveau is gekozen voor 1,7. De maaswijdte volgt in dit geval vanzelf uit het aantal kernen, de ontsluitingsruimte en de 2.17

114 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning maximale omwegfactoren. Figuur 2.4 geeft een beeld van de gewenste regionale verbindingen in de ontwerpcase. FIGUUR 2.4: GEWENSTE REGIONALE VERBINDINGEN IN DE ONTWERPCASE. 2.8 Ideaaltypisch net Allereerst moet bepaald worden hoe groot de gewenste ontsluitingsruimte is: hoever van de bebouwing dienen de toegangspunten idealiter te liggen? Op regionaal niveau is het vooral van belang dat de tracés van het individuele net niet door de bebouwde kom lopen (behalve in stedelijke gebieden, waar dit onvermijdelijk is: daar is de gewenste maaswijdte maatgevend). Voor de toegangspunten van het collectieve net geldt dat deze een ontsluitingsruimte van nul km hebben; vanwege het benodigde voor- en natransport moeten deze toegangspunten liefst midden in de bebouwing liggen. Het ideaaltypisch net staat in principe volledig los van het bestaande. Figuur 2.5 tot en met Figuur 2.10 illustreren hoe dit in de ontwerpcase in zijn werk gaat voor het nationale wegennet (1-3). 2.18

115 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 2.5: STAP 1 ONTWERP IDEAALTYPISCH NET: OP TE NEMEN KERNEN. FIGUUR 2.6: STAP 2 ONTWERP IDEAALTYPISCH NET: HART-OP-HART VERBINDINGSSTRUCTUUR. 2.19

116 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 2.7: STAP 3 ONTWERP IDEAALTYPISCH NET: VERBINDINGSSTRUCTUUR. FIGUUR 2.8: STAP 4 ONTWERP IDEAALTYPISCH NET: ONTSLUITINGSSTRUCTUREN. 2.20

117 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 2.9: STAP 5 ONTWERP IDEAALTYPISCH NET: RAND-OP-RAND VERBINDINGSSTRUCTUUR. FIGUUR 2.10: STAP 6 ONTWERP IDEAALTYPISCH NET: AANPASSEN STRUCTUUR. 2.9 Analyse bestaand net Doelfunctie Acties Resultaat Ontwerpeisen: o Minimale afstand Kijken welke bestaande Kaart met verbindingen verbindingen de functie op, boven of onder tussen toegangspunten o Ontwerpsnelheden o Eisen aan logische opbouw van de gewenste verbinding vervullen Checken ontwerpeisen per verbinding gewenst niveau en onlogische punten in netwerk Bij de analyse van het bestaande net wordt bekeken of bestaande verbindingen (individueel: wegen; collectief: openbaar vervoerdiensten) op het gewenste niveau functioneren. Daarvoor moet eerst gedefinieerd worden aan welke eisen een verbinding moet voldoen om als functionerend op 2.21

118 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning het juiste niveau gekenmerkt te worden. De ideaaltypische netten geven aan welke verbindingen gewenst zijn; het is dan een kwestie van het zoeken van een bestaande verbinding die zo goed mogelijk past, en aangeven of die op het juiste niveau functioneert. Tabel 2.2 laat de basiseisen zien die zijn geformuleerd. Gekozen is voor ontsluitingscirkels met een straal van 6 km voor de primaire kernen: alle bebouwing ligt (ruim) binnen deze cirkels, maar toegangspunten die op de cirkel zouden moeten komen te liggen, liggen daarmee niet te ver van het centrum. Ontwerpeis Nationaal Regionaal ontsluitingsruimte ontsluitingscirkel met buiten bebouwde kom straal van 6 km afstand tussen toegangspunten minimaal 8 km - ontwerpsnelheden individueel 120km/h 80km/h ontwerpsnelheden collectief 120km/h 80km/h eisen aan logische opbouw netwerken doorgaande route is voor hoofdstroom intervaltijden collectief spits 30min 15 min intervaltijden collectief dal 30min 30min - TABEL 2.2: GEFORMULEERDE BASISEISEN VOOR ANALYSE BESTAAND NET. Figuur 2.11 toont de resultaten van de analyse van het nationale (I-3) netwerk in Noord-Brabant in Slechts een beperkt aantal wegvakken functioneren momenteel op het gewenste niveau. Grote stukken van het netwerk hebben teveel toegangspunten, sommige delen zijn nu nog geen autosnelweg, en bij de steden lopen de wegen vaak door de ontsluitingscirkels. Tenslotte zijn vooral bij Eindhoven veel onlogische punten te vinden: knooppunten waar de hoofdstroom af moet slaan, wat bij druk verkeer vaak vertraging veroorzaakt. Figuur 2.12 toont de overeenkomstige analyse, maar dan op regionaal niveau. Merk op dat hier niet alleen wegen zijn die momenteel op te laag niveau functioneren, maar ook wegen die op te hoog niveau functioneren. Deze laatste categorie wordt gevormd door autosnelwegen, die (al dan niet over de volle breedte) moeten worden gedowngraded tot regionaal niveau. FIGUUR 2.11: ANALYSE I3-NET NOORD-BRABANT 2.22

119 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 2.12: ANALYSE REGIONALE WEGENNET NOORD-BRABANT 2.10 Ontwerpen reële netwerken Doelfunctie Acties Resultaat Uitgangspunten om Selectie tracés: volgens Kaarten met ontwerpen positie op ontwerpassen te bepalen: o Hoeveelheid nieuwe infrastructuur o Mate scheiding tussen ontwerpniveaus o Mate verknoping collectief-individueel ideaal of bestaand Kiezen hoofdrichting stromen (i.v.m. onlogische punten) Selecteren toegangspunten voor individuele en collectieve net en voor verknoping beide netten (collectief en individueel, toegangs- / verknopingspunten verschillende schaalniveaus De ontwerpmethodiek kan gebruikt worden om een enkel ontwerp te maken, maar ook om diverse ontwerpen te maken en die met elkaar te vergelijken. In beide gevallen moet bepaald worden waar het ontwerp op gebaseerd is: waar het zich op de ontwerpassen bevindt. Als ontwerpassen zijn in de case Noord-Brabant onderscheiden: De mate van scheiding tussen ontwerpniveaus, ook wel ontvlechting genoemd. De mate van ontvlechting heeft te maken met de mate van scheiding tussen de schaalniveaus (geen nationaal en regionaal verkeer over dezelfde weg). Tracés kunnen hierbij naast elkaar lopen (zoals momenteel in Utrecht en in Rotterdam) of uit elkaar getrokken worden (bijvoorbeeld, het oude tracé voor het regionale verkeer, en een nieuw tracé voor het nationale verkeer op enige afstand hiervan). Ontvlechting kan voorts alleen bij de steden plaatsvinden, of ook daartussenin. De mate van verknoping van de collectieve en individuele netwerken, ofwel: worden alle geschikte punten waar verschillende netten elkaar kruisen benut voor overstappunten, of wordt dit slechts op een beperkt aantal punten gedaan? In de ontwerpcase is begonnen met een referentievariant, waarin alle infrastructuuraanpassingen uit bestaand beleid zijn opgenomen (de uitgangssituatie in 2015). Daarnaast zijn er drie varianten ontworpen (zie Figuur 2.13), waarbij vooral gevarieerd is op mate van ontvlechting en mate van verknoping. Van variant 1 naar 3 verschilt het resultaat daarnaast ook in de hoeveelheid nieuwe infrastructuur (meer in variant 3 dan in 1), dus de ontwerpen verschillen ook in hoe dicht ze de ideale situatie benaderen. De kosten variëren daarmee natuurlijk ook. 2.23

120 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning In principe kunnen voor de verknoping alle mogelijke combinaties tussen individueel en collectief en schaalniveaus gemaakt worden. In deze studie zijn echter alleen de zogenaamde P+R, P+IC en stadspoorten opgenomen. Voor de stadspoorten zijn de toegangspunten tot het nationale net bij de grote steden als uitgangspunt genomen. Deze liggen aan de rand van de bebouwing en hier komt ook altijd het regionale netwerk. De volgende subparagrafen beschrijven de varianten, met behulp van diverse kaarten die een beeld geven van de individuele en collectieve netten en de overstappunten tussen deze netten. De varianten worden hier beschreven om een indruk te geven van de mogelijkheden van de ontwerpmethodiek. De studie naar de effecten die de varianten met zich mee brengen wordt hier vanwege de omvang achterwege gelaten. FIGUUR 2.13: ONTWORPEN VARIANTEN. Variant 1: ontvlechten, niet volledig verknopen Zie Figuur 2.14 en Figuur I3 en I2 staan voor respectievelijk het nationale en het regionale individueel vervoernetwerk. C3 en C2 voor het nationale en regionale collectieve netwerk. In deze variant zijn bestaande wegtracés gevolgd. Bij de grote steden wordt nationaal en regionaal verkeer fysiek gescheiden. De wegtracés lopen waar ontvlochten wordt nog wel naast elkaar. De snelheidslimiet voor het individuele nationale netwerk is 120 km/h tussen de steden en 100 km/h op ontvlochten stukken. Toegangspunten tot dit netwerk zijn te vinden op de ontsluitingscirkels rond de grote steden, en tevens op die plekken tussen de steden waar regionale en nationale netwerken elkaar kruisen. Tussen de steden blijven de bestaande afslagen bestaan. Indien een bestaande autosnelweg als regionale weg aangeduid wordt, wordt de snelheidslimiet 100 km/h. Het spoorwegennet (zowel nationaal als regionaal) behoudt in deze variant voor het overgrote deel zijn huidige functie. Er heeft ten aanzien van de operationele snelheden en de ritfrequenties wel een aantal veranderingen plaatsgevonden. Bij de ritfrequentie is onderscheid gemaakt tussen spitsen daluren en het feit of de verbinding wel of niet binnen de vijf grote Brabantse steden (de B5) loopt. In tabel 3.3 wordt een overzicht gegeven van de verschillende ontwerpeisen voor het collectieve net. Deze waarden gelden overigens voor alle drie de varianten. Voor bus- en lightrailverbindingen (voornamelijk regionaal) zijn eerst de primaire kernen verbonden, vervolgens de secundaire en in het geval van een niet al te grote omweg de tertiaire kernen. Kenmerk Collectief Vervoer Nationaal Regionaal Trein/Ir Bus Trein/lr Snelbus Operationele snelheid 120 km/u 80 km/u 70 km/u 40 km/u Ritfrequentie Spits binnen B5 30 min. 30 min. 10 min. 10 min. Spits buiten B5 30 min. 30 min. 15 min. 15 min. Dal binnen B5 30 min. 30 min. 15 min. 15 min. Dal buiten B5 30 min. 30 min. 30 min. 30 min. TABEL 2.3: ONTWERPEISEN COLLECTIEVE NET. 2.24

121 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Collectief en individueel zijn in deze variant nog niet ideaal verknoopt. Als het individuele nationale en het collectieve regionale netwerk elkaar toevallig tegenkomen en er is een toegangspunt tot het individuele nationale net, is deze wel gebruikt voor een overstappunt. FIGUUR 2.14: ONTWERP INDIVIDUEEL NET VARIANT 1 FIGUUR 2.15: ONTWERP COLLECTIEF NET VARIANT

122 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Variant 2: ontvlechten, wel volledig verknopen Zie Figuur 2.16 en Figuur Het verschil met variant 1 is dat multimodale overstappunten (stadspoorten) zijn toegevoegd, waardoor individueel en collectief beter verknoopt zijn. Waar mogelijk zijn ze aan alle kanten van de steden geplaatst, in de buurt van nationale toegangspunten. Waar dit nodig was, is het regionale collectieve en individuele netwerk hierop aangepast. In sommige gevallen liggen de stadspoorten binnen de ontsluitingscirkels, omdat daar de gewenste knooppunten van het collectieve en het individuele netwerk te vinden waren. FIGUUR 2.16: ONTWERP INDIVIDUEEL NET VARIANT

123 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 2.17: ONTWERP COLLECTIEF NET VARIANT 2 Variant 3: scheiden en volledig verknopen Zie Figuur 2.19 en Figuur Net als in variant 2 is waar mogelijk verknoopt, maar tevens is een grotere scheiding aangebracht tussen nationale en regionale individuele verbindingen. Voor de nationale verbindingen zijn deels nieuwe tracés aangelegd. Het individuele netwerk heeft overal een limiet van 120 km/h. Ongeveer om de 8 km is een toegangspunt gepland; op die manier verstoort het in- en uitvoegende verkeer het doorgaande verkeer niet al te zeer, maar blijft het netwerk wel toegankelijk voor verkeer dat over niet al te lange afstanden reist. Dit betekent dat op sommige delen van het individuele nationale netwerk bestaande afslagen afgesloten zijn. Het individuele regionale netwerk (overal 80 km/h) is hierop aangepast. Belangrijkste verschil tussen variant 3 en variant 1 en 2 met betrekking tot het collectieve net is een collectieve nationale lightrailverbinding tussen 's Hertogenbosch en Breda, met een aftakking naar Tilburg. Waar nodig is hier het collectieve regionale netwerk op aangepast. Redenen om te ontvlechten m.b.v. een nieuw tracé (scheiden) in plaats van te ontvlechten op het bestaande tracé zijn: 1. dat de route korter wordt of gelijk blijft; 2. dat het belang van de wegcategorie dit legitimeert; 3. dat hierdoor een doorsnijding van het stedelijk gebied voorkomen wordt; 4. dat hierdoor onlogische punten worden opgeheven, of 5. dat er geen alternatieve regionale verbindingen zijn die gebruikt kunnen worden om binnen de stedelijke omgeving te ontvlechten. 2.27

124 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 2.18: WEGNUMMERS IN DE HUIDIGE SITUATIE. FIGUUR 2.19: ONTWERP INDIVIDUEEL NET VARIANT

125 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 2.20: ONTWERP COLLECTIEF NET VARIANT 3. In andere gevallen is ervoor gekozen om de wegen te ontvlechten op het bestaand tracé. Dit betekent het volgende voor de steden (zie Figuur 2.18 voor de wegnummers in de huidige situatie): Stad Eindhoven Den Bosch Tilburg Breda Keuze A2 corridor: regionaal en nationaal wel scheiden door nieuw tracé voldoet aan alle vijf redenen. A67 corridor: niet scheiden omdat reden 1, 3 en 4 niet gelden. A2 corridor: regionaal en nationaal wel scheiden door nieuw tracé voldoet aan alle vijf redenen, hoewel iets minder dan in Eindhoven door ontbreken van reden 4. A/N65 corridor: niet scheiden omdat reden 1, 2, 4 niet gelden. A58 corridor: niet scheiden omdat reden 1, 3, 4 en vooral 5 niet gelden. Onlogische punt in A58 wel afsnijden. A58 zuid: niet scheiden omdat reden 1,3,4 niet gelden. A 16: niet scheiden omdat reden 3 en 4 niet gelden. TABEL 2.4 KEUZES ONTVLECHTEN VARIANT

126 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning 3 INFRASTRUCTUURPLANNING 3.1 Inleiding Als besloten is dat het wenselijk kan zijn om nieuwe voorzieningen of een nieuwe verbinding (autosnelweg, spoorverbinding, etc.) realiseren is het de vraag waar deze infrastructuur het beste gerealiseerd kan worden. In het algemeen wordt een aantal alternatieven ontwikkeld voor locaties, respectievelijk voor tracés. Handige technieken hierbij zijn de Zeefanalyse en de Potential Surface Analysis (PSA). Met de Zeefanalyse kunnen gebieden gevonden worden die ongeschikt zijn voor de functie die we willen alloceren. Dit resulteert in een kaart met het overgebleven geschikte gebied, waaruit daarna de meest geschikte locatie moet worden gevonden. In de Potential Surface Analysis worden de gebieden beoordeeld op hun geschiktheid om zo het meest geschikte gebied te vinden. De methoden kunnen afzonderlijk of in combinatie met elkaar gebruikt worden. Indien de methoden worden gecombineerd, gebruiken we eerst de zeefanalyse om de ongeschikte gebieden uit te sluiten. Dit resulteert in een kleiner gebied dat in beginsel geschikt is en waaruit vervolgens met de potential surface analysis de meest geschikte locatie binnen dat gebied kan worden bepaald. Zijn de alternatieven bepaald, dan worden de alternatieven geëvalueerd op hun effectiviteit en hun effecten op de leefomgeving. Hierbij wordt ingegaan op de economische effecten (zie bijvoorbeeld de Leidraad Economische Effecten Infrastructuur) en de milieuaspecten (m.e.r.). 3.2 De zeefanalyse De zeefanalyse (sieve analysis) is een eenvoudig te gebruiken methode, die zowel op regionaal als op lokaal niveau toepasbaar is. De eerste stap in de zeefanalyse is het opstellen van een lijst factoren, die restricties kunnen opleggen aan de gewenste nieuwe ontwikkeling, bijvoorbeeld slechte draagkracht van de grond, natuurgebied, etc. De volgende stap is het verrichten van onderzoek naar deze factoren en het aangeven van de gebieden die ongeschikt zijn door die factor. De resultaten kunnen worden weergegeven op transparant papier dat over de kaart is gelegd (zie ook en ). De zeefanalyse vindt plaats door alle transparanten op elkaar te leggen, waardoor een gecombineerd beeld van alle factoren in het gebied ontstaat (). Het niet gemarkeerde gebied kan als meest geschikt om tot ontwikkeling te brengen worden aangemerkt. Veelal zal het gebied te groot zijn voor de functie die men in gedachten had. Dan kan van dit overgebleven gebied een verdere analyse worden gemaakt om het meest geschikte gebied daarbinnen te vinden. In de zeefanalyse wordt dus het principe gebruikt van ja of nee, wel of niet. Tussenvormen zijn er niet. Wanneer voor één factor het oordeel negatief is, wordt een definitief veto over het gebied uitgesproken. De methode is daardoor nogal grof, maar wel vrij snel uit te voeren en zeer geschikt om een eerste selectie te maken, waardoor veel tijd kan worden bespaard wanneer vervolgens andere methoden worden gebruikt. FIGUUR 3.1: GEBIED ONGESCHIKT OP GROND VAN CRITERIUM A 2.30

127 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 3.2 GEBIED ONGESCHIKT OP GROND VAN CRITERIUM B FIGUUR 3.3 GEBIED ONGESCHIKT OP GROND VAN CRITERIUM C FIGUUR 3.4 RESULTAAT ZEEFANALYSE: WIT IS GESCHIKT EN GRIJS IS ONGESCHIKT GEBIED 3.3 Het aanbrengen van een cellulair grid Een kenmerk van zowel de potential surface analysis (PSA) als cellulaire automaten (CA) is het werken binnen een cellulair grid. Voordat met één van beide methoden begonnen wordt, wordt daarom eerst een raster over het gebied gelegd. In het algemeen verdient het de voorkeur dit zo te doen, dat cellen van 100 * 100 m 2 tot 250 * 250 m 2 ontstaan, maar in sommige gevallen zal men er voor kiezen grotere cellen te nemen. De maat van de cellen is onder meer afhankelijk van de homogeniteit van het gebied en de minimale omvang van de eenheden waarin de functies gelokaliseerd worden. Gebruikt men kleinere cellen, dan zal de beschikbare informatie van het gebied ook gedetailleerder aanwezig moeten zijn. In Figuur 3.5 is de indeling van het gebied in cellen weergegeven en Figuur 3.6 toont de vertaling van de resultaten van de zeefanalyse (geschikt en ongeschikt gebied) naar een voor de PSA en CA bruikbare input (geschikte en ongeschikte cellen). Bij de vertaling is een cel die voor meer dan 50% ongeschikt was, als ongeschikt aangemerkt. Bedenk dat ook door de exacte ligging en de 2.31

128 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning precieze maat van het raster sommige cellen net wel of net niet als geschikt worden aangemerkt. Het omzetten van analoog naar digitaal zal altijd gepaard gaan met verlies aan informatie. Dit is onvermijdbaar. FIGUUR 3.5 OVER HET GEBIED WORDT EEN RASTER GELEGD FIGUUR 3.6 OVERZICHT GESCHIKTE (WITTE) EN ONGESCHIKTE (GRIJZE) CELLEN Zoals blijkt uit ook Figuur 3.1tot en met Figuur 3.4 is het om een zeefanalyse uit te kunnen voeren absoluut niet noodzakelijk vooraf een cellulair grid aan te brengen. Het is echter wel mogelijk. Over de kaart van het gebied wordt dan eerst een raster gelegd en vervolgens wordt bekeken of over een cel al dan niet een veto moet worden uitgesproken op grond van een criterium. Het voordeel van deze werkwijze is dat reeds afgevallen cellen niet voor elk volgend criterium nogmaals de zeefanalyse moeten doorlopen. Gevoeligheid Tussen de resultaten van een zeefanalyse bij vooraf en achteraf rasteren kunnen kleine verschillen bestaan. Dit kan het beste worden geïllustreerd aan de hand van een voorbeeld. Beschouw uit Figuur 3.6 de zevende cel van de onderste rij. Zoals in deze figuur te zien is, wordt deze cel als ongeschikt aangemerkt wanneer ná de eigenlijke zeefanalyse wordt gerasterd, omdat de cel voor meer dan 50% ongeschikt is. Stel nu dat vooraf was gerasterd. Noch op grond van criterium A, noch op grond van criterium B, noch op grond van criterium C zou de cel ongeschikt verklaard zijn, omdat volgens geen van deze criteria de cel voor meer dan 50% ongeschikt is. Slechts criterium B en C samen maken de cel voor meer dan 50% ongeschikt, hetgeen alleen bij achteraf rasteren tot uitdrukking komt. 3.4 Potential surface analysis De Potential Surface Analysis is een methode om systematisch de geschiktheid van een gebied voor een specifieke ontwikkeling vast te stellen en om de resultaten op een overzichtelijke manier te presenteren. Daarvoor moet het gebied worden ingedeeld in cellen, zoals in de vorige paragraaf beschreven. Met behulp van een aantal criteria worden de cellen beoordeeld op hun mogelijkheden. De werkwijze is in geïllustreerd. Nadat het gebied gerasterd is, wordt op basis van het ruimtelijk programma het benodigde aantal nieuwe cellen voor een functie bepaald. Een functie van een cel kan zijn wonen, landbouw, natuur, industrie, etc. Voor elke functie toetsen we de geschiktheid van de cel met behulp van vooraf opgestelde criteria. Op die manier wordt dus tot uitdrukking gebracht 2.32

129 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning welke cel het meest geschikt is voor welke functie. Uiteindelijk kunnen we aan een cel of aan cellen, die het hoogst scoren voor een zekere functie, die functie toewijzen. RASTER HET GEBIED zodat cellen van 100 * 100 tot 250 *250 m 2 ontstaan. Aantal benodigde cellen Stel het aantal benodigde cellen voor elke functie vast. Stel criteria op Uit de categorien interne geschiktheid, directe omgeving en ruimtelijke wisselwerking. De criteria zijn niet voor alle functies gelijk Sluit veto-cellen uit Check alle cellen op de vetowaarden van functie A. Bepaal criteriumscores Elke cel krijgt voor elk criterium een score die de mate van geschiktheid van de cel voor functie A weergeeft. Bepaal categoriescores Bepaal met de criteriumscores en gewogen sommatie de score op: Interne geschiktheid Directe omgeving Ruimt. Wisselwerking Voor functie A idem voor functie B en voor functie C etc. Bepaal totaalscore Na gewogen sommeren van categoriescores ontstaat voor elke cel een totaalscore voor functie A. Wijs cellen toe Wijs aan de cellen met de hoogste totaalscore functie A toe. Controle Controleer of aan een cel niet meerdere nieuwe functies zijn toegewezen. FIGUUR 3.7 WERKWIJZE POTENTIAL SURFACE ANALYSIS De te gebruiken criteria kunnen worden verdeeld in drie categorieën: 1. interne geschiktheid (suitability): hierbij gaat het om de eigenschappen van de cel zelf, zoals draagkracht van de grond, aankoopkosten en huidig grondgebruik. 2. directe omgeving (surroundings): het betreft hier de acht direct aangrenzende cellen, die door hun functie/grondgebruik, de te beschouwen cel mogelijk beinvloeden. 3. ruimtelijke wisselwerking: nu worden alle overige cellen beschouwd. Het gaat dan bijvoorbeeld om afstanden (naar het centrum e.d.) of om overlast van een nabij gelegen weg. Aan de hand van een voorbeeld zal de werking van de Potential Surface Analysis verder worden verduidelijkt. 2.33

130 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning VOORBEELD 3.1 POTENTIAL SURFACE ANALYSIS Gegeven is de volgende situatie: A B C D E A A I A R A A I W W R I W Vz A A W W A A A A A A A A = Agrarisch I = Industrie W = Wonen R = Recreatie Vz = Voorzieningen = Aansluiting ASW FIGUUR 1 OVERZICHT GEBIED EN RASTERING. Op de kaart wordt het huidig grondgebruik aangegeven. De cellen hebben een afmeting van 250 * 250 m 2. Er is behoefte aan extra grond voor woningbouw en voor industrie. Voor beide is een gebied ter grootte van 1 cel nodig. We bepalen de meest geschikte cellen met de Potential Surface Analysis. Deze combineren we met een zeefanalyse. Om te beginnen zeven we alle cellen die geen agrarische bestemming hebben. Ook alle cellen waarvan de grondwaterstand minder dan 30 cm beneden maaiveld staat worden bij voorbaat geschrapt. V V V = veto (grondwaterstand < 30 cm beneden maaiveld) = Veto (niet-agrarisch) V V V FIGUUR 2 ZEEFANALYSE. Vervolgens beoordelen we de interne geschiktheid van elk van de overgebleven cellen. In dit voorbeeld laten we de interne geschiktheid slechts afhangen van één criterium, namelijk de diepte van de draagkrachtige laag. We moeten zowel voor de functie wonen als voor de functie industrie de geschiktheid bepalen. Hier nemen we aan dat voor de functies wonen en industrie hetzelfde criterium kan worden gebruikt. Daardoor hoeven we de score voor interne geschiktheid slechts eenmaal te bepalen. Diepte draagkrachtige laag De diepte waarop zich een draagkrachtige laag bevindt, is mede bepalend voor de kosten van de fundering. Hoe hoger (dus minder diep) de draagkrachtige laag zit, des te gunstiger. De diepte van de laag beneden maaiveld is weergegeven in figuur 3. De dieptes worden geschaald volgens: (max+min - score)/max Daardoor komen alle scores tussen 0 en FIGUUR 3 AFSTAND TOT DRAAGKRACHTIGE LAAG ONDER MAAIVELD IN METERS EN GESCHAALD. 2.34

131 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Rekenvoorbeeld cel C1 (midden, boven) score = 10.1 meter max = 10.7 meter min = 6.1 meter ( )/10.7 = Aangezien de diepte van de draagkrachtige laag het enige criterium is in de categorie Interne geschiktheid, is de score in het rechter deel van figuur 4 tevens de categoriescore voor Interne geschiktheid. Zoals eerder opgemerkt gelden deze scores in dit geval zowel voor wonen als voor industrie. Uit de categorie directe omgeving is een criterium afkomstig dat stelt dat een nieuwe woningcel niet aan twee bestaande industriecellen mag grenzen (of raken). Andersom wordt gesteld dat een nieuwe cel voor industrie niet mag grenzen aan twee cellen waar reeds woonbebouwing en/of recreatie is gerealiseerd. Aldus wordt onderstaande figuur verkregen. I R I I W Niet geschikt voor woningbouw W W W W Vz Niet geschikt voor industrie R FIGUUR 4 RESULTAAT TOETSING OP DIRECTE OMGEVING. De laatste categorie criteria is de categorie ruimtelijke wisselwerking. In dit voorbeeld hanteren we voor beide functies twee criteria. Voor de functie wonen is dat de afstand tot de cel met voorzieningen en de geluidsbelasting t.g.v. de autosnelweg. Voor de functie industrie is het de afstand tot de aansluiting van de autosnelweg en de afstand tot de woongebieden. Wonen Industrie Afstand tot voorzieningen Afstand tot aansluiting autosnelweg Geluidsniveau (t.g.v. autosnelweg) Afstand tot woongebieden TABEL 1 OVERZICHT VAN CRITERIA IN DE CATEGORIE RUIMTELIJKE WISSELWERKING VOOR WONEN EN INDUSTRIE. Wonen; afstand tot voorzieningen Alle voorzieningen zijn geconcentreerd in één cel, in figuur 5 aangegeven met Vz. Van elke cel moet dus de afstand tot die ene cel worden bepaald. Hierna kunnen we door standaardiseren (klasseren of schalen) een score toekennen Vz Vz FIGUUR5 AFSTANDEN TOT CEL MET VOORZIENINGEN IN METERS EN GESCHAALD. Zoals aan het begin van dit voorbeeld opgemerkt, meten de cellen 250 * 250 m 2. De bepaling van de afstand van een cel tot de voorzieningencel gebeurt dan eenvoudigweg met behulp van de stelling van Pythagoras. Voorbeeld: cel D1 D D1/C4 = ( ) =

132 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning De grootste afstand bedraagt 901 m, de kleinste 250m. We schalen de waarden volgens: (S max + S min S i ) / S max. met S max = 901 en S min = 250 De geschaalde waarde voor D1 wordt dan bijvoorbeeld: ( ) / 901 = 0.40 Wonen; geluidsbelasting Een hoog geluidsniveau kan de woonomgeving verstoren. Het maximum wordt gesteld op 55 db. Daarboven zijn speciale maatregelen en/of ontheffingen nodig om te kunnen bouwen. De score wordt voor die gebieden gesteld op 0,1. Beneden 45 db is er geen merkbaar verlies aan communicatiemogelijkheden binnenshuis. Daarom krijgen gebieden met een geluidsbelasting onder 45 db een optimale score: 1,0. Verder verlopen de scores niet lineair, zoals te zien is in tabel 2. Geluidsniveau db(a) Score >55 0,1 50 < x < 55 0,5 45 < x < 50 0,8 < 45 1,0 TABEL 2 KLASSENINDELING GELUIDSNIVEAU FIGUUR 6 SCORES OP GELUIDSNIVEAU Wonen; totaal ruimtelijke wisselwerking Bij het criterium geluidsbelasting zijn scores tussen 0 en 1 toegekend, bij afstand tot voorzieningen is geschaald tussen 0 en 1. De scores kunnen gewogen gesommeerd worden. Geluidsbelasting wordt 2 maal belangrijker geacht dan de afstand tot de voorzieningen. Het gewogen sommeren gebeurt via de volgende formule. Door te delen door de som van de wegingsfactoren valt de categoriescore altijd weer terug tussen 0 en FIGUUR 7CATEGORIESCORE RUIMTELIJKE WISSELWERKING WONEN S i = Σ(G n *W i,n )/ΣG n met S i = score van cel i (hier: score op interne geschiktheid) G n = gewicht toegekend aan criterium n = score cel i op criterium n W n Rekenvoorbeeld cel E2: Score op geluidsbelasting = 0,5 wegingsfactor = 2 Score op afstand tot voorz. = 0,49 wegingsfactor = 1 Score ruimtelijke wisselwerking = (0,5 * 2 + 0,49 * 1) / (2 + 1) = 0,50 Industrie; afstand tot aansluiting autosnelweg Voor bepaalde industrie/bedrijven is een goede aansluiting op het landelijk hoofdwegennet een belangrijke factor bij de keuze van een vestigingsplaats. In figuur 8 zijn de geschaalde 2.36

133 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning waarden weergegeven. De berekening gebeurt op dezelfde manier als voor het criterium afstand tot voorzieningen bij de functie wonen n n = aansluiting autosnelweg FIGUUR 8 GESCHAALDE SCORES OP AFSTAND TOT AANSLUITING AUTOSNELWEG. Industrie; afstand tot woongebieden Het tweede criterium is de afstand van de nieuwe industriecel tot de woongebieden, in verband met de beperking van het aantal af te leggen kilometers voor woon-werk verkeer. Hoe kleiner de afstand, des te beter dus. Dit moet niet verward worden met het onder de categorie directe omgeving geldende criterium, waarbij industriecellen niet te dicht bij woongebieden mochten liggen (aan twee of meer grenzen). Over die cellen is inmiddels een veto uitgesproken. Rekenvoorbeeld cel B1: d B1/B3 = 500 d B1/B4 = 750 d B1/C3 = ( ) = 559 d B1/D2 = ( ) = 559 d B1/D3 = ( ) = 707 j d b1/j /5 = ( ) / 5 = 615 waarbij j telkens een van de 5 bestaande woongebieden is. Vervolgens worden de scores geschaald volgens (S max + S min S i ) / S max. Rekenvoorbeeld voor cel B1: S max = 716 S min = 552 S B1 = W W W W W FIGUUR 9 GEMIDDELDE AFSTAND TOT WOONGEBIEDEN W W W W W S B1, geschaald = ( ) / 716 = 0,91 Industrie; totaal ruimtelijke wisselwerking Om de categoriescore voor ruimtelijke wisselwerking te verkrijgen, worden de scores gewogen gesommeerd. De afstand tot de aansluiting op de autosnelweg wordt even zwaar gewogen als de gemiddelde afstand tot de 5 woongebieden. Door te delen door de som van de wegingsfactoren blijven de scores tussen 0 en 1. Rekenvoorbeeld voor cel B1: (0,91 * 1 + 1,00 * 1) / (1 + 1) = 0,96 FIGUUR 10 GEMIDDELDE AFSTAND TOT WOONGEBIEDEN, GESCHAALD FIGUUR 11 CATEGORIESCORE RUIMTELIJKE WISSELWERKING INDUSTRIE. Tenslotte de bepaling van de totaalscores. De categoriescores van interne geschiktheid en ruimtelijke wisselwerking moeten nu gewogen gesommeerd worden. 2.37

134 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Voor wonen stellen we de ruimtelijke wisselwerking twee maal zo belangrijk als de interne geschiktheid. Voor industrie geldt een andere verhouding tussen de wegingsfactoren, namelijk 2: FIGUUR 12 SCORES VOOR DE FUNCTIE WONEN: INTERNE GESCHIKTHEID (LINKS), RUIMTELIJKE WISSELWERKING (MIDDEN) EN DE TOTAALSCORE (RECHTS). Rekenvoorbeeld cel B1: interne geschiktheid score = 0.57 wegingsfactor = 1 ruimtelijke wisselwerking score = 0.20 wegingsfactor = 2 totaalscore cel D1 voor functie wonen = (1 * * 0.20) / (1 + 2) = FIGUUR 13 SCORES VOOR DE FUNCTIE INDUSTRIE: INTERNE GESCHIKTHEID (LINKS), RUIMTELIJKE WISSELWERKING (MIDDEN) EN DE TOTAALSCORE (RECHTS). Rekenvoorbeeld cel B1: interne geschiktheid score = 0.64 wegingsfactor = 2 ruimtelijke wisselwerking score = 0.96 wegingsfactor = 3 totaalscore cel B1 voor functie industrie = (2 * * 0.96) / (2 + 3) = 0.83 De meest geschikte cel voor wonen is volgens deze PSA cel C5 (score = 1,00) De meest geschikte cel voor industrie is volgens deze PSA cel D5 (score = 0,85) 2.38

135 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning 3.5 Bepaling effecten van alternatieven In deze paragraaf staan grote infrastructuurprojecten centraal. Als belangrijkste voorbeeld wordt de aanleg van een wegverbinding gebruikt, maar de verschillende effecten die worden bekeken zijn ook relevant voor andere typen infrastructuur. Voor grote wegenprojecten geldt de Tracé-MER procedure. Deze bestaat uit de volgende stappen: 1. Aanvangsbeslissing en verkenning 2. Startnotitie 3. Trajectnota MER 4. Standpunt 5. Ontwerp tracébesluit (OTB) 6. Tracébesluit 7. Uitvoeringsfase Overigens is recentelijk het advies van de Commissie Elverding uitgebracht waarin aanbevelingen staan voor een snellere en betere besluitvorming. Deze aanbevelingen kunnen tot een andere procedure leiden. In de Tracé-MER procedure wordt naar een groot aantal effecten van infrastructuurprojecten gekeken. Enerzijds gaat het om milieu aspecten zoals geluid, luchtkwaliteit, energieverbruik en CO 2, en anderzijds om economische aspecten als de kosten en baten. Een derde belangrijk aspect is de veiligheid. Hier gaat het om verkeersveiligheid en externe veiligheid: het risico voor personen in de omgeving van de infrastructuur als gevolg van een incident op de infrastructuur (bijvoorbeeld een ongeluk met een vrachtwagen met chemische stoffen). In deze paragraaf wordt een aantal van deze aspecten kort besproken Milieu-effecten Geluid Voor de berekening van hoeveelheid geluid zijn twee rekenmethodes beschikbaar. De eerste is een vereenvoudigde methode die goed bruikbaar is voor algemene analyses. De tweede methode berekent gedetailleerd het geluidsniveau rekening houdend met alle objecten in de omgeving van de weg (Reken- en meetvoorschrift Geluidhinder, VROM, 2009). Om inzicht in te geven in de belangrijkste relaties en componenten wordt kort de eerste rekenmethode (SRM I) beschreven. Het equivalente geluidsniveau L Aeq in db(a) vanwege het wegverkeer wordt gevonden uit: LAeq = E + Coptrek + Creflectie Dafstand Dlucht Dbodem Dmeteo Waarin E: emissiegetal (maat voor de bronsterkte en afhankelijk van maatgevende verkeersintensiteiten, snelheden en wegdektype); C optrek : correctieterm in verband met eventuele met verkeerslichten geregelde kruisingen van wegen, of in verband met obstakels in de weg die de gemiddelde snelheid sterk verlagen; C reflectie : correctieterm in verband met eventuele reflecties tegen bebouwing of andere verticale vlakken; D afstand : term die de verzwakking als gevolg van de afstand in rekening brengt; D lucht : D bodem : D meteo : term die de verzwakking als gevolg van luchtdemping in rekening brengt; term die de verzwakking als gevolg van het bodemeffect in rekening brengt; term die het verschil tussen de meteorologisch gemiddelde geluidsoverdracht en de als referentie genomen meewind situatie in rekening brengt. 2.39

136 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Het emissiegetal is energetische sommatie van de emissiegetallen per voertuigtype: Elv Emv Ezv E = 10lg met: E lv, E mv en E zv de emissiegetallen van respectievelijk de lichte (index lv), middelzware (index mv) en de zware (index zv) motorvoertuigen. De emissiegetallen zelf zijn een functie van de verkeerssamenstelling en de maatgevende intensiteit: E x met: v 0 : v x : Q x v x Q x = α + β lg + 10 lg + C v0 vx wegdek, x referentiesnelheid snelheid voertuigtype x maatgevende intensiteit voertuigtype x C wegdek,x Correctiefactor voor wegdeksoort voor voertuigtype x In de praktijk speelt met name het aandeel vrachtverkeer en de verdeling over zwaar en middelzwaar een grote rol. Voor de beoordeling van het geluidsniveau wordt onderscheid gemaakt naar een aantal perioden per dag, waarbij voor de nacht de laagste geluidsniveaus worden gehanteerd. Deze formules laten duidelijk zien dat voor een geluidsberekening een groot aantal omgevingsfactoren nodig zijn. Verder zijn gedetailleerde gegevens over de verkeerssamenstelling noodzakelijk (voertuigtype, verdeling over perioden van de dag). Ten derde is de relatie tussen geluidsniveau en de hoeveelheid verkeer logaritmisch (zie Figuur 3.8). Er zijn dus forse reducties in intensiteiten noodzakelijk om een lager geluidsniveau te halen. Vaak zijn dan maatregelen rondom de weg effectiever. 65 Geluidsniveau (db(a) Intensiteit personenauto's FIGUUR 3.8: VOORBEELD RELATIE VERKEERSINTENSITEIT EN GELUIDSNIVEAU 2.40

137 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Luchtkwaliteit Bij de beoordeling van de luchtkwaliteit gaat het om een groot aantal stoffen. In de praktijk zijn met name NO 2 en fijnstof (PM10) van belang. Deze stoffen hebben namelijk directe consequenties voor de gezondheid. Ook hiervoor zijn standaard reken- en meetvoorschriften (Handreiking meten en rekenen luchtkwaliteit, VROM, 2007). En ook hier zijn er twee rekenmethodes: een eenvoudige rekenmethode voor wegen binnen de bebouwde kom en een uitgebreide methode voor wegen buiten de bebouwde kom. Bij deze laatste methode is gedetailleerde informatie nodig over de directe omgeving van de weg. Als illustratie een korte beschrijving van Standaardrekenmethode 1, die beschikbaar is in het model CAR. Bij deze methode wordt onderscheid gemaakt tussen vier typen wegen. De wegtypen worden beschreven aan de hand van de bebouwing langs de weg: 1. beide zijden van de weg min of meer aaneengesloten bebouwing, afstand tussen wegas en gevel is kleiner dan 3 maal de hoogte van de bebouwing, maar groter dan 1,5 maal de hoogte van de bebouwing; 2. beide zijden van de weg min of meer aaneengesloten bebouwing, afstand tussen wegas en gevel is kleiner dan 1,5 maal de hoogte van de bebouwing; 3. éénzijdige bebouwing, weg met aan één zijde min of meer aaneengesloten bebouwing op een afstand van minder dan 3 maal de hoogte van de bebouwing; 4. alle wegen in een stedelijke omgeving, anders dan wegtype 1, 2 en 3. Het zal duidelijk zijn dat bij nauwe straten de luchtkwaliteit al gauw slecht zal zijn: de stoffen kunnen zich immers niet gemakkelijk verspreiden. In het vakgebied wordt dan gesproken van streetcanyons. FIGUUR 3.9: WEGTYPEN VOOR BEREKENING LUCHTKWALITEIT De luchtkwaliteit wordt gemeten in concentraties. Voor zowel NO 2 en PM10 geldt een toegestane concentratie van maximaal 40 µgr/m 3. De concentratie op een maatgevende afstand uit de weg (5 meter voor NO 2 en 10 meter voor PM10) bestaat uit een achtergrondconcentratie en een bijdrage door het wegverkeer. De achtergrondconcentratie bestaat uit emissies van andere bronnen en natuurlijk aanwezige stoffen, bijvoorbeeld fijne zanddeeltjes bij fijnstof. Deze achtergrondconcentraties verschillen hierdoor sterk per locatie. Het RIVM stelt jaarlijks een kaart 2.41

138 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning vast met de te hanteren achtergrondconcentraties. De bijdrage van het verkeer wordt berekend met de formule (afhankelijk van de soort stof die wordt beschouwd kan de berekening afwijken): s ( m v b p m m v v b b ) (,,,, ) ( ) ( ( )) ( 1 ( )) 1 F 1 F + F + F E + F E + F E + F E N E = F s Fm + Fv + Fb Ep d + Fm Em d + Fv Ev d + Fb E b d Met: E N Emissie (µgr/m/s) Aantal voertuigen per etmaal F m Fractie middelzwaar vrachtverkeer F v Fractie zwaar vrachtverkeer F b Fractie autobussen E p Emissiefactor voor personenverkeer (gr/km) E m Emissiefactor voor middelzwaar vrachtverkeer (gr/km) E z Emissiefactor voor zwaar vrachtverkeer (gr/km) E b Emissiefactor voor autobussen (gr/km) F S Fractie stagnerend verkeer E *,d Emissiefactor voor voertuigklasse * voor stagnerend verkeer (gr/km) De te hanteren emissiefactoren per voertuigklasse worden evenals de achtergrondconcentraties jaarlijks door het RIVM vastgesteld. Met de berekende emissie kan vervolgens de bijdrage aan de concentratie worden berekend: C = 0,62 E Θ F F jm bijdrage b regio Met: C jm-bijdrage jaargemiddelde concentratiebijdrage verkeer F b bomenfactor F regio regiofactor met betrekking tot meteorologie verdunningsfactor Θ FIGUUR 3.10: VOORBEELD RELATIE TUSSEN INTENSITEITEN EN CONCENTRATIES STOFFEN IN DE LUCHT Van boven naar beneden vanaf de linkeras: CO, PM10, NO 2,SO 2, Benzeen en Bap 2.42

139 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Kern is dat ook hier gedetailleerde informatie nodig over de soorten verkeer. De relatie tussen luchtkwaliteit en hoeveelheid verkeer is in vergelijking met die voor de geluidsbelasting redelijk lineair (dit geldt in mindere mate voor de gedetailleerde rekenmethode). Belangrijk is te bedenken dat ook de aanwezige achtergrondconcentraties een rol spelen. Sommige regio s zijn daarmee kwetsbaarder wat de bijdrage van het verkeer betreft dan andere. Figuur 3.10 geeft een beeld van het verloop van de concentraties van de diverse stoffen als functie van de verkeersintensiteit. De website geeft een gedetailleerd beeld van de (verwachte) luchtkwaliteit voor NO 2 en PM10 in Nederland. Energie en CO 2 Transport vraagt energie. In de studie Een prijs voor elke reis (Raad voor Verkeer en Waterstaat, VROM-Raad en Algemene Energieraad, 2008) is op Europees niveau aangegeven hoe het energie verbruik is en in de toekomst zal verlopen. Personenauto s en vrachtauto s hebben hierin een groot aandeel. Duidelijk is te zien dat op langere termijn een stabilisatie wordt verwacht en dat de grootste groei is veroorzaakt door luchtverkeer en vrachtauto s. FIGUUR 3.11 ENERGIEVRAAG TRANSPORT IN EUROPA (RAPPORT EEN PRIJS VOOR ELKE REIS) Het energieverbruik is sterk gecorreleerd met CO 2 uitstoot. Gezien de EU doelen de uitstoot fors te reduceren is dit een belangrijk aandachtspunt. Bij de meest ambitieuze doelstellingen is alleen de uitstoot van transport al meer dan het toegestane niveau. 2.43

140 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 3.12: VERWACHT VERLOOP CO 2-EMISSIE VOOR DE EU-25 Het energieverbruik en de CO2 uitstoot zijn beide nauw gecorreleerd met het voertuigkilometrage in combinatie met het verbruik respectievelijk de uitstoot van het gebruikte voertuig. Beleid gericht op besparing van energie en reductie van CO2 richt dan ook op het beperken van het kilometrage van energieverbruikende vervoermiddelen: andere vervoerwijzen, efficiëntere vervoermiddelen, kortere verplaatsingen, andere brandstoffen, etc Verkeersveiligheid Belangrijke indicatoren voor verkeersveiligheid zijn de aantallen verkeersdoden en ernstige letselongevallen. De afgelopen jaren hebben beide indicatoren een duidelijke daling laten zien. FIGUUR 3.13 GEREGISTREERD AANTAL VERKEERSDODEN (FACTSHEET VERKEERSSLACHTOFFERS IN NEDERLAND, SWOV, 2009) Als we kijken naar de verdeling over de vervoerwijzen, dan is duidelijk te zien dat met name de veiligheid van auto s sterk is toegenomen. Bij de ziekenhuisslachtoffers is duidelijk de kwetsbaarheid van fietsers te zien. 2.44

141 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning FIGUUR 3.14 AANTAL VERKEERSDODEN ONDERVERDEELD NAAR VERVOERWIJZE SLACHTOFFER (FACTSHEET VERKEERSSLACHTOFFERS IN NEDERLAND, SWOV, 2009) FIGUUR 3.15 AANTAL ZIEKENHUISONGEVALLEN ONDERVERDEELD NAAR VERVOERWIJZE SLACHTOFFER (FACTSHEET VERKEERSSLACHTOFFERS IN NEDERLAND, SWOV, 2009) FIGUUR 3.16 AANTAL VERKEERSDODEN ONDERVERDEELD NAAR LEEFTIJDSCATEGORIE (FACTSHEET VERKEERSSLACHTOFFERS IN NEDERLAND, SWOV, 2009) 2.45

142 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Als we kijken naar de onderverdeling van verkeersdoden naar leeftijdscategorie dan zien we dat bij kinderen het aantal slachtoffers relatief laag is. Oorzaak is de lagere mobiliteit van kinderen. Bij ouderen daarentegen zien we een tegenovergesteld beeld. Hier speelt de grotere kwetsbaarheid van ouderen een belangrijke rol. Bij de categorie 18 tot 24 ten slotte is het aandeel slachtoffers hoog doordat in deze leeftijdscategorie veel personen beginnen met autorijden. Niet d eleeftijd maar de rijervaring is hier van belang. Om bij infrastructuurprojecten het effect op de verkeersveiligheid te berekenen wordt gebruik gemaakt van kengetallen. In deze tabel is een aantal verkeersmaten weergegeven. In de praktijk blijkt de maat aantal ongevallen per miljard voertuigkilometers per wegtype het beste te zijn TABEL 3.1: DE WAARDEN VAN DRIE VERKEERSONVEILIGHEIDSMATEN VOOR ZES WEGTYPEN IN NEDERLAND IN 2003 (FACTSHEET HET METEN VAN DE (ON) VEILIGHEID VAN WEGEN, SWOV, 2009) Economische effecten Voor infrastructuurprojecten wordt de Leidraad Economisch Effecten Infrastructuur (OEI) gebruikt. Hierin staat de Kosten-Baten Analyse (KBA) centraal. In een OEI komen de volgende 5 blokken aan bod: Bereikbaarheid: Dit blok geeft de directe effecten van het projectalternatief in de vorm van veranderingen in de totale transportkosten van alle verkeersdeelnemers. Veiligheid: Dit blok geeft de externe effecten van het projectalternatief op aspecten als externe veiligheid en verkeersveiligheid. Leefomgeving: Dit blok geeft de externe milieueffecten van het projectalternatief. Kosten: Dit blok geeft aan welke maatschappelijke kosten gemaakt moeten worden om het projectalternatief te realiseren (investering) en te beheren / in stand te houden (beheeren onderhoud). Uitkomst KBA: Dit blok geeft het saldo van de in geld uitgedrukte baten en kosten in termen van de netto contante waarde. Daarnaast wordt hier de baten-kostenverhouding vermeld; dit is de verhouding tussen de contante waarde van de baten en de contante waarde van de kosten. Tot slot bevat dit blok de interne rentevoet. De interne rentevoet geeft aan wat het maatschappelijk rendement is van investeren in het projectalternatief. Indien deze lager is dan de gebruikte discontovoet is het KBA saldo negatief. Is de interne rentevoet hoger dan de discontovoet dan is het KBA saldo positief. Bij de bereikbaarheid gaat het om de reistijdwinsten die door het project worden gerealiseerd. Met behulp van de reistijdwaardering kunnen deze winsten worden omgerekend in opbrengsten in euro s. Waar mogelijk worden ook eerder besproken aspecten zoals verkeersveiligheid en leefmilieu meegenomen. De kosten van een project spreken voor zich. In de Kosten-Baten Analyse worden de te kapitaliseren aspecten in kaart gebracht. Naast de directe baten van de reistijdwinsten, worden ook indirecte baten als gevolg van schaal- en efficiencyvoordelen in beschouwing genomen. In de praktijk blijkt dit vaak lastig definieerbaar te zijn. Enerzijds zijn het vaak aan de directe effecten gelieerde aspecten wat kan leiden tot allerlei dubbeltellingen. Anderzijds gaat het soms om effecten zoals bedrijfsvestigingen die op een klein schaalniveau misschien als toegevoegde waarde kunnen tellen, maar bij een hoger schaalniveau alleen een bedrijfsverplaatsing blijken te zijn. Veelal is het een beperkt bedrag in vergelijking met de directe baten.

143 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning Omdat de investeringen voor de baten uitgaan, worden alle inkomsten en uitgaven naar hetzelfde jaar gerekend met behulp van de Netto contante waardeberekening: NCW met: NCW T B t K t i = T ( Bt Kt ) t t = 0 ( 1 + i) Netto contante waarde Zichtperiode, voor infrastructuurprojecten wordt vaak 30 jaar genomen Baten in jaar t Kosten in jaar t Discontovoet De discontovoet verdisconteert de inflatie en het risico. Voor overheidsprojecten wordt vaak de waarde 5,5% gebruikt. Bij private projecten en bij zeer risicovolle projecten wordt een hogere discontovoet gehanteerd, bijvoorbeeld 10%. Door het gebruik van de discontovoet krijgen investeringen en inkomsten in de toekomst een lagere waardering. Omdat de investeringen incidenteel zijn en de baten jaarlijks terugkeren, kunnen bij een goed project de totale baten hoger zijn dan de investeringen, ook als met de discontovoet wordt gewerkt. Een dergelijke KBA geeft een netto resultaat van de in geld uit te drukken effecten. In de besluitvorming zal dit resultaat moeten worden afgewogen tegen de resterende niet in geld te kwantificeren effecten. Voorbeeld OEI analyse (Naar Evaluatie van infrastructuurprojecten; Leidraad voor kosten-batenanalyse, NEI, 2000) Samenvatting van een maatschappelijke kosten-batenanalyse voor een fictief project Bedragen in netto contante waarden Financieel Betreft BATEN Directe effecten - Exploitatie-inkomsten 3 à 4 mld - Voordelen voor reizigers 2,25 à 3 mld 75 à 100 mln uur reistijd Indirecte/strategische welvaartseffecten 0 à 2 mld schaal- en efficiëntievoordelen Milieu: vermeden emissies 0,25 à 0,5 mld 2 à 4 Mton CO2 Totaal baten 5,5 à 9,5 mld KOSTEN Directe effecten - Investering 4 à 4,5 mld - Onderhoud 1 mld - Exploitatie 1 mld Totaal kosten 6 à 6,5 mld Saldo (baten min kosten) 1 à +3,5 mld Rendement 3,5 à 10% PM POSTEN Verdelingseffecten (tussen regio s) +PM1 10% kleiner inkomensverschil Landschap en hinder PM2 500 ha 1000 gehinderden 2.47

144 Netwerkontwerp en infrastructuurplanning 2.48

145 DEEL 3: GEOMETRISCH WEGONTWERP In dit derde deel staat het geometrisch ontwerp van de weg centraal: hoe ziet de weg eruit? Het ontwerp van een weg is gericht op de verkeersfuncties en de verkeersveiligheid. Aan de andere kant wordt het ook sterk beïnvloed door het gedrag van de bestuurders. Ook eenvoudige fysica speelt bij het wegontwerp een rol. Het ruimtelijk ontwerp wordt weergegeven in drie projecties op het platte vlak: dwarsdoorsnede, horizontaal en verticaal alignement. Achtereenvolgens komen aan bod: - De hoofdprincipes in het ontwerp - Dwarsprofiel - Horizontaal alignement - Verticaal alignement - Knooppunten en kruispunten

146 Geometrisch wegontwerp DEEL 3: GEOMETRISCH WEGONTWERP 1 1 INLEIDING 3 2 HOOFDPRINCIPES ONTWERP Verkeersfunctie Wegfuncties Veiligheid Duurzaam-Veilig-filosofie Wegcategorieën volgens Duurzaam Veilig Fysieke verschijnselen en gedrag van bestuurders Rijzicht Stopzicht Wegcapaciteit 13 3 ONTWERPELEMENTEN Dwarsprofiel Inleiding Verkeersfunctie Veiligheid Fysieke verschijnselen Gedrag van bestuurders Horizontaal alignement: rechtstand, boog en overgangsboog Verkeersfunctie Veiligheid Fysieke verschijnselen Gedrag van bestuurders Horizontaal alignement: algemeen Uitwijkzicht Inhaalzicht Boogzicht Wegverloopzicht Verticaal alignement: langshelling en afrondingsbogen Verkeersfunctie Veiligheid Fysieke verschijnselen Gedrag van bestuurders Verticaal alignement: algemeen Ontwerp verticaal alignement Wegbeeld Knooppunten, kruispunten en rotondes Verkeersfunctie Veiligheid Fysieke verschijnselen Gedrag van bestuurders

147 Geometrisch wegontwerp 1 INLEIDING Wegontwerp is een ontwerpprobleem dat gaat om de interactie tussen de bestuurder, het voertuig en de weg. Een weg wordt zodanig ontworpen, dat deze op veilige wijze de verkeersfunctie kan vervullen. De weggebruiker reageert op het ontwerp met zijn rijgedrag. Het voertuig van de bestuurder reageert op dit rijgedrag en bepaalt dus de fysieke verschijnselen op de weg. Het ontwerpprobleem kan je splitsen in twee delen: 1. De ontwerper die kijkt naar zijn doelstellingen 2. De gebruiker die reageert op het ontwerp Aan de zijde van de ontwerper zijn vooral de verkeersfunctie en veiligheid van de weg van belang. Aan de zijde van de gebruiker wordt hierop gereageerd door het gedrag van de bestuurder en de fysieke verschijnselen van het voertuig. Met deze gebruikersaspecten dient de ontwerper rekening te houden in het ontwerp. Bij het wegontwerp kunnen dus vier belangrijke aspecten worden onderscheiden: 1. De verkeersfunctie van de weg 2. De veiligheid van de weg 3. De fysieke verschijnselen van het voertuig 4. Het gedrag van de bestuurders In Figuur 1.1 is de samenhang tussen de ontwerpaspecten schematisch weergegeven. FIGUUR 1.1: SAMENHANG TUSSEN ONTWERPASPECTEN In het volgende hoofdstuk zijn de hoofdpunten van het wegontwerp per ontwerpaspect beschreven. Daarna is voor de basiselementen uit het wegontwerp (rechtstand, boog, kruispunt etc.) aangegeven hoe de vier aspecten het ontwerp beïnvloeden. Zoals in het schema uit Figuur 1.1 is weergegeven staan de ontwerpaspecten niet op zichzelf, maar beïnvloeden ze elkaar. Zo heeft de verkeersfunctie van een weg bijvoorbeeld invloed op de veiligheid en andersom. Deze samenhang van de ontwerpaspecten wordt hieronder toegelicht met een voorbeeld. De verkeersfunctie van een autosnelweg is het creëren van een snelle verbinding over een relatief grote afstand. Vanuit de verkeersfunctie zijn dus hoge snelheden op een autosnelweg gewenst, maar dit heeft invloed op het veiligheidsaspect. Om veiligheidsredenen worden daarom op wegen met de functie van een autosnelweg maatregelen genomen, zoals gescheiden rijbanen, brede rijstroken en de plaatsing van vangrails. Het concrete wegontwerp moet in de regel overeenkomen met de in de richtlijnen NOA en RONA genoemde kenmerken. De NOA (Nieuwe Ontwerprichtlijn Autosnelwegen) geldt voor het ontwerp 3.3

148 Geometrisch wegontwerp van autosnelwegen en de RONA (Richtlijnen Ontwerp Niet-Autosnelwegen) voor de overige wegtypen. Afwijkingen van deze richtlijnen dienen in elk geval gemotiveerd te worden. Voor wegontwerp binnen de bebouwde kom zijn geen strikte richtlijnen, maar aanbevelingen (ASVV, 2004) van toepassing. De ontwerper hoeft deze niet te volgen, maar hij mag aannemen dat de uitwerking ervan gunstig is. Daarin wordt tevens per maatregel expliciet onderscheid in vijf waarderingen gemaakt (voorschrift, richtlijn, aanbeveling, suggestie, mogelijkheid), zodat de vrijheidsgraad van het wegontwerp binnen de bebouwde kom veel groter is en dus een grote variatie plaatsvindt. In 2002 is het Handboek Wegontwerp voor wegen buiten de bebouwde kom verschenen als resultaat van het project Herziening Richtlijnen Ontwerp Niet-Autosnelwegen (RONA) daterend uit de periode Aanleiding was de ontwikkeling rond Duurzaam Veilig Verkeer (zie paragraaf 2.2). Na afronding van de herziening bleek echter dat de juridische en financiële consequenties, alsmede de gevolgen voor leefbaarheid en bereikbaarheid van de in het Handboek voorgestelde nieuwe wegcategorisering dermate groot waren dat de wegbeheerders (Rijk, provincies, waterschappen en gemeentes) de vaststelling van het document niet aandurfden. Daarom heeft het Handboek de status van een aanbeveling. In de beschrijving van het verkeerskundige wegontwerp in dit dictaat is uitgegaan van bovengenoemde richtlijnen en het Handboek. Voor de bepaling van de benodigde capaciteit van autosnelwegen is gebruik gemaakt van de Highway Capacity Manual (HCM) uit de VS. In paragraaf 2.4 wordt daar verder op ingegaan. 3.4

149 Geometrisch wegontwerp 2 HOOFDPRINCIPES ONTWERP 2.1 Verkeersfunctie De verkeersfunctie van de weg is een ontwerpaspect dat vooral aan de zijde van de ontwerper een belangrijke rol speelt. De verkeersfunctie bepaalt in belangrijke mate de vormgeving van de weg en vormt daarom een van de uitgangspunten in het wegontwerp. In deze paragraaf zal worden ingegaan op de mogelijke functies die een weg kan hebben en een mogelijke categorie-indeling voor wegen Wegfuncties Bevinden we ons in onbebouwde gebieden, dan hebben wegen als hoofdfunctie verkeer tussen plaatsen mogelijk te maken: de verbindingsfunctie. In gebieden met nederzettingen hebben wegen ook nog andere functies: het ontsluiten, toegankelijk maken van gebieden, tot aan individuele percelen toe. De verbindings-, ontsluitings- en toegangsfuncties vormen gedrieën de verkeersfunctie van een weg. Daarnaast hebben wegen nog andere functies, zoals de verblijfsfunctie, die andere activiteiten van bewoners en bezoekers dan voortbeweging mogelijk maakt, bijvoorbeeld uitrusten, communiceren, spelen of het parkeren van voertuigen. De verkeersfunctie van wegen kan verschillen naar gelang het ruimtelijke schaalniveau. We kunnen onderscheiden (zie ook Deel 1 Hoofdstuk 7): - Europees niveau, - nationaal niveau, - regionaal niveau, - stedelijk niveau, - wijkniveau. Op elk schaalniveau is er sprake van verbindingswegen: - op Europees niveau worden landen of grote regio's met elkaar verbonden door internationale E-wegen; - binnen een land dienen nationale verbindingswegen (in Nederland hoofdwegen genoemd) ertoe landsdelen met elkaar te verbinden; - binnen een landsdeel dienen regionale wegen ertoe regio s met elkaar te verbinden; - op stadsniveau worden wijken met elkaar verbonden; - op wijkniveau worden buurten binnen een wijk met elkaar verbonden. Veelal verzorgen verbindingswegen op een lager schaalniveau de ontsluiting naar wegen op een hoger schaalniveau. De Kruithuisweg in Delft is een verbindingsweg op regionaal niveau en verzorgt tegelijkertijd de ontsluiting naar het nationaal niveau. Op wegen met een verbindings- ofwel stroomfunctie gaat het om de afwikkeling van het langeafstands- en regionale verkeer. De nadruk ligt op het verbinden van gebieden. Het ontwerp van dit soort wegen dient rekening te houden met de kenmerken van zogenoemd 'gericht verkeer': - relatief hoge snelheden, - gesloten voor bepaalde voertuigsoorten, - hoge intensiteit, - vloeiende/vlotte verkeersafwikkeling, - minimaliseren conflictsituaties (bijvoorbeeld door ongelijkvloerse kruisingen en knooppunten). Op wegen met een toegangsfunctie gaat het om de toegankelijkheid van gebieden en gebouwen/percelen in gebieden; men moet er (vlak) bij kunnen komen. Het ontwerp dient rekening te houden met de kenmerken van zogenoemd 'zwerfverkeer': - lage snelheden en veel afslaande bewegingen, - menging van verkeerssoorten, - lage intensiteit, - rekening houden met kwetsbare weggebruikers, - opstelruimte voor voertuigen, - op peil houden van attentieniveau bestuurders. 3.5

150 Geometrisch wegontwerp Daartussen zit de ontsluitingsfunctie. Wegen met die functie vormen de schakel tussen verbindingswegen en toegangswegen. Vooral binnen bebouwde kommen leidt menging van stroom-, ontsluitings- en toegangsfunctie tot conflicten. Menging van ongelijkwaardige verkeerssoorten (snelverkeer/langzaam verkeer, auto's/voetgangers) veroorzaakt ernstiger conflicten, vooral daar waar de ontsluitings- en toegangsfunctie niet herkenbaar zijn aan de vorm en inrichting van de weg, ofwel, waar de vorm van de verkeersruimte zich te veel richt op de functie voor het snelle verkeer en te weinig op het langzame verkeer, zoals voetgangers, kinderen, bejaarden en fietsers. Die functieverstoring neemt in oudere woonwijken (vaak) zeer grote vormen aan. Een zware verbindingsfunctie verdraagt geen zwerfverkeer. Voor belangrijke verkeersstromen zijn dus aparte verbindingswegen nodig: bijvoorbeeld 'rondwegen' om het rechtstreeks doorgaande verkeer buiten de stad te houden. Er bestaan verschillende categorie-indelingen voor wegen. In dit dictaat is ter illustratie de categorie-indeling volgens de RONA uit 1992 aangehouden. In Tabel 2.1 is die indeling weergegeven. De wegen zijn door de RONA ingedeeld in vier hoofdcategorieën (A t/m D) en acht subcategorieën (I t/m VIII). Op diverse plaatsen in dit dictaat wordt verwezen naar deze wegcategorieën. In wordt een alternatieve indeling beproken. Hoofdcategorie benaming categorie ontwerpsnelheid [km/h] dwarsprofiel [aantal rijbanen] A autosnelweg I stadautosnelweg II 90 2 B C D (stads)autoweg weg met geslotenverklaring*) weg voor alle soorten verkeer III IV V 80 1 VI 60 1 VII <60 1 VIII 1 TABEL 2.1 CATEGORIE-INDELING VOOR WEGEN BUITEN DE BEBOUWDE KOM [BRON: RONA-BASISCRITERIA 1992] *) WEG MET GEHEEL OF GEDEELTELIJK GESLOTENVERKLARING VOOR LANGZAAM VERKEER (IN IEDER GEVAL VOOR FIETSERS EN BROMFIETSERS) Hoofdcategorie A: (stads)autosnelwegen; omvat uitsluitend dubbelbaanswegen met ongelijkvloerse kruispunten, alleen toegankelijk voor motorvoertuigen die mogen en kunnen rijden met een snelheid van ten minste 80 km/h. De verschijningsvorm van de wegen in deze hoofdcategorie wordt aangepast aan het omliggende gebied (ruraal of urbaan). Hoofdcategorie B: (stads)autowegen; omvat uitsluitend wegen toegankelijk voor motorvoertuigen, die mogen en kunnen rijden met een snelheid van ten minste 50 km/h. Als de capaciteit dit vereist, kunnen autowegen (alleen in urbane gebieden) dubbelbaans worden uitgevoerd. De wegen in deze hoofdcategorie hebben in principe gelijkvloerse kruispunten. Hoofdcategorie C: wegen met geheel of gedeeltelijk geslotenverklaring; omvat wegen die niet toegankelijk zijn voor fiets- en bromfietsverkeer en in een aantal gevallen eveneens gesloten zijn voor andere soorten langzaam verkeer. Hoofdcategorie D: wegen voor alle soorten verkeer; omvat die wegen, die toegankelijk zijn voor alle soorten verkeersdeelnemers. Het is duidelijk dat de verkeersfunctie van dit soort wegen gering is, maar de ontsluitings- en toegangsfunctie belangrijk. 3.6

151 Geometrisch wegontwerp 2.2 Veiligheid Naast de verkeersfunctie is veiligheid een ontwerpaspect dat voor de wegontwerper van groot belang is. De laatste jaren is er in het wegontwerp steeds meer aandacht voor de Duurzaam Veilig -aanpak van het wegontwerp. De Duurzaam Veilig- filosofie probeert een brug te slaan tussen de verkeerskundige invalshoek en de verkeersveiligheid. In deze paragraaf zal die aanpak verder worden toegelicht Duurzaam-Veilig-filosofie Het concept Duurzaam Veilig Wegverkeer is in 1992 door de Stichting Wetenschappelijk Onderzoek Verkeersveiligheid (SWOV) ontwikkeld en wordt sinds 1997 door de wegbeheerders stapsgewijs ingevoerd. De doelstellingen, volgens de nota mobiliteit 2005, op landelijk niveau zijn een afname tot gewonden en 580 (inmiddels aangescherpt tot 500) doden per jaar in het verkeer in Om deze doelstellingen te bereiken zijn de volgende eisen geformuleerd: - realisering van zo groot mogelijke aaneengesloten verblijfsgebieden - minimaal deel van de rit over relatief onveilige wegen - ritten zo kort mogelijk maken - kortste en veiligste route laten samenvallen - zoekgedrag vermijden - wegcategorieën herkenbaar maken - aantal verkeersoplossingen uniform maken - conflicten vermijden met tegemoetkomend, kruisend en overstekend verkeer - scheiden van voertuigsoorten - reduceren van de snelheid op potentiële conflictpunten - vermijden van obstakels langs de weg. De filosofie achter deze eisen is het minimaliseren en voorkomen van conflicten, met name tussen weggebruikers waarvan de snelheid, richting en massa grote verschillen tonen. Door homogeen gebruik van de infrastructuur vermindert tevens de kwetsbaarheid van de weggebruiker. Het Duurzaam Veilig verkeerssysteem kent: - een infrastructuur die qua vorm- en regelgeving aangepast is aan (de beperkingen van) de menselijke vermogens; - voertuigen die voorzien zijn van middelen om de taken van de mens te vereenvoudigen en die geconstrueerd zijn om de kwetsbare mens zo goed mogelijk te beschermen; - verkeersdeelnemers die adequaat worden opgeleid, geïnformeerd en waar nodig gecontroleerd. Voor het duurzaam veilig ontwerpen van de infrastructuur gaat men uit van vijf veiligheidsprincipes: 1. Functionaliteit van het wegennet door onderscheid te maken tussen wegcategorieën afhankelijk van de functie van de wegvoorziening voor bepaalde verplaatsingen, voertuigsoorten, routes en verkeersintensiteiten; 2. Homogeniteit van het verkeer door ontmoetingen van weggebruikers met grote verschillen in snelheid, richting en massa te voorkomen; 3. Voorspelbaar gedrag stimuleren door het wegverloop aan te passen aan het vermogen tot waarnemen, beslissen en handelen van met name minder valide weggebruikers (ouderen en kinderen). 4. Vergevingsgezindheid; In de fysieke betekenis houdt vergevingsgezindheid in dat de omgeving zo is ingericht dat eventuele botsingen zo gunstig mogelijk aflopen. Een voertuig dat van de weg raakt zou geen obstakels, ook geen wegmeubilair, mogen raken met ernstig letsel als gevolg. En het voertuig zelf dient zowel bescherming te bieden aan de inzittenden als aan de tegenpartij. 3.7

152 Geometrisch wegontwerp 5. Statusonderkenning doelt op het vermogen van, of de mogelijkheid voor de verkeersdeelnemer om zijn eigen bekwaamheid voor de rijtaak goed in te schatten. Zo moet hij dus weten over welke vaardigheden hij beschikt en of deze voldoende zijn om veilig aan het verkeer te kunnen deelnemen. Maar ook dienen verkeersdeelnemers van zichzelf weten wanneer ze er tijdelijk zo aan toe zijn dat verkeersdeelname niet verantwoord is, bijvoorbeeld door de invloed van alcohol, medicijnen, stress of vermoeidheid Wegcategorieën volgens Duurzaam Veilig Wegen hebben als onderdeel van de openbare ruimten een verkeersfunctie en een verblijfsfunctie. De verkeersfunctie maakt een gerichte voortbeweging van voertuigen en voetgangers mogelijk overeenkomstig met het doel van de verplaatsing, terwijl de verblijfsfunctie uitnodigt tot andere activiteiten van bewoners en bezoekers. Binnen de verkeersfunctie worden twee verkeersvormen onderscheiden: - stromen: doelgerichte voortbeweging van voertuigen of voetgangers in één richting met min of meer constante (relatief hoge) snelheid. - uitwisselen: doelgerichte voortbeweging met wisselende snelheid en/of richting zoals verzamelen, verdelen en kruisen van verkeer, alsmede het vertrekken, keren, draaien, stoppen van voertuigen. De strikte scheiding van deze verkeersvormen onderling en t.o.v. de verblijfsfunctie vergroot de verkeersveiligheid en komt derhalve terug in de drie wegcategorieën binnen Duurzaam Veilig (Tabel 2.2). wegcategorie verkeersfunctie wegvak kruispunt stroomweg stromen stromen gebiedsontsluitingsweg stromen uitwisselen erftoegangsweg uitwisselen uitwisselen TABEL 2.2: CATEGORIE-INDELING DUURZAAM VEILIG VERKEER Stroomwegen zijn gericht op een zo veilig en betrouwbaar mogelijke afwikkeling van relatief grote hoeveelheden verkeer met een hoge (gemiddelde) snelheid. Zowel op de wegvakken als op de kruispunten wordt prioriteit gegeven aan doorstromen. Dit vereist onder meer gescheiden rijrichtingen, ontbreken van overstekend en kruisend verkeer en van in- en uitvoegend verkeer. Gebiedsontsluitingswegen faciliteren zowel het stromen als het uitwisselen, maar deze functies worden naar plaats gescheiden. Het uitwisselen vindt plaats op kruispunten en het stromen op de wegvakken tussen de kruispunten. De gebiedsontsluitingsweg vormt binnen het verkeersnetwerk de verbindende schakel tussen stroomwegen en erftoegangswegen. Erftoegangswegen waarborgen de toegankelijkheid van erven en bevat alle manoeuvres die nodig zijn voor het bereiken van particuliere en openbare percelen, het in- en uitstappen en het laden en lossen van goederen. Het netwerk voor fietsers en voetgangers is fijnmazig en loopt zoveel mogelijk door de verblijfsgebieden heen. Voor hen is omrijden/omlopen immers niet aantrekkelijk. De categorie-indeling dient als basis bij de opbouw van netwerken. Dit betekent dat tussen een erftoegangsweg en een stroomweg altijd een gebiedsontsluitingsweg moet voorkomen. In Tabel 2.3 is aangegeven welk type aansluiting de voorkeur verdient afhankelijk van de wegcategorieën die bij de aansluiting samenkomen. 3.8

153 Geometrisch wegontwerp erftoegangsweg kruispunt of T-splitsing gebiedsontsluitingsweg stroomweg uitrit-constructie mag niet voorkomen erftoegangsweg mini-rotonde rotonde gebiedsontsluitingsweg ongelijkvloers stroomweg TABEL 2.3: VORMEN VAN AANSLUITINGEN TUSSEN WEGEN PER FUNCTIE De vormgeving van de weg, met de bijbehorende regels, moet leiden tot een gebruik dat overeenkomt met de functie die de weg dient te vervullen. De wijze waarop functie, vormgeving en gebruik van het wegennet op elkaar zijn afgestemd is van groot belang voor de doorstroming en veiligheid van het verkeer. In het Handboek Wegontwerp wordt onderscheid gemaakt tussen wegtypen binnen de drie categorieën (Tabel 2.4). Deze categorie-indeling is van toepassing voor gebieden buiten de bebouwde kom. maximumwegtypen snelheid [km/h] nationale stroomweg regionale stroomweg gebiedsontsluitingsweg I 80 gebiedsontsluitingsweg II 80 erftoegangsweg I 60 erftoegangsweg II 60 kenmerken autosnelweg (valt buiten het Handboek) autoweg, vluchtvoorzieningen, niet overschrijdbare rijrichtingscheiding, ongelijkvloerse kruisingen 2x2 rijstroken, rijbaanscheiding, gelijkvloerse kruisingen, onderbroken langsmarkering 2x1 rijstrook, rijbaanscheiding, gelijkvloerse kruisingen, onderbroken langsmarkering 1 rijloper, kantmarkering 1 rijloper, geen markering, fiets op de rijbaan TABEL 2.4: WEGTYPEN BINNEN DE DUURZAAM-VEILIG-WEGCATEGORIEËN De stroomfunctie vereist op wegvakken en kruispunten een vormgeving die een wettelijke snelheid van 100 tot 120 km/h toestaat. Frontale en dwarsconflicten zouden bij dergelijke snelheid een ernstige afloop hebben en dienen dus te worden uitgesloten. Op wegvakken mogen in principe alleen langsconflicten voorkomen en op kruispunten zijn alleen convergeren en divergeren toegestaan. De invoering van Duurzaam Veilig is begonnen met het opstellen van een categoriseringsplan voor een samenhangend wegennet. Inmiddels is 90% van de Nederlandse wegen gecategoriseerd. Door consequent de inrichting van de wegcategorieën aan te passen aan de functies hoopt men dat de verkeersveiligheid sterk zal toenemen. Een aantal plannen is door wegbeheerders al gepresenteerd en de herinrichting van wegen volgens Duurzaam Veilig op grotere schaal begint nu van de grond te komen. De totale weglengte ingericht als 30 km/h-zone is km en als 60 km/h-zones km (50% van alle 60 km/h-wegen). 3.9

154 Geometrisch wegontwerp 2.3 Fysieke verschijnselen en gedrag van bestuurders Aan de gebruikerszijde van de ontwerpopgave spelen de fysieke verschijnselen rondom het ontwerp en het gedrag van de bestuurders op het ontwerp een rol. Belangrijke ontwerpeisen die hiermee samenhangen zijn eisen voor de minimale zichtafstanden. Dit is onder te verdelen in het rijzicht en het stopzicht. Het rijzicht is het zicht dat de bestuurder nodig heeft om de weg goed te kunnen overzien en tijdig in te kunnen spelen op gebeurtenissen. Het stopzicht is de zichtafstand die nodig is om op tijd te kunnen stoppen wanneer de weg onverwachts is geblokkeerd. Het wegontwerp moet aan beide zichtafstanden voldoen. Bij de bespreking van het horizontaal en verticaal alignement komen andere varianten van zichtafstanden aan bod Rijzicht Het rijzicht (ook wel anticipatiezicht genoemd) is het zicht dat de bestuurder in staat stelt de weg en de daarop aanwezige informatie (markering, bebakening, bewegwijzering, overig meubilair, medeweggebruikers) over een zodanige afstand te overzien dat deze informatie op een comfortabele manier kan worden verwerkt en in alle rust kan worden gereageerd op wijzigingen in het weg- en verkeersbeeld. Het is de afstand die in ca. 10 rijseconden wordt afgelegd. Dit is een gewenste zichtafstand, waaraan weliswaar vaak, maar lang niet in alle gevallen zal kunnen worden voldaan. Tabel 2.5 geeft voor het rijzicht de minimaal benodigde afstanden bij verschillende ontwerpsnelheden. v ontw [km/h] Rijzicht [m] TABEL 2.5: RIJZICHTAFSTANDEN VOOR VERSCHILLENDE SNELHEIDSKLASSEN Stopzicht Wanneer de automobilist waarneemt dat zijn eigen rijstrook geblokkeerd is, heeft hij de keuze tussen uitwijken en remmen. Uitwijken is niet mogelijk indien het blokkerende object te omvangrijk is, stilstaande voertuigen op alle rijstroken staan of er maar één rijstrook ter beschikking is. De bepalende situatie is die waarin een file verdeeld is over alle rijstroken en waarvoor een noodstop moet worden gemaakt. De zichtafstand is opgebouwd uit de tijdens de perceptie-reactietijd afgelegde afstand en de eigenlijke remweg. Uitgangspunten: net niet geblokkeerde wielen bij nat wegdek; kortere perceptie-reactietijd nodig bij lagere ontwerpsnelheden in verband met hoger attentieniveau. L 1 3,6 3,6 2g( f ± 0,01i) lg 2 vontw vontw stop = prt * + * (2.1) 3.10

155 Geometrisch wegontwerp waarin: L stop : stopzichtafstand [m]; prt : perceptie-reactietijd [s]; v ontw : ontwerpsnelheid [km/h]; g : versnelling van de zwaartekracht [9,81 m/s 2 ]; f lg : gemiddelde langswrijvingscoëfficiënt, behorend bij de v ontw ; i : langshelling [%], bij stijging positief; bij daling negatief. De toe te passen f lg -waarden zijn: v ontw [km/h] f lg 120 0, , , ,48 TABEL 2.6: TOE TE PASSEN f lg -WAARDEN Het effect van reductie van de aanwezige langswrijving ten gevolge van een horizontale boog wordt verwaarloosd. Deze uitgangspunten leiden tot zichtafstanden zoals vermeld in Tabel 2.7. Snelheid Perceptie-reactietijd en -weg Remtijd en -weg Totale stopzichtafstand v ontw [km/h] [s] [m] [s] [m] [m] 120 2, , TABEL 2.7: OPBOUW VAN DE STOPZICHTAFSTANDEN VOOR VERSCHILLENDE SNELHEIDSKLASSEN (HELLING = 0%) Maatgevende situatie hierbij is het zichtpunt: remlichten (0,50 m boven wegdek) binnenste rijstrook. In het bovenstaande is uitgegaan van de situatie dat er plotseling geremd moet worden voor een object dat stilstaat (zoals de achterkant van een file). In het verkeer komt het vanwege het volggedrag echter vaak voor dat er plotseling geremd moet worden omdat de voorligger ook ineens remt. Deze situatie leidt tot een andere berekening, omdat het object waarvoor geremd moet worden (de remmende auto) nog niet stilstaat. Hieronder is uitgelegd hoe een veilige opvolgafstand tussen twee auto s kan worden berekend. In de uitgangssituatie rijdt voertuig 2 achter voertuig 1 en houdt deze een opvolgafstand aan tot de achterkant van voertuig 1. Beide auto s hebben dezelfde snelheid v. Bestuurder van auto 2 houdt bij het kiezen ven een veilige opvolgafstand het volgende scenario aan: - Mijn voorligger gaat plotseling hard remmen tot aan stilstand; - Ik heb een reactietijd van τ seconden; 3.11

156 Geometrisch wegontwerp - Ik heb een remvertraging van a m/s 2 (met a>0); - Als ik aan het eind van mijn remmanoeuvre achter mijn voorganger tot stilstand kom, wil ik nog een marge van L m over hebben. - Ik neem aan dat de remvertraging van mijn voorligger α maal mijn remvertraging a is. Het zal duidelijk zijn dat een voorzichtige bestuurder zal aannemen α<1 en een waaghals α>1. In feite is de veronderstelling α<1 voor een willekeurige bestuurder wel voorstelbaar, maar niet voor een bestuurder die representatief moet zijn voor een hele rij elkaar volgende bestuurders. Dit leidt er namelijk toe dat de beschikbare remvertraging stijgt met het rangnummer in de rij en boven fysiek mogelijke waarden komt. We zullen derhalve eisen α 1. FIGUUR 2.1: COMPONENTEN VAN DE COMPLETE REMMANOEUVRE [BRON: LEUTZBACH, 1988] Figuur 2.1 toont de componenten van de opvolgafstand s. In formulevorm: of in woorden: (2.2) bruto opvolgafstand + remweg leider = lengte voertuig volger + reactie- afstand + remweg volger + marge Stel L vtg + L m = s 0 dan geldt: In de formules 2.2 en 2.3 komen voor: s: minimaal benodigde opvolgafstand [m] v: snelheid van de volger [m/s] a: remvertraging van de volger [m/s 2 ] L vtg : lengte volgvoertuig [m] 3.12 (2.3) τ: reactietijd van de volger [s] α: remvermogen leider als fractie van remvermogen volger L m : marge bij stilstand [m]

157 Geometrisch wegontwerp Uit de opvolgafstand en de daarmee samenhangende opvolgtijd kan worden afgeleid hoe groot de verkeersstroom is die de rijstrook kan verwerken per tijdseenheid (de inverse van de opvolgtijd). Dat gegeven is een belangrijke input voor de dimensionering van de weg. Daarover gaat de volgende paragraaf. 2.4 Wegcapaciteit Voor de wegontwerper is het van belang te weten hoeveel verkeer op de te ontwerpen weg verwacht kan worden en wat voor wegtype (bijvoorbeeld het aantal rijstroken) in die behoefte kan voorzien. In deze paragraaf wordt eerst uitgelegd wat onder intensiteit (de verkeersvraag) en de capaciteit (verkeersaanbod) wordt verstaan. Daarna wordt uitgewerkt hoe volgens de Amerikaanse Highway Capacity Manual (HCM) de benodigde capaciteit kan worden bepaald. Tot slot wordt aangegeven hoe dit is vertaald in de Nederlandse ontwerprichtlijnen. Onder intensiteit wordt het aantal voertuigen verstaan dat een bepaald wegvak gedurende een tijdsperiode passeert; hiervoor kan een jaar, een dag of een uur worden genomen. In de Amerikaanse literatuur wordt het begrip rate of flow gebruikt (stamt uit HCM 1985). De rate of flow in vtg/h wordt bepaald door de 15-minuten-intensiteit met vier te vermenigvuldigen. Intensiteit en rate of flow zijn dus verschillende begrippen: intensiteit is het werkelijke aantal voertuigen dat passeert gedurende de tijdsperiode, terwijl rate of flow een maat is voor de variatie van de intensiteit over de beschouwde periode. Tabel 2.8 geeft daarvan een voorbeeld. tijdsperiode intensiteit (vtg/15 min) rate of flow (vtg/h) intensiteit (vtg/h) h h h h h TABEL 2.8: INTENSITEIT EN RATE OF FLOW IN EEN SPITSUUR Indien de uurintensiteit van een tweestrooksbaan van een autosnelweg 4300 vtg bedraagt, de rate of flow per 15 minuten varieert en het wegontwerp op 4500 vtg/h zou worden gebaseerd, zou gedurende een interval van 15 minuten de capaciteit overschreden worden, wat congestie tot gevolg kan hebben. Als men alleen naar de intensiteit van 7 tot 8 uur zou hebben gekeken, zou men denken dat de intensiteit kleiner is dan de capaciteit. Om de variatie in de intensiteit te verdisconteren is in de HCM 1985 de spitsuurfactor PHF ingevoerd. De PHF is de spitsuurintensiteit gedeeld door de grootste rate of flow (4.300 : 4.800). De maximale intensiteit is het maximale aantal voertuigen dat gedurende een bepaalde tijdseenheid een denkbeeldige plaats (raai) passeert. Uit praktijkwaarnemingen is gebleken dat dit over het jaar heen een allerminst stabiel aantal is; het is afhankelijk van onder meer verkeerssamenstelling, zicht, weggeometrie, weersomstandigheden en rijstrookbreedte. Er is sprake van een stochastisch proces. Voor de dimensionering van een weg wil men met één waarde rekenen en daarvoor wordt de intensiteit genomen die maar in een beperkt aantal gevallen wordt overschreden (zeg 15%). Die waarde wordt de capaciteit genoemd. Tussen de intensiteit en de snelheid bestaat een relatie, zoals is weergegeven in Figuur 2.2. Bij kleine verkeersaantallen neemt de snelheid niet af bij een verkeerstoename. Iedere automobilist kan vrijelijk zijn snelheid kiezen (de zogenaamde free flow speed). Dit is terug te zien in het vlakke linkergedeelte van de grafiek. Wanneer het echter drukker wordt op de weg, moeten de snelllere voertuigen zich aanpassen aan de tragere en gaat de snelheid omlaag. Het rechtergedeelte van de grafiek laat dit zien door de kromming naar beneden. De grafiek in Figuur 2.2 laat de relatie tussen de snelheid en intensiteit zien voor de situatie waarin geen congestie optreedt. Wanneer de 3.13

158 Geometrisch wegontwerp intensiteit groter is dan de capaciteit, dreigt er congestie en geldt een andere relatie tussen de snelheid en intensiteit. Hierop wordt verder ingegaan in Deel 4 Hoofdstuk 1. capaciteit FIGUUR 2.2: VERHOUDING TUSSEN SNELHEID (V) EN INTENSITEIT (Q) (ZONDER CONGESTIE) Er zijn verschillende methoden waarmee de wegontwerper de benodigde capaciteit kan bepalen. Een van die methoden is beschreven in de Highway Capacity Manual (HCM). Volgens deze methode wordt de benodigde capaciteit bepaald op basis van het gewenste afwikkelingsniveau. Als op een wegvak een intensiteit optreedt die de capaciteit nadert, is het zogenoemde afwikkelingsniveau laag. Met het afwikkelingsniveau ( level of service, LOS) wordt de toelaatbare intensiteit bedoeld behorend bij een gewenste rijkwaliteit van de verkeersstroom in een bepaalde situatie. Het afwikkelingsniveau wordt met een letter aangeduid: A is het hoogste en E het laagste niveau. Naarmate een weg meer een verbindende verkeersfunctie dan een ontsluitende of toegangsfunctie vervult, wordt een lager afwikkelingsniveau (C en D) toelaatbaar geacht. In een woonstraat is een capaciteitsbelasting ontoelaatbaar, terwijl dat voor een autosnelweg niet het geval is. Voor al de hierna volgende wegvoorzieningen en vervoerwijzen nadert de intensiteit de capaciteit conform de HCM bij afwikkelingsniveau E. FIGUUR 2.3: AFWIKKELINGSNIVEAUS A T/M E (PC/H/LN = PAE PER UUR PER RIJSTROOK) 3.14

159 Geometrisch wegontwerp In Figuur 2.3 is de verhouding tussen de snelheid en de intensiteit voor vier verschillende snelheden weergegeven. De intensiteit is uitgedrukt in pae/h/strook. Pae is de afkorting van personenauto-equivalent (1 pae staat voor een gemiddelde personenauto; voor vrachtauto s wordt vaak 1,5 of 2 pae toegepast omdat de vrachtauto een groter voertuig is dat bovendien door zijn rijkarakteristiek een groter beslag legt op de wegcapaciteit). De vorm van de grafieken in Figuur 2.3 komt overeen met die uit Figuur 2.2. In Figuur 2.3 onderscheiden de stippellijnen de afwikkelingsniveaus A t/m E. Voorbeeld Op een nieuwe autosnelwegverbinding wordt een verkeersintensiteit verwacht van 5500 pae/h in een maatgevend spitsuur voor de drukste rijrichting. Voor de nieuwe weg is afwikkelingsniveau C gewenst bij een free flow speed van 100 km/h. Hoeveel rijstroken moet de autosnelweg in deze rijrichting hebben om aan dit afwikkelingsniveau te voldoen? In Figuur 2.3 is te zien dat de maximum flow rate voor afwikkelingsniveau C bij de kromme van een free flow speed van 100 km/h gelijk is aan 1600 pae/h/strook. Er zijn dus 5500/1600 = 3,44 4 rijstroken nodig om aan afwikkelingsniveau C te kunnen voldoen. Bij het bepalen van het benodigde aantal rijstroken voor een bepaald afwikkelingsniveau moet rekening worden gehouden met een aantal factoren die invloed hebben op de intensiteit (vraagzijde) en de capaciteit (aanbodzijde). Aan de vraagzijde: - het aandeel verkeer van de etmaalintensiteit dat in het maatgevende spitsuur plaatsvindt; - de seizoensfactor, waarmee fluctuaties tussen seizoenen worden verdisconteerd; - de intensiteitsverdeling naar rijrichting in het spitsuur; - de PHF-factor (spitsuurfactor), waarmee de rate of flow wordt verrekend. Aan de aanbodzijde: - de breedte van de rijstrook; - de vrachtautofactor (o.a. i.v.m. hellingen) - de bestuurdersfactor, die aangeeft of de bestuurders bekend zijn met de weg (veel forensen) of niet (veel toeristen) Voor de capaciteit per rijstrook werd in de HCM s tot pae/h/strook aangehouden. In dat jaar is men tot een verhoging van de capaciteit met 10 % tot 2200 pae/h/strook overgegaan, als gevolg van de toegenomen routine van de bestuurders. In feite is deze waarde vastgesteld voor een zogenoemde ideale weg- en verkeerssituatie: vlak en recht, 3,60 m brede rijstroken, geen bermvrees veroorzakende obstakels langs de weg en ter plaatse goed bekend verkeer. Afwijkingen van deze ideale situatie worden in de bovengenoemde aanbodcorrectiefactoren aangebracht, bijvoorbeeld lengte en steilte van hellingen in de vrachtautofactor. De HCM dient als basis in het wegontwerp. In Nederland werd tot voor kort door de wegontwerpers gebruik gemaakt van de ontwerprichtlijnen ROA (voor autosnelwegen) en RONA (voor nietautosnelwegen). In 2007 is de ROA vervangen door de NOA (Nieuwe Ontwerprichtlijn voor Autosnelwegen). In 2002 is een herziening van de RONA uitgegeven in de vorm van het Handboek Wegontwerp. Zowel NOA als het Handboek wordt momenteel geëvalueerd. In Tabel 2.9 is een van de tabellen uit de NOA opgenomen, waarmee de capaciteit van een autosnelweg kan worden bepaald. Die is in de tabel afhankelijk van het aantal rijstroken en het percentage vrachtverkeer. Er is uitgegaan van een rijstrookbreedte van 3,50 m en van goede omstandigheden (droog, daglicht, voldoende zicht). Wanneer de rijstroken zijn versmald of wanneer de omstandigheden niet optimaal zijn, is de capaciteit lager. 3.15

160 Geometrisch wegontwerp TABEL 2.9: RICHTWAARDEN VOOR DE CAPACITEIT VAN AUTOSNELWEGEN (MVTG/H) [NOA, 2007] 3.16

161 Geometrisch wegontwerp 3 ONTWERPELEMENTEN In dit hoofdstuk wordt het wegontwerp voor verschillende basis-ontwerpelementen op basis van de vier ontwerpaspecten uitgewerkt. De volgende ontwerpelementen worden in de komende paragrafen beschreven: - Dwarsprofiel van de weg - Horizontaal alignement o Rechtstand o Boog o Overgangsboog o Algemeen - Verticaal alignement o Langshelling o Afrondingsbogen o Algemeen - Knooppunten, kruispunten en rotondes In de teksten is gebruik gemaakt van enkele definities die hieronder kort zijn toegelicht. Een wegvak is een in lengterichting begrensd gedeelte van een weg tussen twee knooppunten of twee aansluitingen (zie 3.6). Een uitvoegstook is een aanliggende strook verharding langs de hoofdweg die afslaand verkeer in staat stelt uit de hoofdstroom uit te voegen. Het uitvoegen resulteert in een afzonderlijke rij voertuigen die met aangepaste snelheid de hoofdweg kunnen verlaten. Een invoegstrook is een aanliggende strook verharding langs de hoofdweg die verkeer vanaf de zijweg in staat stelt met aangepaste snelheid in de hoofdstroom in te voegen. Het invoegen resulteert in één ineengeschoven rij voertuigen. Een weefvak is een onderdeel van een wegvak bestaande uit de hoofdrijbaan met een ter zijde gelegen invoegstrook die stroomafwaarts overgaat in een uitvoegstrook. Kenmerkend bij een weefvak is dat het in- en uitvoegende verkeer elkaar onder een zeer scherpe hoek kruist over een doorgaans niet al te grote afstand. Deze manier van kruisen wordt weven genoemd. 3.1 Dwarsprofiel Inleiding Een dwarsprofiel is de verticale doorsnede loodrecht op de lengteas van de weg. Dit profiel kan representatief zijn voor een bepaald wegvak (algemeen geldend) of bewust gekozen op een bepaalde plaats (alleen dáár geldig). Deze doorsnede geeft de vorm weer van de weg in dwarsrichting met de samenstellende elementen in afmeting en hoogteligging. In de volgende subparagrafen wordt per ontwerpaspect het dwarsprofiel van een weg besproken Verkeersfunctie In Figuur 3.1 zijn enkele belangrijke dwarsprofielelementen weergegeven. Onder de rijbaan wordt het aaneengesloten bereden gedeelte van de verharding verstaan. Alles wat buiten de kantstrepen ligt, wordt in principe gerekend tot de berm. Ontbreken kantstrepen (RONA-categorie VII en VIII), dan begint de berm naast de verharding. Een autosnelweg heeft twee rijbanen. De rijstrook is een gedeelte van de rijbaan, begrensd door markering op het wegdek en bestemd voor één rij bewegende voertuigen. 3.17

162 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.1: DWARSPROFIELELEMENTEN In Tabel 3.1 zijn de breedtes van de dwarsprofielelementen weergegeven, zoals het in de RONA is voorgeschreven. De dwarsprofielelementen uit de eerste kolom komen in de volgende subparagrafen aan bod. Voor wegen binnen de bebouwde kom is het niet eenvoudig om standaardmaten voor de wegbreedte te geven. Dit hangt van vele factoren af, zoals de verkeerssamenstelling, al dan niet vrijliggende fietspaden, erf- of verkeersfunctie van de weg, wel/geen aanliggende parkeerstroken. Voor de juiste dimensionering van dit type wegen wordt verwezen naar de Aanbevelingen voor Verkeersvoorzieningen binnen de bebouwde kom (ASVV, 2004) Veiligheid Bij de RONA-categorieën I t/m VI maakt nog een stukje verharding deel uit van de rijbaan: de redresseerstrook (ook wel kortweg kantstrook genoemd), die aan enigszins uit de koers geraakte voertuigen gelegenheid tot koerscorrectie biedt. In principe worden alleen langs autosnelwegen (RONA-categorie I en II) in de rijrichting rechts vluchtstroken aangelegd, met het oogmerk plaats te bieden aan gestrande voertuigen en voor gebruik door hulpdiensten. Bevat een rijbaan vier of meer rijstroken, dan wordt ook links een vluchtstrook aangebracht. Er is een tendens gaande om de vluchtstrook in speciale gevallen als aanvullende rijstrook te gebruiken: bij werk in uitvoering (tijdelijk), als busbaan (permanent), als spitsstrook of bij andere benuttingsmaatregelen. Dit verklaart de toenemende noodzaak naast de vluchtstrook een extra vluchtruimte te creëren. Waar mogelijk moet met deze nieuwe ontwikkeling rekening worden gehouden. Voor voertuigen met panne die geen kans zien de vluchtstrook te bereiken, biedt aan de middenbermzijde de bergingszone uitkomst. Ook onderhoudsvoertuigen (herstel van geleiderail, verlichting) kunnen dan buiten de rijbaan gehouden worden. 3.18

163 Geometrisch wegontwerp element van dwarsprofiel categorie fietspaden voet pad I II III IV V VI VII VIII -> <-> Verhardingsbreedte 11,25 10,45 7,50 7,20 7,20 6,00 4,50/ 5,50 3,00/ 3,50 2,00/ 2,50 2,75/ 3,50 1,50 rijstrook breedte 3,50 3,25 3,25 3,10 3,10 2, kantstrook 1 ) 0,80 0,50 0,45 0,45 0,45 0, vluchtstrook 1 ) 3,45 3, kantstreep 0,20 0,20 0,15 0,10 0,10 0, objectafstandsmarge 1,50 1,00 1,50 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00 0,50 0,50 - bergingszone 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 1,50 1,00-0,50 0,50 - obstakelvrije zone 10,00 10,00 6,00 4,50 4,50 3,00 2,00 1,50 1,00 1,00 - zijberm 3,00 3,00 6,00 4,50 4,50 3,00 2,00 1,50 1,50 1,50 0,50 middenberm tussenberm bij parallelwegen tussenberm bij fietspaden 12,00 12, ,00 12,00 f.g. f.g. 6,00 4, ,00 12,00 f.g. f.g. 4,50 3, tussenberm bij voetpaden 1 ) inclusief kantstreep f.g. = fysiek gescheiden ,50 0,50 - TABEL 3.1: BREEDTES VAN DWARSPROFIELELEMENTEN In het ideale geval is de berm minstens even breed als de obstakelvrije zone (ovz). Onder obstakels worden voorwerpen, beplantings- en dwarsprofielelementen verstaan, die bij aanrijding ernstige schade kunnen veroorzaken aan het voertuig en/of (dodelijk) letsel aan de inzittenden. In die gevallen dat de gewenste breedte van de obstakelvrije zone (ovz) niet wordt gehaald, zal het obstakel door middel van een geleiderail moeten worden afgeschermd. Zie dit in verband met het vergevingsgezindheidsprincipe van duurzaam veilig (paragraaf 2.2.1) Fysieke verschijnselen Bij het ontwerpaspect verkeersfunctie is al aangegeven dat de breedte van de rijstrook afhankelijk is van de toegestane snelheid. Bij hogere snelheden raakt een voertuig bij een kleine stuurbeweging sneller uit koers dan bij een lagere snelheid. Daarom is bij hoge snelheden een grotere rijstrookbreedte vereist. Een ander fysiek verschijnsel dat invloed heeft op het dwarsprofiel is de afwatering van de weg. Hiervoor wordt een minimale standaard dwarshelling (afschot) aangehouden van 2 %. Alleen bij autosnelwegen met asfaltverharding is dit 2½ % vanwege de doorgaans grotere verhardingsbreedtes, en de grotere kans op rijsporen met daarin ongewenste plasvorming (gevaar voor aquaplaning). De onverharde zijbermen worden standaard onder 5 % afschot gelegd. 3.19

164 Geometrisch wegontwerp In de wegbermen kunnen taluds verwerkt zijn. Dit zijn hellingen in het dwarsprofiel. Neergaande taluds steiler dan 1:3 en liggend in de ovz, worden beschouwd als obstakels en moeten worden afgeschermd. Neergaande taluds tussen 1:3 en 1:6 en met afrondingsbogen van minimaal 9 meter kunnen worden toegepast binnen de ovz. Taluds van 1:6 of flauwer kunnen zonder meer deel uitmaken van de ovz. Opgaande taluds steiler dan 1:2 en met een kleinere straal van de onderafronding dan 6 meter worden als obstakels beschouwd. Een watergang dieper dan 1 meter kan ook als obstakel worden beschouwd Gedrag van bestuurders De vormgeving van het dwarsprofiel is afhankelijk van de ruimte die bestuurders nodig hebben op de weg. Deze benodigde ruimte bepaalt het profiel van vrije ruimte. Het profiel van vrije ruimte is (in dwarsrichting gezien) de optelsom van twee componenten: de breedte van het ontwerpvoertuig en een objectafstandsmarge. Onder de objectafstandsmarge (oam) verstaan we de afstand tussen het voertuig en vaste voorwerpen naast de rijbaan. Deze maat is vastgesteld op een zodanige grootte dat er geen merkbaar schrikeffect van deze obstakels uitgaat. De oam is afhankelijk van de snelheid (zie Tabel 3.2) Snelheid Personenauto [m] Vrachtauto [m] 120 km/h 1,50 nvt 100 km/h 1,35 nvt 80 km/h 1,00 1,00 50 km/h 0,50 0,50 TABEL 3.2: OBJECTAFSTANDMARGE VOOR MOTORVOERTUIGEN De oam heeft niet alleen betrekking op vaste voorwerpen in de berm, maar ook op stilstaande voertuigen langs de kant van de rijbaan en evenzeer op rijdende "obstakels", zoals in te halen vrachtauto's op de rechterrijstrook. Bestuurders van personenauto's blijken in dat geval een oam van ca. 1,80 m in acht te nemen (dagmaat tussen de voertuigen). Dit betekent dat personenauto's tijdens zo'n manoeuvre aan de rand van de rijstrook kunnen komen, zodat de oam voor voorwerpen in de berm vanuit de kantstreep moet worden gemeten. De oam mag niet worden verward met de obstakelvrije zone. De obstakelvrije zone is een onderdeel van het dwarsprofiel dat uit veiligheidsoogpunt vrij moet blijven. De oam is de afstand die bestuurders tot objecten in acht nemen en is dus afhankelijk van het gedrag van de bestuurder. Het profiel van vrije ruimte kent een minimum-doorrijhoogte van 4,60 m. Deze maat is opgebouwd uit 4,00 m wettelijke maximum-hoogte voor vrachtauto's, 0,20 m voor de vering, 0,10 m voor extra lagen asfalt en 0,30 m extra marge ter onderdrukking van de "plafondvrees". Bij trams en trolleybussen moet bovendien nog rekening worden gehouden met de aanwezigheid van een bovenleiding. De rijdraad bevindt zich 5,50 m boven het wegdek. Bij onderdoorgangen kan de hoogte eventueel worden verkleind tot 4,60 m. Afhankelijk van de verkeerssamenstelling zou in bepaalde situaties (urbane gebieden) overwogen kunnen worden met minder doorrijhoogte te volstaan. Men moet hiermee echter uiterst voorzichtig zijn. Voor hulpdiensten (brandweer!) mag geen enkele hoogtebelemmering worden opgeworpen. 3.20

165 Geometrisch wegontwerp (Brom)fietsers en voetgangers Bij (brom)fietsers wordt uitgegaan van een breedte van 0,75 m (zie Figuur 3.2). Dit is de wettelijk maximale afmeting van (brom)fiets + berijder. De geconstateerde obstakelvreesafstanden, gemeten vanuit de rijlijn, luiden: 0,25 m t.o.v. groen à niveau of trottoirband lager dan 5 cm, 0,50 m t.o.v. trottoirband van 5 cm of hoger, 0,70 m t.o.v. vaste voorwerpen (masten, borden, paaltjes, bomen e.d.), 1,00 m t.o.v. gesloten wand, 2,50 m t.o.v. plafond. FIGUUR 3.2: PROFIEL VAN VRIJE RUIMTE VOOR (BROM)FIETSERS Voor voetgangers heeft het gewenste profiel van vrije ruimte een breedte van 0,70 m + twee marges van 0,15 m aan weerszijden = 1,00 m. Bij korte vernauwingen in een looproute kunnen de marges worden weggelaten (0,70 m); bij puntvernauwingen (lichtmasten, verkeersborden, bomen e.d.) kan met een breedte van 0,50 m worden volstaan. Voor slechtzienden, slechtlopenden en rolstoelgebruikers dienen de voornoemde maten met 0,50 m te worden vergroot. De vrij te houden hoogte bedraagt bij voorkeur 2,50 m, met 2,25 m als minimum. 3.2 Horizontaal alignement: rechtstand, boog en overgangsboog Verkeersfunctie Rechtstand Toepassing van lange rechtstanden in het alignement van een stroomweg buiten de bebouwde kom wordt zoveel mogelijk vermeden om een voldoende afwisselend wegbeeld te verkrijgen. Waar ze niet te vermijden zijn, moet ernaar worden gestreefd de lengte van de rechtstanden te beperken tot in meters van 20 x de ontwerpsnelheid (in km/h). Indien mogelijk worden lange rechtstanden vervangen door zeer ruime bogen met stralen van à meter. Rechtstanden zijn wel goed inpasbaar bij knoop- en kruispunten en aansluitingen in verband met de afwezigheid van parallax (de perspectivisch schijnbare verschuiving van wegbeeldelementen die in bogen kan optreden, 3.21

166 Geometrisch wegontwerp zoals rijstrookpijlen op bewegwijzeringspanelen die niet boven de bedoelde rijstroken lijken te hangen). Ook kunnen rechtstanden nodig zijn in geval van bundeling met bestaande rechte infrastructuur. In verband met de rasterstructuur van het wegennet binnen de bebouwde kom en de daar voorkomende lagere snelheden zijn rechtstanden van beperkte lengte toelaatbaar. Als twee bogen met tegengestelde draaiingrichting direct op elkaar worden aangesloten (zonder S- clotoïde, zoals beschreven in paragraaf 3.4), ontstaat een knik in het wegbeeld. Daarom verdient het aanbeveling tussen deze bogen een rechtstand aan te brengen met een lengte [m] van minimaal 2 x de ontwerpsnelheid [km/h]. Een korte rechtstand tussen twee gelijkgerichte bogen geeft de indruk van een tegenboog. Dit kan worden voorkomen door in plaats van een rechtstand een zeer ruime tussenboog toe te passen, waarvan de straal in de orde van 10 à 25 x die van de te verbinden bogen bedraagt. Mocht een ruime tussenboog niet inpasbaar zijn, dan moet een rechtstand worden gebruikt met een lengte [m] van ten minste 4 x de ontwerpsnelheid [km/h]. Boog De horizontale boog is het basiselement van het wegontwerp. Voor autosnelwegen zijn drie klassen boogstralen te onderscheiden, elk met een eigen toepassingsgebied: grote boogstralen in plaats van rechte tracégedeelten ( m < R < m); gewone boogstralen in gebogen tracégedeelten (1000 < R < m); krappe boogstralen buiten de hoofdrijbaan ter plaatse van knooppunten en aansluitingen (50 < R < 1000 m). Voor wegen van lagere categorieën zijn de boogstraalgrenzen proportioneel lager. Overgangsboog Tussen rechtstand en boog en tussen bogen onderling worden overgangsbogen toegepast. Een overgangsboog heeft de volgende functies: het mogelijk maken van een geleidelijke stuurverdraaiing om de zijdelingse versnelling geleidelijk te doen veranderen; het plaats bieden aan de verkantingsovergang wanneer deze nodig is; het plaats bieden aan een geleidelijke opbouw van de bochtverbreding wanneer deze nodig is; het vermijden van knikken in het wegbeeld. Afhankelijk van de ontwerpsnelheid moeten bij de volgende cirkelbogen overgangsbogen worden toegepast: v [km/h] R [m] < 4000 < 2500 < 2000 < 1700 < 800 < 900 < 300 TABEL 3.3: BOVENGRENZEN VAN BOOGSTRALEN WAARONDER OVERGANGSBOGEN NOODZAKELIJK ZIJN De in de RONA gehanteerde snelheden zijn 100, 80 en 60 km/h. De ROA en de RONA zijn in verschillende tijdsperiodes tot stand gekomen; in de tussenliggende tijd zijn diverse inzichten gewijzigd. Dit verklaart de niet consistente straalgroottes in het lagere snelheidsgebied voor de toepassing van overgangsbogen. 3.22

167 Geometrisch wegontwerp Veiligheid Rechtstand Zoals in de vorige subparagraaf is aangegeven, kleven aan de rechtstand nadelen als monotonie, een lager attentieniveau en slecht zicht op verkeer stroomafwaarts. Bovendien ontstaan knikken in het alignement als rechtstanden door bogen met te krappe straal worden verbonden. Deze aspecten zijn nadelig voor de verkeersveiligheid, dus daarom moeten rechtstanden in een wegontwerp worden vermeden. Boog In tegenstelling tot de rechtstand, zorgen bochten juist voor een afwisselend wegbeeld en een hoger attentieniveau bij de bestuurder. De boog dient echter duidelijk herkenbaar te zijn, zodat deze op een veilige manier doorlopen kan worden. Deze herkenbaarheid en overzichtelijkheid van de bocht kan worden beperkt door vaste objecten in de binnenbocht. In paragraaf 3.5 is uitgewerkt hoe de minimale zichtafstand in een bocht kan worden berekend. Overgangsboog De overgangsboog zorgt ervoor dat er geen abrupte stuurverdraaiingen tijdens het berijden van de boog nodig zijn. In een overgangsboog kan het stuur geleidelijk worden gedraaid, zodat de boog rustig en veilig kan worden ingestuurd Fysieke verschijnselen Verkanting De berijdbaarheid van een boog wordt bepaald door de relatie tussen snelheid, boogstraal, zijdelingse wrijving en verkanting. Onder verkanting wordt niet alleen de standaard dwarshelling (afschot) verstaan, maar meer specifiek een vergroting van de dwarshelling die bij krappere bogen nodig kan zijn om de middelpuntvliedende kracht op voertuig en inzittenden te reduceren. Er is een onderscheid tussen positieve en negatieve verkanting. Een positieve verkanting helpt mee aan de reductie van de centrifugaalkracht (in een linksdraaiende boog is de afwatering naar links). Bij een negatieve verkanting (of tegenverkanting) is er een tegenspraak tussen draai- en afwateringsrichting. Zeer grote bogen kunnen zonder rijtechnische bezwaren onder tegenverkanting worden gelegd, die dan 2 % of 2,5 % bedraagt. Wanneer de boogstraal kleiner wordt, zal eens een ondergrenswaarde worden bereikt waarbij het uit rijtechnische en comfortoverwegingen nog net acceptabel is de boog onder de verkeerde verkanting te nemen. Voornoemde ondergrenswaarde voor de boogstraal fungeert dan als omslaggrenswaarde tussen toepassing van positieve en negatieve verkanting. De Nederlandse richtlijnen voor wegontwerp houden een lineair verband aan tussen de snelheid en de zijdelingse wrijvingsweerstand. De toegelaten wrijving is dan ook verdisconteerd in de formule 3.1, die het dynamische evenwicht weergeeft tussen boogstraal, snelheid en verkanting. waarin: R 7 v v + 9 h (3.1) R: boogstraal [m] v: ontwerpsnelheid [km/h] h: verkanting [%] 3.23

168 Geometrisch wegontwerp Voor elke ontwerpsnelheid kan nu op eenvoudige wijze de omslaggrenswaarde voor de boogstraal worden berekend door voor h -2,5 in te vullen. Voor v = 120 km/h wordt R = 1500 m. Bogen met R 1500 m mogen in principe in tegenverkanting worden gelegd, maar aangeraden wordt om ook boven dit minimum een positieve verkanting toe te passen, tot een straalgrootte van 2,5 à 3 x dit minimum (afgerond 4000 m). Er bestaat dus naast een verplichte omslaggrenswaarde ook nog een gewenste omslaggrenswaarde. Bogen met R < 1500 m (nog steeds voor v = 120 km/h) krijgen altijd een positieve verkanting, oplopend tot 5 %. Dit is de maximum-waarde die voor hoofdrijbanen van auto(snel)wegen wordt gehanteerd. Invulling van h = 5 levert R = 750 m op. In het straalgebied tussen 1500 en 750 m wordt de verkanting lineair geïnterpoleerd. Voor lagere snelheden gelden dezelfde principes. In Tabel 3.4 is voor diverse snelheden het verband af te lezen tussen straalgrootte en verkanting. Opeenvolgende boogstralen moeten zo worden gekozen dat deze doorreden kunnen worden zonder al te grote snelheidsvermindering. Bij twee aansluitende bogen met dezelfde draaiingsrichting kan de onveiligheid aanzienlijk toenemen wanneer de stralen in een onevenwichtige verhouding tot elkaar worden gekozen, dat wil zeggen met een verschil van een factor twee of groter. Boogstraal [m] Verkanting [%] Snelheid [km/h] Bochtverbreding TABEL 3.4: SAMENHANG TUSSEN SNELHEID, STRAALGROOTTE EN VERKANTING De achterwielen van een voertuig beschrijven bij het doorlopen van een boog een meer naar binnen gelegen baan dan de voorwielen. Bij krappe bogen (boogstraal 300 m of kleiner) is bochtverbreding noodzakelijk. Voor de vaststelling van de bochtverbreding is (afgezien van de werkelijke verkeerssamenstelling) de trekker met oplegger het maatgevende voertuig. In Tabel 3.5 is de gewenste bochtverbreding per rijstrook afgerond op 5 cm aangegeven. De in de tabel genoemde waarden gelden voor booglengten van ten minste 10 m. Voor kortere booglengten kan de bochtverbreding naar evenredigheid worden verminderd. De bochtverbreding wordt aangebracht aan de binnenzijde van elke rijstrook. De overgangsboog (zie paragraaf 3.4) wordt benut om deze verbreding geleidelijk te laten verlopen, zodat bij het begin van de cirkelboog de benodigde breedte volledig aanwezig is. 3.24

169 Geometrisch wegontwerp TABEL 3.5: BOCHTVERBREDING PER RIJSTROOK BIJ VERSCHILLENDE HORIZONTALE BOOGSTRALEN Clotoïde Bij de overgangsboog spelen een aantal fysieke verschijnselen een rol. In de overgangsboog wordt het verschil in wegverkanting tussen de rechtstand en de boog (of tussen twee bogen met verschillende boogstraal) overbrugd. Deze verkantingsovergang stelt een aantal eisen aan de overgangsboog, vanwege het rijcomfort en de afwatering. Deze eisen worden aan het einde van deze subparagraaf beschreven. Als overgangsboog wordt sinds de jaren zestig de clotoïde toegepast. Deze kromme is de baan die wordt doorlopen indien de snelheid van het voertuig en de snelheid van de stuurverdraaiing constant zijn, met als gevolg dat de zijdelingse versnelling (mv 2 /R) lineair toeneemt. De clotoïde is een centraal symmetrische dubbelspiraal die zich vanuit de oorsprong (het buigpunt, zie Figuur 3.3) indraait tot een asymptotisch punt. De meest kenmerkende eigenschap van de clotoïde is dat de ontwikkelde lengte vanaf de oorsprong tot elk willekeurig punt op de clotoïde omgekeerd evenredig is met de straalwaarde in dat punt (c.q. recht evenredig met de kromming). Deze eigenschap staat borg voor een vloeiende overgang van rechtstand naar boog. De clotoïde is vooral bij bogen met kleine stralen een effectieve oplossing. In de geometrie van het wegontwerp wordt een klein deel van deze kromme gebruikt. De berekeningsformule van de clotoïde is: 2 A = R L (3.2) waarin: A: parameter van de clotoïde [m] R: boogstraal in een punt op de clotoïde [m] L: ontwikkelde lengte langs de clotoïde vanaf de oorsprong tot dat zelfde punt [m] 3.25

170 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.3: CLOTOÏDE VOOR DE OVERGANGSBOOG τ = 90 L/πR FIGUUR 3.4: PARAMETERS VAN DE CLOTOÏDE De clotoïde met parameter 1 wordt de eenheidsclotoïde genoemd; alle clotoïden zijn gelijkvormig en kunnen daarom uit de eenheidsclotoïde worden afgeleid door vermenigvuldiging met parameter A. Essentieel is dat tussen rechtstand en cirkel enige ruimte in dwarsrichting aanwezig moet zijn om de overgangsboog in te passen (zie Figuur 3.4). Deze ruimte heet de shift ( R). Als A en R gekozen zijn, ligt R vast. Omgekeerd, als R en R vastliggen, is er slechts één clotoïde (met een unieke A- waarde) die de ruimte tussen rechtstand en cirkel overbrugt. Als twee van de drie parameters bekend zijn, volgt daaruit de derde A R = = R L (3.3) R De parameter A van de clotoïde moet zoveel mogelijk aan vijf eisen voldoen: 1. de optische eis: A wordt in beginsel zo klein mogelijk gekozen. Dit leidt tot de volgende grenswaarden: de clotoïde moet de richtingsverandering duidelijk inleiden; hiervoor is een minimale hoekverdraaiing nodig. Dit wordt bereikt met A R/3;

171 Geometrisch wegontwerp waar zicht op de boog nodig is in verband met snelheidsaanpassing, moet een deel van de cirkelboog binnen het functionele gezichtsveld liggen, dat wil zeggen A R. 2. de comforteis: de toename van de zijdelingse versnelling moet binnen bepaalde grenzen blijven. De minimale parameter A is dan: v o = 120 km/h: A = 270 m; v o = 100 km/h: A = 205 m; v o = 80 km/h: A = 115 m; v o = 50 km/h: A = 60 m. 3. de esthetische eis: er moet een vloeiende vormgeving ontstaan die niet misleidend of hinderlijk is, bijvoorbeeld een storende bobbel of zak in het wegbeeld als gevolg van een verkantingsovergang. 4. de dynamische evenwichtseis: de toelaatbare zijdelingse wrijving mag nergens worden overschreden. Deze eis levert geen problemen op als in elk punt van de verkantingsovergang wordt voldaan aan de comforteis. 5. de lengte-eis: de lengte van de clotoïde moet zodanig zijn dat een eventuele verkantingsovergang binnen de clotoïde kan plaatsvinden. Streefminima voor de clotoïdelengte zijn daarom af te leiden uit de lengte van een eventueel bijbehorende verkantingsovergang. De consequenties van de optische en comforteis zijn in Figuur 3.5 aangegeven. FIGUUR 3.5: RELATIE A-WAARDE MET BOOGSTRAAL 3.27

172 Geometrisch wegontwerp Bij kleine hoekverdraaiingen tussen twee rechtstanden in de weg is de toepassing van overgangsbogen vaak niet mogelijk, omdat de overgangsboog dan de gehele hoekverdraaiing gebruikt. Dan is het van belang een ruime boog toe te passen. Omdat de kromming 1/R evenredig is met de lengte L (immers, RL = A 2 ), neemt de verdraaiingshoek τ kwadratisch toe met de ontwikkelde lengte vanaf de oorsprong L L τ = = 2 π A π R (3.4) waarin: τ : hoekverdraaiing [graden]; L : lengte langs de clotoïde [m]; R : eindstraal van de clotoïde [m] = straal aansluitende boog. Voorbeeld Twee wegen die een hoek van 45 met elkaar maken, moeten worden verbonden met een bocht met een boogstraal R = 250 m en overgangsbogen tussen bocht en rechtstanden met een lengte L = 80 m. Zonder overgangsbogen zou de lengte van de bocht 45/360 x 2 πr = 1/8 x 2π x 250 = 196 m bedragen. τ overgangsboog = 90 L / πr = 90 x 80 / (π x 250) = 9. Voor de bocht resteert 45 2 x 9 = 27. De lengte van de bocht inclusief overgangsbogen bedraagt 27/360 x 2π x x 80 = 278 m. Door de overgangsbogen is de bocht dus 82 m langer. Voorbeeld Een bocht met een boogstraal van 200 m moet een hoekverschil van 18 overbruggen. Stel de clotoïdeparameter A = 115, dus L = /200 = 66 m. τ = 90 x 66 / 200π = 9,5, dus de beide aangrenzende clotoïdes eisen al 1 méér op dan aan hoekverdraaiing beschikbaar is. De A-waarde kan nog worden verkleind tot 95 m (ondergrens gebaseerd op de comforteis, behorende bij een ontwerpsnelheid van 70 km/h die bij een boog met R = 200 m behoort). Uit A = 95 volgt L = 45 m, dus τ = 6,4. Voor de boog blijft dan 18-2 x 6,4=5,2 over; de booglengte is 2π x 200 x 5,2/360 = 18 m 1 rijseconde bij 70 km/h, minder dan de gewenste 3 rijseconden. De ontwerper staat dan voor de keus de relatief geringe booglengte te accepteren (boog lastiger in te schatten en kans op knik in wegbeeld), of een nog kleinere A-waarde voor de overgangsboog te nemen, wat een overschrijding betekent van de maximaal toelaatbare toename van de zijdelingse versnelling; deze zal dan hoger uitkomen dan 0,8 m/s 3, wat als minder comfortabel kan worden ervaren. Alternatief is dan een ruimere boogstraal toe te passen, maar die moet dan wel ruimtelijk inpasbaar zijn. Verkantingsovergang In de regel is een verandering van de dwarshelling gewenst bij de overgang van: een rechtstand naar en cirkelboog; een cirkelboog naar een opvolgende cirkelboog met een andere straal; een cirkelboog naar een opvolgende cirkelboog met een andere richting. De verandering van dwarshelling vindt in het algemeen plaats in de overgangsboog, die de verbinding vormt tussen de genoemde ontwerpelementen. Indien er geen overgangsboog is, moet de verandering van dwarshelling bij een overgang rechtstand cirkel plaatsvinden in de rechtstand en bij een overgang cirkel cirkel in de cirkel met de grootste straal, zodat de bij een bepaalde boogstraal gewenste dwarshelling steeds volledig aanwezig is. De verandering van de dwarshelling gebeurt door draaiing van het dwarsprofiel van de rijbaan om een lijn in langsrichting en wordt de verkantingsovergang genoemd. Eerst wordt de dwarshelling van de ene rijstrook vergroot tot de dwarshelling van de andere rijstrook en vervolgens wordt de nu ontstane dwarshelling vergroot tot de benodigde verkanting van de boog is bereikt (zie Figuur 3.6). 3.28

173 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.6: UITVOERINGSVORMEN VAN VERKANTINGSOVERGANGEN [RONA, 1991] 3.29

174 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.7: WENTELENDE VERKANTINGSOVERGANG [RONA, 1991] 3.30

175 Geometrisch wegontwerp Bij de overgang van een rechtstand naar een cirkelboog verdient het aanbeveling de wenteling van de verkanting te laten gebeuren door draaiing van het dwarsprofiel om de kantstreep of om de kant van de verharding aan de binnenboogzijde. Deze methode levert vooral in rechtse bogen optisch gezien een duidelijk beeld op van de cirkelboog, die na de overgangsboog op de rechtstand volgt. Ook in verband met de hoogte van de grondwaterstand, de drainage van het weglichaam en de afwatering van het wegdek is een dergelijke uitvoering gewenst. Bij de S-vormige overgang tussen twee tegengesteld gerichte bogen wordt de verkanting van de rijbaan gewenteld en geheel van richting veranderd. Deze S-vormige overgang wordt in de horizontale as over het algemeen gevormd door twee clotoïdes. Gezien de vaak beperkte lengte van de twee clotoïdes ten behoeve van het verloop van de verkantingsovergang in de rijbaankanten heeft de wenteling om de middenas van de rijbaan hier de voorkeur. De totale lengte van de twee clotoïdes is dan beschikbaar voor een vloeiende overgang waarbij in het punt waar de twee clotoïdes aan elkaar sluiten de dwarshelling nul is (zie Figuur 3.7). Voor het verloop van de kant van de rijbaan bij het aanbrengen van de verkanting zijn verschillende vormen mogelijk: - een cirkelvormig verloop, door middel van twee tegengestelde cirkelbogen. Hierbij is er geen lineair verband tussen de toe- of afname van de kromtestraal van de clotoïde en de toe- of afname van de verkanting. Er zal dus moeten worden gecontroleerd of in elk punt van de verkantingsovergang aan de eis van dynamisch evenwicht voldaan wordt (zie de figuren 3.6a en 3.7a); - een rechtlijnig verloop. Bij deze methode is er een lineair verloop van de verandering van de dwarshelling. Aangezien in de overgangsboog de toe- of afname van de kromtestraal ook lineair verloopt, is er steeds een rechtlijnig verband tussen de straal in het horizontale alignement en de verkanting in een bepaald punt van de verkantingsovergang (zie de figuren 3.6b en 3.7b). Bij stralen R h >300 m verdient uit esthetische overwegingen een vloeiend cirkelvormig verloop de voorkeur. Bij een verkantingsovergang moet de verhouding tussen de onder- en de bovenstraal zo worden gekozen dat de beide cirkeldelen aan elkaar aansluiten, ter plaatse waar de dwarshelling nul is. Bij de vormgeving van het verloop van de kant van de rijbaan ten gevolge van de verkantingsovergang moet rekening worden gehouden met de eisen voor het rijcomfort en met de afwatering van de weg Gedrag van bestuurders Bij lange rechtstanden in een weg gaan bestuurders vaak harder rijden dan op een weg met een bochtig alignement. Er moet naar worden gestreefd om rechtstanden in RONA-categorie VI-wegen en lager niet langer dan circa 500 m te ontwerpen om het rijden met hoge snelheden op dit soort wegen te ontmoedigen. Bestuurders gedragen zich anders op bochtige wegen dan op rechte wegen. Bochtige wegen zorgen voor een meer afwisselend wegbeeld, waardoor de bestuurders alerter blijven. De zichtafstanden zijn kleiner, waardoor sneller op onverwachte omstandigheden moet worden geanticipeerd. Daarom wordt er op bochtige wegen rustiger gereden dan op rechte weggedeeltes. Voor een rustig rijgedrag is het wenselijk dat de rijtijd in een boog minimaal 3 seconden bedraagt. De overgangsboog zorgt voor een geleidelijke overgang tussen een rechtstand en een boog of tussen twee boogstralen. Hierdoor hoeft de bestuurder geen abrupte stuurbewegingen te maken en kan de boog met een groter comfort worden ingestuurd. 3.31

176 Geometrisch wegontwerp 3.3 Horizontaal alignement: algemeen Bij de bespreking van de hoofdprincipes van het wegontwerp zijn het rijzicht en het stopzicht behandeld. In deze paragraaf wordt aandacht besteed aan vier andere typen zichtafstanden die een rol spelen bij het ontwerp van het horizontaal alignement: Uitwijkzicht, Inhaalzicht, Boogzicht, en Wegverloopzicht. Bij het wegontwerp zal op basis van alle relevante zichtafstanden (dus ook de zichtafstanden die straks worden besproken bij het verticaal alignement) een afweging moeten worden gemaakt welke zichtafstand maatgevend is. Omdat deze zichtafstanden niet specifiek voor de rechtstand, de bocht of de overgangsboog gelden, zijn deze opgenomen in deze aparte paragraaf. Vanwege de beperkte hoeveelheid stof is in deze paragraaf geen onderscheid gemaakt in de vier ontwerpaspecten Uitwijkzicht Het uitwijkzicht is het zicht op een obstakel van bescheiden afmetingen dat één rijstrook verspert, zoals een verloren uitlaatdemper. De kans is gering dat een obstakel, dat nergens hoger is dan 50 cm, over de volle breedte een rijbaan blokkeert. Doorgaans zal er daarom ruimte zijn het obstakel na een uitwijkingsmanoeuvre te passeren. Indien de rijbaan zo vol is dat een uitwijkingsmanoeuvre niet direct mogelijk is, is er ook geen zicht op het obstakel. Maatgevend is dan het zicht op remmende voertuigen stroomafwaarts. Kleine objecten zullen bij duisternis pas laat worden opgemerkt. Het hiermee gepaard gaande risico wordt aanvaardbaar geacht. Uitgangspunten: uitwijken met 1 m/s verplaatsing in zijdelingse richting, dus 3,5 s voor rijstrook-wisseling; hoge perceptie-reactietijd in verband met onverwachte gebeurtenis, afnemend bij lagere ontwerpsnelheden in verband met hoger attentieniveau; voorbereiden van uitwijkmanoeuvre: voor 120, 100 en 80 km/h: 1 s in verband met comfort; niet van toepassing bij 50 km/h. Snelheid Tijdsduur Zichtafstand Voorbereiding Uitwijk- v ontw PRT uitwijken manoeuvre Totaal [km/h] [s] [s] [s] [s] [m] 120 2,5 1,0 3,5 7, ,3 1,0 3,25 6, ,9 1,0 3,10 6, ,5-2,75 4,25 60 prt: Perceptie reactietijd TABEL 3.6: TIJDEN EN ZICHTAFSTANDEN IN VERBAND MET UITWIJKEN VOOR EEN OBSTAKEL OP EEN RIJSTROOK De maatgevende situatie is hier een obstakel van 0,20 meter hoog Inhaalzicht Onder inhaalzicht wordt de weglengte verstaan die nodig is om veilig te kunnen inhalen. Deze lengte is de optelsom van de lengte die een voertuig nodig heeft om in te halen plus de in die zelfde tijd door een tegenligger afgelegde afstand plus de lengte die nodig is als veiligheidsmarge tussen beide voertuigen aan het einde van de inhaalmanoeuvre. Onderzoek naar inhaalmanoeuvres van snelverkeer onderling heeft aangetoond dat daarbij niet de eigenschappen van het inhalende voertuig (acceleratievermogen) in de eerste plaats van belang 3.32

177 Geometrisch wegontwerp zijn, maar veeleer de mogelijkheden die de bestuurder van een inhalend voertuig heeft om het voor die manoeuvre benodigde hiaat in de tegenverkeersstroom goed in te schatten. Op grond van de verdeling van geaccepteerde en geweigerde hiaten in de verkeersstroom is de verdeling van de kritische hiaattijden bepaald; de 85-percentielwaarden van deze laatste verdeling kunnen beschouwd worden als veilige waarden voor het in het ontwerp te hanteren inhaalzicht. Gebleken is dat bij inhaalmanoeuvres van snelverkeer onderling deze waarden overeenkomen met volgtijden van voertuigen in de tegenverkeersstroom, die variëren van circa 21 tot 25 s (variatie afhankelijk van de snelheid van het in te halen voertuig). Daarnaast is het van belang te weten bij welke zichtafstand (dat wil zeggen: bij welke tijdshiaten in de tegenverkeersstroom) het merendeel van de potentiële inhalers niet (meer) inhaalt. Dit blijkt te zijn bij tijdshiaten die kleiner zijn dan circa 16 s. De hiermee corresponderende waarden voor het inhaalzicht op wegen met een lagere ontwerpsnelheid dan die voor autosnelwegen zijn verzameld in Tabel 3.7. v ontw wegcategorie Inhaalzicht Er wordt niet (meer) ingehaald bij zichtafstanden kleiner dan [km/h] [m] [m] 100 III IV, V VII TABEL 3.7: ZICHTAFSTANDEN WAARBOVEN VEILIG KAN WORDEN INGEHAALD C.Q. WAARONDER NIET MEER WORDT INGEHAALD Gezien het feit dat bestuurders bij lengten tussen de waarden in de derde en vierde tabelkolom (het kritische gebied van inhaalzichtafstanden) mogelijk twijfelen over al of niet (kunnen) inhalen, wordt sterk aanbevolen dergelijke tussenliggende waarden in het ontwerp te vermijden Boogzicht Om ook in binnenbochten voldoende zichtafstand te bieden, moet de minimale boogstraal worden afgestemd op de afstand van een zichtbeperkend object uit de kantstreep en de benodigde zichtafstand (Figuur 3.8) Ervan uitgaande dat het oog van de bestuurder zich op 2 meter uit de kantstreep van de binnenboog bevindt, kan de straal worden berekend uit: z Rh= 8 (a + 2) 2 (3.7) waarin: R h : boogstraal [m]; z : maatgevende zichtafstand [m]; a : afstand zichtbeperkend object uit kantstreep binnenboog [m]. Omgekeerd kan, bij een al vastgestelde straal, de afstand uit de rijbaan van bijvoorbeeld een aan te brengen geluidsscherm worden bepaald. 3.33

178 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.8: ZICHT IN BOOG [ROA, 1991] Wegverloopzicht Dit zicht is nodig om de dwarspositie van het voertuig te beheersen (laterale regeltaak) en om goed in te spelen op gebeurtenissen in de lengterichting van de weg (longitudinale regeltaak). Voor de laterale regeltaak is weinig zicht in de lengterichting nodig. Vooral het perifere gezichtsveld geeft hiervoor informatie. Voor zichtafstanden is de longitudinale regeltaak maatgevend met daarin als belangrijkste factor de horizontale boog. De benodigde zichtafstand voor het comfortabel de boog ingaan is opgebouwd uit de perceptie-reactie- afstand en de herkenningslengte. Met dit laatste begrip wordt bedoeld: dat deel van de boog dat de automobilist moet kunnen waarnemen om de boog te kunnen herkennen en inschatten. (De boog als zodanig wordt herkend op grond van zijn dwarsverplaatsing). Over de som van deze twee afstanden dient de markering te kunnen worden gezien. Tabel 3.8 geeft voor het wegverloopzicht de minimaal benodigde afstanden bij verschillende ontwerpsnelheden. Perceptie-reactie Herkenning Totaal v ontw Tijd Afstand Tijd Afstand Tijd Zichtafstand [km/h] [s] [m] [s] [m] [s] [m] TABEL 3.8 TIJDEN EN ZICHTAFSTANDEN BIJ NADERING VAN EEN BOOG 3.4 Verticaal alignement: langshelling en afrondingsbogen Verkeersfunctie Het verticale alignement geeft het verloop van de weg in de hoogteligging weer. Meestal wordt het verticale alignement gekoppeld aan de horizontale as; wanneer ook het terrein in langsrichting doorsneden wordt over deze as, wordt een goed beeld verkregen van de relatie tussen de hoogteligging van het terrein en de weg. Waar mogelijk dienen belangrijke hoogteverschillen in het maaiveld door de weg te worden gevolgd. Zodoende ontstaat een voldoende afwisselend wegbeeld. Door de verticale ingrepen ten opzichte van het maaiveld zo klein 3.34

179 Geometrisch wegontwerp mogelijk te houden, zal ook worden bespaard op het grondverzet. In het grootste deel van Nederland zijn deze hoogteverschillen in het maaiveld echter beperkt. In Nederland zijn bruggen, viaducten en tunnels vaak de meest opvallende elementen in het verticaal alignement. De wegen op bruggen, viaducten en in tunnels kunnen via een aardenbaan met het maaiveldniveau worden verbonden. Dit is een relatief goedkope oplossing, maar beslaat meer ruimte dan bijvoorbeeld een betonnen constructie. Op plaatsen met een gebrek aan ruimte kan dus (ondanks de veel hogere bouwkosten) toch worden gekozen voor een betonnen kunstwerk. Bij zeer hoge kunstwerken zijn enorme hoeveelheden zand nodig voor een aardenbaan, waardoor een betonnen constructie toch goedkoper kan zijn. Een ander aspect bij het ontwerpen is rekening houden met de grondwaterstand. Hierbij moet de afstand tussen het laagste punt van de verharding en het grondwater minimaal 0,70 m, maar bij voorkeur 1,00 m bedragen, in verband met een goede ontwatering van de aardebaan en ter voorkoming van vorstschade aan de verharding. Als niet aan deze verticale afstandseis kan worden voldaan, moeten (dure) bakconstructies of kunstmatige polders (permanente bemalingskosten) worden toegepast. Uit oogpunt van economie is een horizontale ligging te prefereren (geen energieverliezen bij voertuigen, minder schadelijke uitstoot, gelijkmatigere geluidsbelasting). Het hellingpercentage en de hellinglengte, evenals de grootte van de verticale boogstralen dienen aan bepaalde eisen te voldoen. Hierbij spelen de keuze van de ontwerpsnelheid en overwegingen ten aanzien van verkeersafwikkeling en -veiligheid een rol. De twee bepalende karakteristieken van de langshelling zijn het hellingpercentage en de hellinglengte. Het hellingpercentage wordt ten opzichte van het horizontale vlak weergegeven. Onder de hellinglengte wordt verstaan: de horizontale afstand tussen de snijpunten van de raaklijnen aan de onder- en bovenafrondingen (zie Figuur 3.9). Het maximaal toelaatbare hellingpercentage wordt in eerste instantie bepaald door de ontwerpsnelheid. De grenswaarden die daaruit voortvloeien zijn vermeld in Tabel 3.9. FIGUUR 3.9: HELLINGLENGTE EN HELLINGPERCENTAGE v ontw [km/h] NOA-hoofd- rijbanen NOA voor grote kunstwerken RONA * * 50 7 * In heuvelachtig gebied kunnen hogere percentages voorkomen (maximaal 12 %) TABEL 3.9: MAXIMALE HELLINGPERCENTAGES BIJ VERSCHILLENDE ONTWERPSNELHEDEN 3.35

180 Geometrisch wegontwerp In knooppunten en aansluitingen zijn lage hellingpercentages gewenst. Vlakke of flauw hellende weefvakken leiden tot een homogenere snelheid, waarbij capaciteit en veiligheid zijn gebaat. Invoegingen op stijgende weggedeelten zijn om dezelfde redenen minder gewenst. Een lange opgaande helling kan een capaciteitsvermindering van de weg tot gevolg hebben. Dit is niet alleen afhankelijk van de hellinglengte en het stijgingspercentage, maar ook van het aandeel vrachtverkeer en het afwikkelingsniveau. Een extra rijstrook aan de linkerzijde (inhaalstrook) kan dan uitkomst bieden. Als de snelheidsreductie van (zware) vrachtauto's méér dan 20 km/h bedraagt, is het uit veiligheidsoverwegingen gewenst een extra rijstrook aan de rechterzijde (kruipstrook) aan te brengen. Onderzoek heeft aangetoond dat wat betreft de verkeersafwikkeling het toepassen van een inhaalstrook aanzienlijk meer rendement oplevert dan een kruipstrook. De kruipstrook blijkt door een relatief gering aantal vrachtauto's te worden benut. Bovendien kan het min of meer onverwachte invoegen van het vrachtverkeer aan het einde van de kruipstrook tot verkeersonveilige situaties leiden. Om deze redenen verdient de aanleg van een inhaalstrook de voorkeur. In Nederland komen dit soort hellingen echter niet veel voor. In Zuid-Limburg en op de Veluwe zijn enige hoogteverschillen in het maaiveld, maar de lengtes van de hellingen zijn daar vaak beperkt. Voor de afronding van verschillen in langshelling wordt de cirkelboog gebruikt. Holle en bolle cirkelbogen (of voet- en topbogen) kunnen direct op elkaar worden aangesloten of verbonden door een rechtstand. Deze rechtstand wordt alleen toegepast bij lange hellingen. Korte hellingen tussen de afrondingsbogen kunnen beter worden vermeden om het wegbeeld voldoende vloeiend te laten verlopen. Een vloeiend wegbeeld en goede zichtlengten vragen vooral in het hogere snelheidsgebied om royale bogen, die dikwijls aanzienlijke gevolgen hebben voor het grondverzet Veiligheid Bij een helling spelen enkele specifieke veiligheidsaspecten een rol. Een helling verandert namelijk de lengte van de remweg. Bij een neergaande helling is de remweg langer dan bij een opgaande helling. Dit veroorzaakt een verandering in stopzichtafstand als functie van het hellingpercentage en is terug te zien in de formule voor het stopzicht in paragraaf In de volgende paragraaf is aangegeven hoe de minimale boogstralen voor de afrondingsboog wordt bepaald, zodat aan de minimale zichtafstanden wordt voldaan. Een ander veiligheidsaspect is de snelheidsterugval van vooral vrachtverkeer op lange hellingen. Bij wat grotere hoogteverschillen (meer dan 10 à 20 m) kan het hellingpercentage afgestemd worden op de hellinglengte. Uit oogpunt van verkeersveiligheid en capaciteit zullen de snelheidsverschillen tussen vracht- en personenauto's niet te groot mogen worden. De snelheidsreductie van vrachtauto's op hellingen in auto(snel)wegen mag de 20 km/h niet overschrijden (30 km/h voor wegen RONA- Categorie V). De klim- en daalkarakteristieken voor vrachtverkeer zijn weergegeven in de Figuren 3.10 en De invloed van aanvangssnelheid en hellingpercentage is duidelijk. Opvallend is de lange afstand die kan worden afgelegd voordat de uiteindelijke constante klimsnelheid is bereikt, uitgaande van een beginsnelheid (v 0 ) van 80 [km/h]. 3.36

181 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.10: ACCELERATIE VAN VRACHTAUTO S VAN EEN LAGE VERHOUDING VAN 5,1 KW/TON BIJ VERSCHILLENDE STIJGINGEN [HANDBOEK WEGONTWERP, 2002] FIGUUR 3.11: AFNAME VAN DE SNELHEID VAN VRACHTAUTO S VAN EEN LAGE VERHOUDING VAN 5,1 KW/TON BIJ VERSCHILLENDE DALINGEN EN STIJGINGEN [HANDBOEK WEGONTWERP, 2002] Voorbeeld 1: (berekening snelheidsterugval bij helling) helling p = 4%, l = 600 m, V begin = 60 km/h V eind volgt uit de grafiek: ca. 36 km/h Voorbeeld 2: (berekening acceleratielengte) helling p = 1%, V begin = 0 km/h, V eind = 60 km/h Afgelegde afstand volgt uit grafiek: ca m 3.37

182 Geometrisch wegontwerp Fysieke verschijnselen Een belangrijk veiligheidsaspect bij bolle bogen is de minimale zichtafstand. Deze zichtafstand wordt bepaald door de boogstraal van de bolle boog. Voor het dimensioneren van bolle bogen in autosnelwegen (of verbindingswegen in knooppunten en toe- en afritten in aansluitingen) moeten drie criteria voor de zichtlengte getoetst worden: het wegverloopzicht, het stopzicht en het uitwijkzicht. Elke zichtsoort is gekoppeld aan de hoogte van een object dat achter de bolle boog ligt, juist boven de "kijkraaklijn" (zie Figuur 3.12). Er wordt gerekend met een ooghoogte van bestuurders van personenauto's van 1,10 m. De objecthoogten, behorende bij de voornoemde soorten zicht, zijn: wegverloopzicht: 0,00 m hoogte van de markering; stopzicht: 0,50 m hoogte achterlichten personenauto boven wegdek, zichtbaarheids criterium bij duisternis; uitwijkzicht: 0,20 m hoogte "ontwerp-obstakel" dat rijstrook verspert; - inhaalzicht 1,10 m ooghoogte bestuurder tegemoetkomende auto. FIGUUR 3.12: ZICHTPRINCIPE BIJ DIMENSIONERING VAN BOLLE BOGEN Bij wegen met gescheiden rijbanen geldt het inhaalzichtcriterium vanzelfsprekend niet. De minimale boogstraal van de bolle boog wordt bepaald met behulp van de formule: R 2 z vmin = L 2 2 ( h0 + hh ) (3.9) waarin R vmin : minimale verticale boogstraal [m] L z : zichtafstand [m] h o : ooghoogte van de bestuurder [m] h h : bij zichtafstand behorende objecthoogte [m] De formule is toepasbaar als de zichtlengte kleiner is dan de booglengte. Bij elke ontwerpsnelheid worden, door de toetsing aan de van toepassing zijnde zichtlengtecriteria, drie of vier boogstralen gevonden waarvan de grootste de maatgevende minimale straal is. Voor autosnelwegen leidt invulling van de bovenvermelde parameters in de formule tot straalwaarden zoals vermeld in Tabel Voor de tussengelegen snelheden geldt hetzelfde berekeningsprincipe. Merk de omslag op tussen uitwijkzicht en wegverloopzicht als maatgevende waarde tussen 50 en 80 km/h. 3.38

183 Geometrisch wegontwerp v ontw [km/h] Wegverloopzicht [m] Stopzicht [m] Uitwijkzicht [m] TABEL 3.10: ONDERGRENZEN BOOGSTRALEN VAN BOLLE BOGEN BIJ VERSCHILLENDE ZICHTSITUATIES EN ONTWERPSNELHEDEN Voor een autoweg (categorie III, v ontw = 100 km/h, één rijbaan) resulteert dit in een verticale boogstraal van m. Dergelijke grote stralen zijn alleen bruikbaar wanneer dat met het oog op de topografische gesteldheid van pas komt. In andere gevallen zal men niet ontkomen aan een inhaalverbod (kostenbesparing op grondverzet) of aan scheiding van rijrichtingen. Men dient er tevens op bedacht te zijn dat een eventueel aanwezige horizontale boog de rol van zichtbeperkend element al gauw overneemt (obstakels in de berm). De combinatie van langshelling en dwarshelling levert een ruimtelijke helling op. Deze resultante is te berekenen uit: i = i + i (3.8) 2 2 r l d waarin: i r : ruimtelijke helling [%] i l : langshelling [%] i d : dwarshelling [%] Bij de keuze van het hellingpercentage dient te worden gewaakt tegen overschrijding van de maximale ruimtelijke helling. In het bijzonder bij de combinatie van horizontale bogen met verticale hellingen moet hierop worden gelet. De ruimtelijke helling dient zodanig te zijn dat er geen gevaar ontstaat voor afglijden van een voertuig. Op hoofdrijbanen van auto(snel)wegen is de maximaal toelaatbare ruimtelijke helling 7 %. Op overige rijbanen geldt een maximum van 8 %, omdat daar sprake is van een geringer risico bij afglijden. Wegvakken met hellingen steiler dan 1 à 1,5 % geven een goede waterafvoer bij de verkantingsovergangen. Waar mogelijk dienen deze overgangen gecombineerd te worden met aanwezige of te realiseren hellingen. Zones met een relatief slechte waterafvoer worden hierdoor vermeden. Bij grote hellinglengten dient in principe gekozen te worden tussen een flauwe helling zonder uitbreiding van het aantal rijstroken en een steilere helling waarbij veiligheid en capaciteit voldoende gewaarborgd worden door toevoeging van een extra rijstrook Gedrag van bestuurders Wanneer de rijbaan onder een langshelling ligt, veranderen de zichtafstanden voor het stopzicht. Bij een opgaande helling staat een voertuig namelijk sneller stil en wordt de stopzichtafstand korter. Bij een neergaande helling is de remweg van een voertuig juist langer en wordt de stopzichtafstand langer. De stopzichtafstand als functie van het hellingpercentage volgens de NOA is voor vier verschillende snelheden af te lezen in Figuur

184 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.13: ZICHT OP STILSTAAND VERKEER BIJ VERSCHILLENDE HELLINGPERCENTAGES [NOA, 2007] Met betrekking tot het gedrag van bestuurders bij het rijden over verticale afrondingsbogen kunnen wat opmerkingen worden gemaakt over het comfort. Het vereiste comfort bij het berijden van een bolle boog is niet maatgevend bij het bepalen van de boogstraal. De optredende variaties in versnellingskrachten blijven ook bij krappere bolle bogen ver beneden de grenswaarden die nog comfortabel genoemd kunnen worden. Bij de dimensionering van holle bogen spelen de zichtlengte-eisen geen rol van betekenis (behalve in diep gelegen kunstwerken zoals tunnels). De minimaal toe te passen straal van de holle boog volgt uit de comforteis; de verticale versnelling mag niet meer dan 1 m/s 2 bedragen. Uit formule 3.10 volgen minimale holle boogstralen die circa een factor 10 lager liggen dan de vereiste minimale bolle boogstralen bij dezelfde ontwerpsnelheid. R vmin ( vontw / 3,6) = a 2 (3.10) waarin: R vmin : minimale boogstraal hol [m] v ontw : ontwerpsnelheid [km/h] a : acceleratie [m/s 2 ] Als deze minimale bolle en holle boogstraal aaneengeschakeld zouden worden, is het visuele resultaat volstrekt onacceptabel. De holle boog (van relatief geringe lengte) wordt perspectivisch sterk verkort, waardoor een knik in het wegbeeld optreedt. Om esthetische redenen is het noodzakelijk de straal van de holle boog twee keer zo groot te kiezen als de straal van de daarop volgende bolle boog. De minimale straalwaarden gebaseerd op comfort zijn alleen in speciale gevallen bruikbaar. Voor de toe te passen waarden zie Tabel

185 Geometrisch wegontwerp v ontw [km/h] Comfort [m] Esthetica [m] TABEL 3.11: ONDERGRENZEN BOOGSTRALEN VAN HOLLE BOGEN BIJ VERSCHILLENDE ONTWERPSNELHEDEN EN VERSCHILLENDE EISEN Met het oog op kostenbesparing worden vooral in diepe tunnels veel kleinere holle bogen toegepast. Omdat er door het gebruik van relatief lange hellingen geen directe visuele relatie is met een aangrenzende bolle boog, speelt de esthetica hier een ondergeschikte rol. 3.5 Verticaal alignement: algemeen Het verticaal alignement bestaat uit de twee ontwerpelementen van de vorige paragrafen: langshellingen en afrondingsbogen. In het geval van een vlakke weg is de langshelling gelijk aan 0%. In deze paragraaf zijn enkele aandachtspunten weergegeven voor het verticaal alignement. In de eerste subparagraaf wordt ingegaan op enkele belangrijke ontwerpaspecten van het verticaal alignement. In de tweede subparagraaf is stilgestaan bij het wegbeeld dat ontstaat uit de combinatie van het horizontaal en verticaal alignement. Het verticaal alignement kent geen overgangsbogen. Deze zijn niet nodig, omdat de verticale afrondingsbogen al ruim genoeg zijn voor het rijcomfort en er geen verkanting wordt toegepast (er is dus ook geen verkantingsovergang) Ontwerp verticaal alignement Voor een juiste toepassing, aaneenschakeling en berekening van de topboog, voetboog en langshelling spelen de volgende aandachtspunten een rol: Onderdruk de neiging om bij een nieuw te ontwerpen wegverbinding over alle bestaande infrastructuur heen te willen gaan. Omdraaiing van niveaus kan in bepaalde gevallen een aanzienlijke besparing op grondverzet (dus kosten) opleveren. Voorbeeld: een nieuwe dubbelbaans-autoweg op maaiveldniveau ontwerpen en bestaande te kruisen wegen van lagere orde één niveau optillen; Al te precies de hoogteligging van het maaiveld volgen, resulteert in een groot aantal verticale elementen; dit is ongewenst (zie ook subparagraaf 3.8.2); Bij hoogteverschillen tussen 2 en 10 meter, die gebruikelijk zijn bij het ongelijkvloers kruisen van land-, spoor- en waterwegen, zullen top- en voetboog doorgaans rechtstreeks aan elkaar gekoppeld worden. Alleen bij diepe tunnels en hoge rivierbruggen, of gedwongen door topografische omstandigheden, kan een helling tussen de afrondingsbogen noodzakelijk blijken. Bij geringe hoogteverschillen (tot 2 m) ontstaat visueel een bult of kuil in het wegbeeld als de minimum stralen worden toegepast; om dit te verzachten dienen hier óf zeer grote verticale stralen te worden gekozen, óf een zeer flauwe helling (1 promille of minder, met een minimum lengte van 300 m). Voor wegen in de lagere categorieën speelt de esthetica een minder prominente rol; De benodigde doorrijhoogte moet voor de lengteprofielberekening op de juiste wijze worden geconverteerd naar het te overbruggen hoogteverschil (zie Figuur 3.14). 3.41

186 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.14: CONVERSIE DOORRIJHOOGTE NAAR HOOGTEVERSCHIL Als vuistregel kan voor de constructiehoogte 1/25 van de overspanning (gemeten in de lengterichting van het kunstwerk) worden aangehouden. Als marge kan daar nog circa 10 cm worden bijgeteld voor de dikte van het asfaltdek. In de praktijk wordt de rekenas van het lengteprofiel in het hart van de deelstreep gelegd, of (bij autosnelwegen) op de kantstreep aan de middenbermzijde. Bij lengteprofieltekeningen is het gebruikelijk de verticale schaal veel groter te kiezen dan de horizontale schaal, om het hoogteverloop van zowel maaiveld als ontwerp beter te doen uitkomen. Bijvoorbeeld een horizontale schaal van 1:2000 en een verticale schaal van 1:100, waarmee het lengteprofiel met een factor 20 wordt overdreven. Bij het interpreteren en bewerken van lengteprofieltekeningen dient men zich te realiseren dat de cirkelbogen tot (delen van) ellipsen zijn uitgerekt. Lengteprofielen kunnen eenvoudig en snel handmatig worden doorgerekend (zie Figuur 3.15) met de paraboolformule (3.11). De helling i (inclination) van de raaklijn op afstand x volgt uit (3.12). 2 x y = (3.11) 2R x i = (3.12) 0, 01R waarin R : verticale boogstraal [m]; x : horizontale afstand vanuit hoogste of laagste punt van de boog [m]; y : verticale afwijking [m] op afstand x; i : helling [%] op afstand x. Omdat bij het wegontwerp slechts een klein gedeelte van de cirkelboog wordt gebruikt (het gedeelte om en nabij de horizontaal), is het verschil in uitkomst tussen parabool- en cirkelformule verwaarloosbaar klein. Zelfs veel computerprogramma's gebruiken de parabool als basis voor de berekening van lengteprofielen. 3.42

187 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.15: PARAMETERS BIJ TOP- EN VOETBOGEN In het geval dat: de voet- en topboog elkaar raken; de tangentlijnen in de oorsprong van beide bogen parallel lopen; het te overwinnen hoogteverschil bekend is; de stralen van beide bogen bekend zijn, mogen de stralen van voet- en topboog bij elkaar worden opgeteld om de benodigde lengte te kunnen berekenen (3.13). De maximum-helling in het buigpunt kan worden gecontroleerd met (3.14). L = 2H i = 200 R (3.13) H L (3.14) waarin L : horizontale lengte van voet- en topboog samen [m]; H : totale hoogteverschil [m]; Σ R: : i : helling in het buigpunt [%]. som van voet- en topboog (R 1 +R 2 ) [m]; In het geval dat de lengte L een vaststaand gegeven is, kan de som van de stralen worden teruggerekend, in de gewenste verhouding opgesplitst en vergeleken met de minimumwaarden in relatie tot de ontwerpsnelheid. Desgewenst kan de positie van het buigpunt worden gevonden door de afstanden L en H in dezelfde verhouding op te delen als tussen R 1 en R 2. Als in de voorgaande situatie de helling in het buigpunt de toegestane norm overschrijdt, zullen voet- en topboog uit elkaar moeten worden geschoven en verbonden met een flauwer gekozen helling (zie Figuur 3.16). De benodigde lengte kan dan berekend worden uit (3.15). R H L = i i (3.15) 3.43

188 Geometrisch wegontwerp waarin: L : horizontale lengte van beide bogen en helling samen [m]; i : helling [%]; Σ R: : H : totale hoogteverschil [m]. som van voet- en topboog (R 1 +R 2 ) [m]; De lengtes van de afzonderlijke elementen en de locatie van de tangentpunten kunnen desgewenst op eenvoudige wijze worden afgeleid uit de basisformules (3.11) en (3.12). FIGUUR 3.16: PARAMETERS BIJ HELLINGEN EN AFRONDINGSBOGEN Voorbeeld Een weg van RONA-categorie V (v ontwerp = 80 km/h) kruist ongelijkvloers een spoorlijn; het hoogteverschil bedraagt 7 meter. De bijbehorende minimum-topboog R t is 5000 m (Tabel 3.10). De voetboog wordt het dubbele: R v = m. De benodigde lengte L = (2H Σ R) = (2 * 7 * ( )) = 460 m (opgesplitst: 307 m voor de voetboog, 153 m voor de topboog). De helling i = 200 H/L = 200 * 7/460 = 3,04 %. Dit is ruim binnen de maximum-rona-norm van 5 % (zie Tabel 3.9). Zou men desondanks niet steiler willen gaan dan bijvoorbeeld 2 %, dan wordt de lengte: L = 2 * 15000/ * 7/2 = 500 m. Uit dit voorbeeld blijkt dat een flauwere maximumhelling relatief weinig extra lengte vergt. De lengtes van de afzonderlijke elementen bedragen: L voetboog = 0.01R i = 100 * 2 = 200 m L topboog = 0.01R i = 50 * 2 = 100 m L helling = = 200 m Nu de lengtes van de afrondingsbogen bekend zijn, kunnen met de paraboolformule de hoogtes van de tangentpunten en eventueel tussenliggende punten worden bepaald. Voorbeeld In een enkelbaansweg met een ontwerpsnelheid van v = 100 km/h moet tussen een opgaande helling van 1,4 % en een neergaande helling van 0,6 % een verticale afrondingsboog worden aangebracht. Er moet ter plekke veilig kunnen worden ingehaald. Uit Tabel 3.7 volgt dat de zichtafstand dan minimaal 700 m bedraagt. Hierbij hoort een topboog met een straal van R = / 2 ( 1,1 + 0,5) m (formule 3.9). De lengte van de verticale boog bedraagt (1,4 + 0,6) / 100 = 1600 m (formule 3.15). (N.B. De zichtlengte is kleiner dan de booglengte: formule 3.9 is dus toepasbaar en er zitten aan weerszijden van de top van de afrondingsboog twee tangenten, waardoor gedeeld moet worden door 100.) 3.44

189 Geometrisch wegontwerp Vanaf de opgaande helling tot de top is de boog 1,4 * / 100 = 1120 m lang en vanaf de top tot de neergaande helling 0,6 * / 100 = 480 m. De overgang van helling van 1,4 % naar topboog bevindt zich op / (2 * ) = 7,84 m onder de top, de overgang van topboog naar de helling van 0,6 % op / (2 * ) = 1,44 m onder de top (formule 3.11) Wegbeeld Om vanuit de geometrie gezien een rustig wegbeeld te verkrijgen, verdient het aanbeveling te streven naar beperking van het aantal ruimtelijke elementen. Een ruimtelijk element is een deel van de ruimtelijke lijn die in het horizontale en in het verticale vlak geen wisseling van krommingsrichting geeft. Dit kan worden bereikt door de tangentpunten van het horizontale en verticale alignement zoveel mogelijk te laten samenvallen (zie Figuur 3.17). Een afrit zou men bijvoorbeeld kunnen vormgeven door achtereenvolgens een rechtsdraaiende bolle boog, een hellende rechte en een linksdraaiende holle boog toe te passen. De ervaring heeft geleerd dat de aanwezigheid van meer dan drie à vier ruimtelijke elementen, tegelijkertijd zichtbaar in het wegbeeld, een onrustige indruk geeft. FIGUUR 3.17: RUIMTELIJK ELEMENT FIGUUR 3.18: GRONDVORMEN VAN DE RUIMTELIJKE ELEMENTEN 3.45

190 Geometrisch wegontwerp Op grond van het voorgaande zijn de volgende grondvormen van ruimtelijke elementen te onderscheiden (zie Figuur 3.18): I de ruimtelijke rechtstand, II de vlakke horizontale boog, III de verticaal gekromde rechtstand, IV de samengestelde boog. 3.6 Knooppunten, kruispunten en rotondes Verkeersfunctie Het is onvermijdelijk dat wegen en straten op elkaar aansluiten en elkaar kruisen, zodat men van de ene op de andere weg kan komen. Op de kruispunten zullen de banen van de voertuigen (mits geen fysieke maatregelen zijn getroffen) elkaar in hetzelfde vlak kruisen. Als gevolg daarvan kunnen conflicten optreden, ook al blijft elk van de voertuigen in de door de ontwerper voorbestemde baan of rijstrook. Indeling naar aspecten Kruispunten (hier nog als algemene benaming gebruikt, want in vakjargon is de betekenis specifieker) kunnen worden onderscheiden naar een aantal invalshoeken: wegcategorie, niveau, voorrangsregeling, vormgeving, Wegcategorie Een ontmoeting tussen twee rijbanen waar het verkeer niet kan of mag afslaan, wordt kruising genoemd. Voorbeeld: een fietspad dat een busbaan kruist, maar ook een spoorwegovergang. Een ontmoeting tussen twee rijbanen (niet deel uitmakend van een autosnelweg) wordt kruispunt genoemd. Voorwaarde is dat het verkeer op het gemeenschappelijke kruisingsvlak moet kunnen afslaan. Een ontmoeting tussen een autosnelweg en een niet-autosnelweg waar uitwisseling van voertuigen plaatsvindt, wordt aansluiting genoemd. Kenmerkend hierbij is dat de toe- en afritten van de autosnelweg min of meer haaks worden aangesloten op de niet-autosnelweg. De doorgaande hoofdstromen kruisen elkaar op ongelijke niveaus. Een ontmoeting tussen twee autosnelwegen wordt knooppunt genoemd. Kenmerkend is de vrije verkeersafwikkeling in alle richtingen. De doorgaande hoofdstromen kruisen elkaar op ongelijke niveaus. Alle afslaande stromen met dezelfde richting beschikken over een eigen rijbaan (verbindingsweg) die zodanig vloeiend is vormgegeven dat de afslagmanoeuvre wordt gereduceerd tot uitvoegen, eventueel snelheid aanpassen en weer invoegen. Niveau Twee kruisende verkeersstromen kunnen elkaar gelijkvloers dan wel ongelijkvloers ontmoeten. Het begrip "ongelijkvloers kruispunt" wordt alleen voor twee gewone wegen of straten gebruikt. Voorbeeld: de Maastunneltraverse door Rotterdam. Ook kruisingen kunnen ongelijkvloers zijn, zoals een plattelandsweg die onder een autoweg doorgaat. Voorrangsregeling Ten aanzien van de regeling van het verkeer op het kruisingsvlak wordt onderscheid gemaakt tussen: - ongeregelde kruispunten, met de regel "rechts gaat voor"; - kruispunten met een bijzondere voorrangsregeling door middel van borden; - geregelde kruispunten door middel van verkeerslichten (zie Deel 4 Hoofdstuk 2). 3.46

191 Geometrisch wegontwerp Vormgeving Verreweg het grootste deel van de gelijkvloerse kruispunten kan wat betreft de vorm worden ingedeeld in de volgende categorieën: volledig of recht kruispunt (vier armen); T-aansluiting (aansluithoek varieert tussen 72º en 90º); Y-splitsing (hoek van de vork kleiner dan 72º); rotonde. Bij autosnelwegen is de hoofdindeling als volgt: volledig knooppunt; T-knooppunt; volledige aansluiting; eenzijdige aansluiting. Knooppunten kunnen zich in vele gedaanten voordoen; aansluitingen echter hebben een beperkt aantal hoofdvormen. Knooppunten in autosnelwegen Knooppunten kruispunten tussen autosnelwegen onderling worden gekenmerkt door een vrije verkeersafwikkeling in alle richtingen. De eis dat de afslaande richtingen met relatief hoge snelheid bereden moeten kunnen worden ( km/h), resulteert in een ruimtebeslag dat een veelvoud van dat van aansluitingen bedraagt (zie hierna). De eenvoudigste vorm van een volledig knooppunt is het klaverblad (zie Figuur 3.19). Ondanks zijn grote oppervlakte (circa 35 ha) is dit een relatief goedkope oplossing omdat er maar één centraal kunstwerk in voor komt. De grens voor de toepassingsmogelijkheid wordt meestal bepaald door de capaciteit van de weefvakken tussen de lussen (circa 1500 pae/h). Kenmerkend is dat een aparte rangeerbaan wordt gebruikt waarop het verkeer van de klaverbladen kan in- en uitvoegen op relatief korte weefvakken en dus het verkeer op de hoofdrijbaan hierdoor niet wordt verstoord. In Figuur 3.19 zijn verder het ster-, turbine- en trompetknooppunt weergegeven. De voor- en nadelen zijn in Tabel 3.12 op een rij gezet. Knooppuntsvorm Klaverblad Turbine Ster Voordelen - eenvoudige vorm - één kunstwerk - geen problematische ombouw - goedkoop - geen weefvakken - ruime bogen - betere afwikkeling linksaffers - geen rangeerbanen en weefvakken - directe verbindingen in alle richtingen - ruime bogen - uitstekende afwikkeling Nadelen - rangeerbanen noodzakelijk - beperkte capaciteit weefvakken tussen lussen - ongunstige bewegwijzering lussen - rangeerbanen voor invoegers - vijf kunstwerken (vier met forse afmetingen) - krappe lengteprofielen tussen kunstwerken - complexe geometrie - stapeling van kunstwerken in drie niveaus - zeer grote hoogteverschillen - aanzienlijk grondverzet - duur TABEL 3.12: KARAKTERISTIEKEN VAN VIERARMIGE KNOOPPUNTVORMEN IN AUTOSNELWEGEN Bij de knooppuntvormen zijn talloze variaties en combinaties mogelijk. Zo is het knooppunt Oudenrijn bij Utrecht een combinatie van het (voormalige) klaverblad en de turbine; twee diagonaal tegenover elkaar gelegen lussen zijn vervangen door twee ruime linksdraaiende bogen om de overgebleven lussen heen. Behalve de klaverturbine zijn ook oplossingen denkbaar als de klaverster. 3.47

192 Geometrisch wegontwerp KLAVERBLAD-KNOOPPUNT STER-KNOOPPUNT FIGUUR 3.19: KNOOPPUNTVORMEN 3.48

193 Geometrisch wegontwerp TURBINE-KNOOPPUNT TROMPET-KNOOPPUNT FIGUUR 3.19 (VERVOLG): KNOOPPUNTVORMEN 3.49

194 Geometrisch wegontwerp De rotonde komt in het autosnelwegennet alleen nog voor in oude situaties. In verband met de beperkte capaciteit en het niet aansluiten bij het verwachtingspatroon van de weggebruiker (snelheidsbeperking, gelijkvloers kruisende verkeersstromen) worden deze op den duur vervangen door de hiervoor genoemde vormen. Aansluitingen in autosnelwegen Aansluitingen van wegen van een lagere categorie aan autosnelwegen zijn onder te brengen in twee basistypen: de Haarlemmermeer-aansluiting en de halfklaverblad-aansluiting (zie Figuur 3.20). Via de toerit rijdt men kruisingsvrij de autosnelweg op en via de afrit er weer vanaf. Op de weg van lagere categorie zijn er kruispunten of rotondes ter plaatse van toe- en afrit. De Haarlemmermeer-aansluiting is een eenvoudige en overzichtelijke kruispunt-oplossing, waarbij de situering van de toe- en afritten overeenkomt met het richtinggevoel van de weggebruiker. Alleen in zeer speciale gevallen kan worden overwogen een eenzijdige aansluiting toe te passen (zie Figuur 3.21) als er voor de ontbrekende takken logische alternatieve verbindingen zijn binnen de bestaande infrastructuur. In het algemeen moet echter worden gestreefd naar oplossingen die in alle richtingen compleet zijn. FIGUUR 3.20: HAARLEMMERMEER-AANSLUITING (LINKS) EN HALFKLAVERBLAD-AANSLUITING (RECHTS) FIGUUR 3.21: MOGELIJKE VARIANTEN BIJ AANSLUITINGEN: EENZIJDIGE AANSLUITING (LINKS), COMBINATIE (MIDDEN), ASYMMETRISCH (RECHTS) 3.50

195 Geometrisch wegontwerp De halfklaverblad-aansluiting kan worden toegepast wanneer er sprake is van een belemmering langs één kant van de secundaire weg (kanaal, spoorlijn, parallelweg, bebouwing). Nadeel van deze oplossing is dat één van de lussen in een afrit ligt, wat een grote snelheidsaanpassing vereist. Een asymmetrisch halfklaverblad zoals geschetst in Figuur 3.21 heeft dit bezwaar niet (daar bevinden alleen de opritten zich in een lus). Een minder gunstige eigenschap van halfklaverbladaansluitingen is de verhoogde kans op spookrijders omdat de toe- en afrit naast elkaar liggen. Qua ruimtebeslag ontlopen de Haarlemmermeer en het halfklaverblad elkaar niet veel (circa 5 ha). Kruispunten in niet-autosnelwegen buiten de bebouwde kom Waar wegen van de laagste categorie (plattelandswegen, categorie VII en VIII) elkaar ontmoeten, kan met een eenvoudige vormgeving worden volstaan (zie linkerplaatje in Figuur 3.22). De "intensiteiten" zijn dermate laag dat enige vorm van voorrangsregeling niet nodig is. Als een van de kruisende wegen een stroomfunctie heeft (d.w.z. vanaf 100 pae/h in beide richtingen samen), wordt onderscheid gemaakt tussen hoofdweg en zijweg; de voorrang wordt dan met borden geregeld. Ter verbetering van de zichtbaarheid krijgen de zijwegen verkeersdruppels (eivormige verkeersheuvels in het wegdek) (zie rechterplaatje in Figuur 3.22). FIGUUR 3.22: KRUISPUNT TYPE 1 (LINKS) EN TYPE 2 (RECHTS) Wanneer de intensiteit op de hoofdweg verder toeneemt (tot circa 500 pae/h in beide richtingen samen), is het noodzakelijk om linksafvakken aan te brengen voor het van vanaf de hoofdweg links afslaande verkeer (zie Figuur 3.23). De functie daarvan is tweeledig: afremmen buiten het doorgaande verkeer en het bieden van een opstelmogelijkheid tijdens het wachten op een geschikte hiaat in de tegenstroom. FIGUUR 3.23: KRUISPUNT TYPE

196 Geometrisch wegontwerp Naarmate de intensiteit op de hoofdweg groter wordt en de snelheden hoger (categorie III, IV en V), wordt het voor verkeer uit de zijweg moeilijker de hoofdweg over te steken dan wel op te rijden (linksaffers). Een baansplitsing maakt oversteken in twee etappes mogelijk (zie Figuur 3.24). Het Krimpenerwaard-kruispunt kenmerkt zich door een brede baansplitsing (opstelmogelijkheid voor lange gelede voertuigen) en fysieke rugdekking voor vanaf de hoofdweg afslaand verkeer door middel van verhoogde opsluitbanden. Het Quatre-Bras-kruispunt heeft een smalle baansplitsing (om overstekende (brom)-fietsers ruimte te bieden) en biedt afslaand verkeer een quasi-rugdekking in de vorm van afstreepmarkering op het wegdek. FIGUUR 3.24: KRUISPUNT TYPE 4 In het geval dat beide kruisende wegen een belangrijke verkeersfunctie hebben (categorie III, IV en V), kan het op grond van capaciteit nodig zijn het kruispunt ongelijkvloers uit te voeren. Beide wegen worden op elkaar aangesloten door een aparte verbindingsweg, waarlangs de verkeersuitwisseling plaatsvindt. Dit Kwadrantkruispunt is in feite samengesteld uit een ongelijkvloerse kruising voor het doorgaande verkeer en twee T-kruispunten (zie Figuur 3.25). FIGUUR 3.25: KRUISPUNT TYPE 5 Kruispunten binnen de bebouwde kom Binnen de bebouwde kom hebben verreweg de meeste kruispunten de vorm van een T-kruispunt (81 %); het aandeel vierarmige kruispunten is 17 % [ASVV 2004]. Er is geen algemene voorkeur voor een van deze twee typen. Wel bestaat er een aanwijzing dat de gemiddelde ernst van de ongevallen op T-kruispunten geringer is. In verband met het uitzicht verdient het aanbeveling de 3.52

197 Geometrisch wegontwerp takken van een kruispunt haaks op elkaar aan te sluiten. Rotondes komen in Nederland steeds vaker als kruispuntoplossing voor (zie hierna). Wanneer de capaciteit van deze kruispuntvormen tekortschiet, dan komt het ongelijkvloers voeren van een of meer verkeersstromen over het kruisingsvlak heen of eronderdoor in aanmerking. In verband met het relatief geringe ruimtebeslag wordt dan meestal de Haarlemmermeer-oplossing toegepast. Rotondes De populariteit van de rotonde is vooral gelegen in de sterke reductie van de (ernstige) verkeersongevallen als gevolg van de afgedwongen snelheidsverlaging (zie volgende subparagraaf) en de relatief hoge capaciteit ten opzichte van traditionele kruispunten (al of niet voorzien van verkeersregelinstallaties). FIGUUR 3.26: ROTONDE MET VRIJLIGGEND FIETSPAD MET VOORRANG VOOR DE FIETS FIGUUR 3.27: ROTONDE MET VRIJLIGGEND FIETSPAD MET VOORRANG VOOR DE AUTO De meest toegepaste vorm is de enkelstrooksrotonde waarbij de toe- en afritten en de rijbaan uit één rijstrook bestaan. Rotondes met voorrang voor de fiets (Figuur 3.26) verhogen het comfort voor de fietsers, omdat zij maximaal één keer moeten stoppen en nauwelijks hoeven te wachten. Op rotondes zonder voorrang voor fietsers (Figuur 3.27) is de oversteekbaarheid voornamelijk afhankelijk van de hiaten in de stroom oprijdende en afslaande voertuigen, alsmede de snelheid van het afslaande verkeer en de aanwezigheid van een middengeleider. Het verkeer op de rotonde geniet in de meeste landen voorrang, zodat opstoppingen op de rotonde worden voorkomen. Echter, het fietsverkeer heeft vaak (nog) geen voorrang bij de oversteekplaatsen op de toe- en afritten boven het gemotoriseerde verkeer. Onderzoek van de SWOV [van Minnen, 1995] en in opdracht van het CROW heeft geleid tot de aanbeveling: binnen de bebouwde kom fietsers in de voorrang, voetgangers bij voorkeur vrije doorgang; buiten de bebouwde kom fietsers uit de voorrang en voetgangers geen vrije doorgang. Vanwege de scherpe hoek tussen fietspad en afrit is het fietsgedrag door de autobestuurder moeilijk in te schatten is en de voorrang voor de fiets zou een verhoging van de ongevalkans betekenen. De fietsersbond enfb is het daar niet mee eens en een aantal gemeenten past de voorrang voor de fiets door middel van bebording wel toe. Een fietsstrook op de rotonde zelf is niet aan te raden omdat het risico van snijongevallen bij de afritten zeer hoog is. Uit microsimulatie blijkt dat de gemiddelde wachttijd op de hoofdweg van een rotonde in geval van een totale verkeersintensiteit op het kruispunt van minder dan 2200 vtg/h duidelijk minder te zijn dan van verschillende soorten met verkeerslichten geregelde kruispunten (Figuur 3.28). T.a.v. de verkeersveiligheid is het aantal slachtofferongevallen op 48 rotondes die sinds 1989 door de 3.53

198 Geometrisch wegontwerp provincie Zuid-Holland werden aangelegd (fietsers uit de voorrang) gemiddeld met 81 % per jaar afgenomen. Het ruimtebeslag van de enkelstrooksrotonde is echter groter dan bij een door verkeerslichten geregeld kruispunt met twee opstelstroken (Figuur 3.29). FIGUUR 3.28: VERLIESTIJDEN VOOR DE HOOFDSTROOM OP VRI-KRUISPUNTEN EN ENKELSTROOKSROTONDE (DE LEEUW, 2001) FIGUUR 3.29: RUIMTEBESLAG VAN VRI-KRUISPUNT EN ENKELSTROOKSROTONDE Voor dichtbebouwde gebieden met smal wegprofiel is de minirotonde ontwikkeld, die alleen maar bestaat uit een overrijdbaar middeneiland met een diameter van minimaal 4 m, een buitendiameter tussen de 13 en 25 m en zo mogelijk rechthoekige takken (Figuur 3.30). Voor auto s is een rijstrookbreedte van 4,50 m voldoende, terwijl vrachtwagen en bussen over het middeneiland moeten rijden. Daarom is de maximale hoogte van het overrijdbare deel beperkt tot 12 cm. De minirotonde is sinds 1996 met veel succes toegepast in een aantal steden in Nordrhein- Westfalen in Duitsland. 3.54

199 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.30: MINI-ROTONDES MET OVERRIJDBAAR MIDDENEILAND Naast enkelstrooksrotondes is nog een beperkt aantal meerstrooksrotondes in gebruik, meestal op plaatsen waar de capaciteit van enkelstrooksrotondes onvoldoende is. Meerstrooksrotondes kunnen in de volgende groepen worden ingedeeld: meerstrooksrotondes met concentrische belijning passeerbaanrotondes turborotondes door verkeerslichten geregelde rotondes. Meerstrooksrotondes met concentrische belijning hebben meestal twee en soms drie rijstroken (bijvoorbeeld Koninginneplein Venlo) en standaard enkelstrooksafritten, bij uitzondering tweestrooksafritten. Het bezwaar daarvan is dat de berijder van de linker aanvoerstrook op de rotonde op zeer korte afstand moet weven om de rotonde te kunnen verlaten. Bij toepassing van twee afvoerstroken ontstaat een ernstige conflictsituatie als de berijder van de buitenste rotondestrook toch de rotonde vervolgt in plaats van af te slaan. Het capaciteitstekort op één of twee zwaar belaste takken van de rotonde kan door een extra passeerbaan (bypass) buiten de rotonde om worden opgevangen (Figuur 3.31). De uitmonding van de afzonderlijke strook moet echter circa 100 m doorlopen om veilig te kunnen invoegen. 3.55

200 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.31: PASSEERBAANROTONDE N215/RIJKSWEG 57 TE STELLENDAM De turborotonde, in 1996 ontwikkeld door ir. L. Fortuin, wordt gekenmerkt door toepassing van niet meer dan twee stroken op de rotonde en spiraalbelijning. Daarbij zijn verschillende varianten mogelijk, zoals eirotonde, knierotonde, spiraalrotonde en rotorrotonde (Figuur 3.32 en Figuur 3.33). De turborotonde voorkomt weven op de rotonde en één keuzestrook in elk segment waarop de weggebruiker kan kiezen om de rotonde te verlaten of te vervolgen. Rotondes zijn vooral geschikt op plaatsen waar een snelheidsreductie bij de overgang van stroomwegen op gebiedsontsluitingswegen gewenst is, zoals aan de rand van de bebouwde kom of van verblijfsgebieden. De haalbare snelheid op een rotonde binnen de bebouwde kom dient uit veiligheidsoverwegingen zo dicht mogelijk bij de 30 km/h-grens te liggen, waardoor de kans op ernstig letsel bij een conflict sterk gereduceerd wordt. Bij een gelijkmatige verdeling van de verkeersintensiteiten van de hoofd- en zijstromen bedraagt de capaciteit van de enkelstrooksrotonde ruim 2000 pae/h, terwijl de tweestrooksrotonde ongeveer 3000 pae/h kan verwerken [Harte,1997]. De capaciteit van de enkelstrooksrotonde ligt daarmee ruim 50 % boven een voorrangskruispunt en circa 30 % beneden een tweestrooksrotonde, waaruit volgt dat de rotonde een behoorlijke verhoging van de capaciteit en de veiligheid ten opzichte van een ongeregeld kruispunt met zich mee brengt, maar de capaciteitstoename en de ongevalkans van de meerstrooksrotonde tegenvallen. De capaciteit wordt beïnvloed door een aantal factoren zoals: intensiteit van het conflicterende verkeer, intensiteit van het afslaande verkeer dat niet de rijrichting aangeeft, intensiteit van overstekende fietsers en voetgangers, aantal rijstroken op de rotonde, aantal en breedte van de rijstroken op de toeritten, breedte van de middengeleider, gedrag van de weggebruikers (hiaatacceptatie, wacht- en volgtijden), weersomstandigheden. 3.56

201 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.32: VARIANTEN VAN DE TURBOROTONDE FIGUUR 3.33: IR. L.G.H. FORTUINROTONDE N459/RIJKSWEG A12 TE REEUWIJK 3.57

202 Geometrisch wegontwerp Veiligheid In deze subparagraaf wordt ingegaan op twee veiligheidsaspecten die een belangrijke rol spelen op kruispunten. Dit zijn de ligging van de conflictpunten op het kruispunt en de zichtbaarheid van het kruispunt. Verder wordt ingegaan op de toepassing van de Duurzaam-Veilig-principes op kruispunten (zie ook Tabel 2.3). Ligging conflictpunten Het aantal en de ligging van de conflictpunten bepaalt in hoge mate de overzichtelijkheid en de veiligheid van een kruispunt. Een conflictpunt is een punt waarop twee of meer rijlijnen van voertuigen elkaar kruisen. Dit zijn dus punten waar voertuigen uit verschillende richtingen elkaar kunnen raken. Voor de veiligheid op een kruispunt is het van belang dat de bestuurder de conflictpunten duidelijk kan zien. Hij moet zich ervan bewust zijn op welke plaatsen hij met andere voertuigen in conflict kan komen. Het aantal en de ligging van conflictpunten verschilt per kruispunttype. Op een eenvoudig, gelijkvloers kruispunt liggen de conflictpunten vaak dicht bij elkaar in het midden van het kruispunt. Op een rotonde zijn de conflictpunten juist uit elkaar getrokken. Een rotonde vermindert het aantal conflictpunten van 32 tot 8 (Figuur 3.34). FIGUUR 3.34: CONFLICTPUNTEN OP ENKELSTROOKSROTONDES EN KRUISPUNTEN Een tangentiële aansluiting van de toe- en afvoerstroken leidt door de krappe boogstralen tot een effectieve vermindering van de snelheid op de rotonde, waardoor de verkeersonveiligheid in vergelijking met ongeregelde en met verkeerslichten geregelde kruispunten met 50 à 70 % afneemt [SWOV 1993]. Daarom worden sinds het begin van de jaren tachtig in veel Europese landen binnen en buiten de bebouwde kom rotondes toegepast. Figuur 3.35toont echter dat het aantal ongevallen stijgt met de intensiteit van het autoverkeer. 3.58

203 Geometrisch wegontwerp FIGUUR 3.35: AANTALLEN ONGEVALLEN PER JAAR ALS FUNCTIE VAN DE INTENSITEIT [VAN MINNEN, 1995] Zichtbaarheid Een kruispunt behoort op voldoende grote afstand zichtbaar te zijn om het de verkeersdeelnemer mogelijk te maken zijn gedrag tijdig aan te passen aan de eisen die het kruispunt stelt. Daartoe is het nodig de verkeersdeelnemer te attenderen op de aanwezigheid van een kruispunt, (ruim) voordat hij eventuele kruisende voertuigen waarneemt, dat wil zeggen op een afstand groter dan de lengte van de zogenoemde anticipatieruimte. De zichtbaarheid van een kruispunt kan op verschillende wijzen worden verbeterd: door stedenbouwkundige maatregelen, zoals een plaatselijke verruiming van het profiel van de belendende bebouwing, een andere soort hoekbebouwing (winkels op hoeken!), een duidelijk verspringen in de goothoogte, een doorgaande laanbeplanting duidelijk onderbreken of met een andere soort beplanting afwisselen; door verkeerstechinsche maatregelen, zoals de toeleidende straten iets hoger te leggen dan het kruispunt (10 à 20 cm), waardoor de onderbreking van de trottoirranden duidelijker zichtbaar wordt; het aanbrengen van verschillende soorten verhardingen op kruispunt en toeleidende wegen; het accentueren van het onderbreken van de trottoirrand door blokken, hekwerken; door verkeerskundige maatregelen, zoals het plaatsen van waarschuwingsborden, wegdekmarkeringen, bewegwijzering, het aanbrengen van verhoogde verkeersdruppels of -eilanden, waardoor het beeld van het wegprofiel wordt gewijzigd. Het is zelfs mogelijk met behulp van verkeersborden de aard van het kruisende verkeer aan te duiden (schoolkinderen, spoorwegovergang, fietsen, dieren) Fysieke verschijnselen De berijdbaarheid van het kruispunt of de rotonde is van groot belang. Alle voertuigen die het kruispunt of de kruising mogen passeren, moeten dit zonder problemen kunnen doen. Kruispunten Bij adequate voor-waarschuwing en voldoende uitzicht op de te kruisen weg mag men aannemen dat de normale bestuurder in staat is de nodige maatregelen te nemen om een botsing met een kruisend voertuig te vermijden en het kruispunt op een veilige wijze over te steken. Het berijden en ontruimen van het kruispunt zal in het algemeen bij rechtuit rijden geen moeilijkheden geven, indien het voorbij het kruispunt gelegen afrijvak vrij is (dus bushalten, noch geparkeerde auto's). De tijd van ontruiming wordt bepaald door de rijsnelheid, respectievelijk het acceleratievermogen en de lengte van het voertuig. Bij afslaande bewegingen wordt de snelheid beperkt door het nemen van de bocht. De grotere rolweerstand in de bocht veroorzaakt een geringere versnelling, terwijl de mogelijke maximumsnelheid beperkt wordt door de stabiliteit van het voertuig en het comfort van inzittenden 3.59

204 Geometrisch wegontwerp en lading. De ontruimingstijd van een kruispunt wordt ongunstig beïnvloed door de geringe snelheid van het afslaande verkeer, in het bijzonder van het links afslaande verkeer. Vergroting van de boogstraal voor het links afslaande verkeer en daarmee gepaard gaande verhoging van de mogelijke maximumsnelheid doen de kruisingontruimingstijd weer afnemen. Een rechts afslaand voertuig kan alleen achterop worden gereden nadat het is afgeslagen. Als de cirkel van de trottoirband kleiner is dan de mechanisch kleinst mogelijke draaicirkel wordt het voertuig op de linkerrijstrook gedrongen, met de mogelijkheid van een frontale botsing. De minimum-stralen van de binnenbocht die een auto(achter)wiel kan beschrijven zijn: voor personenauto s: R min = 6,00 m, voor vrachtauto's: R min = 11,50 m. De uiteindelijke keuze van boogstralen is sterk afhankelijk van de betreffende situatie. Zo zal bij intensief verkeer en een groot percentage vrachtverkeer zonder meer uitgegaan moeten worden van laatstgenoemde boogstralen. Bij zeer geringe intensiteiten en nauwelijks vrachtverkeer is het echter niet bezwaarlijk dat een rechts afslaande vrachtauto over korte afstand de linkerweghelft gebruikt. Dan zijn relatief kleine boogstralen acceptabel. Een gebruikelijke minimumstraal in woonbuurten is 2 m. Rotondes Het ruimtebeslag van een enkelstrooksrotonde (circa 1800 m 2 ) is vanwege het middeneiland meer dan twee keer zo groot als een voorrangskruispunt (circa 800 m 2 ), maar duidelijk minder dan een tweestrooksrotonde (circa 3000 m 2 ). De ontwerpvariabelen van rotondes en de aanbevolen waarden staan in Tabel 3.13 vermeld. TABEL 3.13: AANBEVOLEN WAARDEN VOOR HET ONTWERP VAN ROTONDES Indien de rotonde vaker door vrachtwagens wordt bereden, lijkt een minimale rijstrookbreedte van de toe- en afrit van 4,0 4,5 m beter te voldoen om schade aan de trottoirbanden te beperken. Bij het bepalen van de vormgeving van de rotonde moet naast de ontwerpsnelheid en capaciteit ook de berijdbaarheid door het maatgevende ontwerpvoertuig worden gegarandeerd. De rijstrook op de rotonde wordt om die reden van een verhoogde overrijdbare strook aan de binnenkant voorzien, zodat bussen en vrachtwagens daarvan gebruik kunnen maken zonder dat de auto s daaroverheen met een ongewenst hoge snelheid rijden. In het verleden werden op enkele plaatsen in Nederland mini-rotondes aangelegd met een binnendiameter van minder dan 12 m, waardoor gelede bussen en vrachtwagencombinaties in de knel kwamen. 3.60

205 Geometrisch wegontwerp Gedrag van bestuurders Het is van groot belang dat bestuurders het kruispunt of de rotonde goed kunnen overzien en ook begrijpen. Eerst wordt het een en ander uitgewerkt over het oprijzicht, daarna over de begrijpelijkheid van het kruispunt. Oprijzicht Als het verkeer op een zijweg aangekomen is bij een kruisingsvlak, moet het voldoende uitzicht worden geboden om de aanwezigheid en de snelheid van het verkeer op de hoofdweg te kunnen bepalen voordat het de hoofdweg oprijdt of kruist. De op de zijweg wachtende bestuurder moet kunnen schatten of de door hem gewenste beweging veilig en zonder hinder voor het verkeer op de hoofdweg kan worden uitgevoerd. Het oprijzicht moet in situaties buiten de bebouwde kom aanwezig zijn op minimaal 5 meter voor de kantstreep van de te kruisen of op te rijden weg; binnen de bebouwde kom mag met 3 meter worden gerekend. Voordat wachtend verkeer op de zijweg de hoofdweg oprijdt, moet de bestuurder bepalen of het hiaat in de verkeersstroom op de hoofdweg voldoende groot is om deze beweging veilig uit te voeren. Dit kritische tijdsinterval is onder andere afhankelijk van de snelheid op de hoofdweg en de uit te voeren beweging, dus ook afhankelijk van de vormgeving. Wellicht door het grote aantal onzekere factoren en de spreiding daarin (optrek-karakteristiek van voertuig, ervaring en durf van bestuurder, aanvaarde mate van hindering verkeer op hoofdweg) geeft noch de RONA, noch de ASVV (2004) een rekenkundige onderbouwing van de afstanden benodigd voor het oprijzicht. Er worden wel indicatieve maten gegeven (zie Tabel 3.14) v ontw [km/h] Oprijzicht [m] TABEL 3.14: OPRIJZICHT VANAF DE ZIJWEG IN RELATIE TOT DE SNELHEID OP DE HOOFDWEG Opgemerkt wordt dat hoge snelheden op de hoofdweg moeilijk zijn te schatten, evenals de afstanden waarop voertuigen zich bevinden. Voertuigen op de zijwegen kunnen een automobilist op de voorrangsweg enorme schrikreacties bezorgen indien zij met onverminderde snelheid op het kruispunt toe rijden om pas op het allerlaatste moment af te remmen. In dat geval kan zijn anticipatie, op grond van het gedrag van de kruisende auto, de automobilist op de voorrangsweg tot de conclusie leiden dat een botsing onvermijdelijk is. Een botsing zal optreden, indien de hoek van peiling (α) constant blijft (zie Figuur 3.36). In een vlak gebied met een ruime horizon is, bij een constante hoek van peiling, een kruisend voertuig bijzonder moeilijk waar te nemen. Het kruisende voertuig blijft in dat geval namelijk op dezelfde plaats in de voorruit; het voertuig lijkt in het landschap niet van plaats te veranderen; het wordt alleen groter bij het naderbij komen. Men kan dit probleem oplossen door het aanbrengen van coulissen in het landschap (bijvoorbeeld bomen langs de te kruisen weg). Doordat de bomen nu namelijk wegschieten ten opzichte van het kruisende voertuig, is de beweging van dit voertuig wel te zien (zie Figuur 3.37). Als maximale waarde voor de afstand waarop naderende voertuigen op een recht wegvak kunnen worden waargenomen, wordt 300 m aangehouden. Bij een snelheid van 100 km/h op de hoofdweg betekent dit een interval van circa 11 s. Voor een vrachtauto met aanhanger (18 m) is dit onvoldoende voor het uitvoeren van bijvoorbeeld een linksafbeweging vanaf de zijweg. Een goed onderling samenspel tussen bestuurders is dan noodzakelijk met een daarbij aangepaste rijsnelheid van het verkeer op de hoofdweg. Op kruispunten waar de voorrang niet met borden is geregeld, moeten de verkeersdeelnemers op alle toeleidende takken op dezelfde wijze naderen met een hoog attentieniveau (aangepast naderingsgedrag), zodat aan gemotoriseerd verkeer van rechts voorrang kan worden verleend. Als het past in het verwachtingspatroon en indien dit aan de weggebruikers voldoende duidelijk is te 3.61

206 Geometrisch wegontwerp maken, kan theoretisch op alle toeleidende takken worden volstaan met de voor het oprijzicht opgegeven maat. Wanneer dit niet het geval is, moet de voorrang met borden worden geregeld. Indien langs de hoofdweg vrijliggende fietspaden zijn gelegen, die in de voorrangsregeling zijn opgenomen, dient ook vanaf de zijweg voldoende uitzicht (oprijzicht) op de fietspaden te bestaan, vergelijkbaar met het hiervoor beschreven oprijzicht. Het zicht vanaf de zijweg op het fietspad dient op 5 m voor de fietsoversteekplaats aanwezig te zijn en in verband met de hoge naderingssnelheid van bromfietsers 75 m te bedragen. Bij een eenzijdig, in twee richtingen bereden fietspad moet hieraan bijzondere aandacht worden besteed. In geval van situering van een gelijkvloers kruispunt in een bolle boog (overigens een minder gewenste situatie) dient ook het vereiste oprijzicht in de berekening van de bolle boog te worden betrokken (paragraaf 3.4.3). De objecthoogte bij het oprijzicht bedraagt, net als bij het inhaalzicht 1,10 m. FIGUUR 3.36: ANTICIPATIERUIMTE VAN HET VOERTUIG A OP DE HOOFDWEG FIGUUR 3.37: ANTICIPATIERUIMTE TUSSEN CONFLICTERENDE VOERTUIGEN OP EEN KRUISPUNT 3.62

207 DEEL 4: VERKEERSSTROOMTHEORIE EN VERKEERS- MANAGEMENT In dit deel wordt ingegaan op het verkeer zelf: Hoe wordt de weg gebruikt? Congestie speelt hier een belangrijke rol. En als het gebruik van de infrastructuur niet efficiënt is, hoe kunnen we dan het verkeerssysteem beter maken. Verkeersmanagement speelt hier een rol, zowel op kruispuntniveau als op netwerkniveau. Achtereenvolgens komen aan bod: - Verkeersstroomtheorie: congestie en schokgolven - Verkeersmanagement: kruispunt, autosnelweg, netwerken

208 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement DEEL 4: VERKEERSSTROOMTHEORIE EN VERKEERSMANAGEMENT VERKEERSSTROOMTHEORIE OF: HOE ONTSTAAN FILES? Inleiding: individueel en collectief rijgedrag Basisbegrippen uit de verkeersstroomtheorie Trajectoriën Intensiteit, dichtheid en snelheid Fundamenteel diagram en capaciteit Kenmerken van het Fundamenteel diagram Vrije snelheid, capaciteit en andere fundamenteel diagramparameters Toepassingen van het fundamenteel diagram Hoe files ontstaan een kwalitatieve analyse Files en flessenhalzen De file als golf Schokgolf theorie Analytische afleiding schokgolfsnelheid Grafische interpretatie Toepassingen schokgolftheorie Berekening van de filelengte bij een bottleneck grafische uitwerking Berekening van de filelengte bij een bottleneck nu met formules Samenvatting en reality check: grenzen aan schokgolftheorie Verkeer in evenwicht en hysterese Filegolven, spontane fase overgangen en de capaciteitsval VERKEERSMANAGEMENT Stedelijk verkeersmanagement: verkeerslichten Basisbegrippen: nummering, conflictmatrices en ontruimingstijden Ontwerpen van verkeersregelingen Toepassingen van schokgolftheorie bij geregelde kruispunten Voertuigafhankelijke (verkeers)regelingen: gebruik maken van detectiemiddelen Voorbeelden van dynamisch verkeersmanagement op snelwegen Regelsystemen en regelcirkels Voorbeeld 1: toeritdosering Voorbeeld 2: de 80 km/u zones Voorbeeld 3: real-time route advies Integraal verkeersmanagement in netwerken Het netwerk fundamentele diagram Het meer is minder effect en waarom netwerk verkeersmanagement zo belangrijk is Geïntegreerd en gecoördineerd netwerk management Tenslotte nogmaals de omgekeerde fles

209 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement 1 VERKEERSSTROOMTHEORIE OF: HOE ONTSTAAN FILES? De beste manier om te begrijpen hoe files ontstaan en zich ontwikkelen over de ruimte en tijd, is om gedurende een middagspits (om een uur of vier) op de brug over de A13 bij afslag Delft-Noord te gaan staan, en te observeren wat er gebeurt. Op een gegeven moment zie je dan dat benedenstrooms, net voorbij de afslag Delft-Noord, iemand op de rem gaat staan. Vervolgens zie je hoe, als een soort golf, de rode remlichten zich tegen de rijrichting van het verkeer in bewegen. Op de plek waar het eerste voertuig op de rem stapte wordt misschien al weer geaccelereerd, maar het proces is in elk geval op de A13 onomkeerbaar, want ook verder benedenstrooms (bij afslag Delft of Delft-Zuid) is iemand op de rem gaan staan en een tweede golf met remlichten beweegt zich in de verte al richting de brug. FIGUUR 1.1 FILE OP DE A13 BIJ DELFT-NOORD (FOTO: M. MINDERHOUD) 1.1 Inleiding: individueel en collectief rijgedrag Het feit dat files zich laten beschrijven als golven vormt de basis voor ons begrip van de verkeersafwikkeling en levert ons het wiskundig gereedschap om de collectieve dynamica van verkeerstromen en files te beschrijven. De wiskundige modellen die we daarbij gebruiken worden dan ook macroscopische verkeersafwikkelingsmodellen genoemd, modellen die verkeer als stroom beschrijven. De kernvraag is natuurlijk waarom binnen zo n verkeersstroom die ene persoon nu zo nodig op de rem gaat staan. Om die vraag te beantwoorden is ook inzicht nodig in het individuele rijgedrag van voertuigen in die verkeersstroom. Hoe reageren voertuigbestuurders op hun voorganger, wanneer remmen of accelereren ze, en wanneer besluit iemand een inhaalbeweging te maken? Theorieën en modellen die dit individuele gedrag beschrijven noemen we microscopische verkeerstheorieën en -modellen. Als zo een micromodel dat individuele gedrag heel nauwkeurig en juist beschrijft zal het dezelfde macroscopische resultaten opleveren die we in de praktijk zien: file op de A13 bijvoorbeeld. Sterker nog, we zullen in dit hoofdstuk zien dat micro- en macroscopische variabelen en beschrijvingen van verkeer zeer nauw samenhangen We hebben al vaak herhaald in dit college dat in het vakgebied Transport en Planning alles met alles samenhangt. Met behulp van de Wegenercirkel hebben we gezien dat grondgebruik (ruimtelijke ordening) via activiteiten en verplaatsingspatronen leidt tot vervoerwijze-, 4.3

210 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement vertrektijdstip- en routekeuzen. Die leiden op hun beurt via de daadwerkelijk gerealiseerde trips tot reistijden en kosten (files!), die bereikbaarheid van locaties en mobiliteit van personen begrenzen en bepalen. Routekeuze (net als vertrektijdstip of vervoerwijzekeuze) speelt dus voorafgaand aan een rit een belangrijke rol. Maar ook als mensen eenmaal onderweg zijn is het nog mogelijk om van route te veranderen, zeker in stedelijke gebieden. Al die individuele routekeuzes (zowel vooraf als onderweg) resulteren (macroscopisch) in een bepaalde verdeling van verkeer over een netwerk. De effecten van niet goed afgestemd routekeuze gedrag kunnen voor de verkeersafwikkeling extreem zijn, zodanig zelfs dat een verkeersnetwerk volledig vast komt te staan. Dit effect, wat we vaak gridlock noemen, zullen we in de laatste paragraaf van dit hoofdstuk bespreken. Het fenomeen dat in een verkeersnetwerk de doorstroming (de capaciteit) omlaag gaat zodra het wordt overbelast vormt een belangrijk verschil tussen verkeersnetwerken en bijvoorbeeld waternetwerken (zoals systemen van sloten, polders, boezems en kanalen). Dat zorgt er ook voor dat we verkeersnetwerken op een heel andere manier moeten managen en regelen. Hoe dat kan en aan welke knoppen we dan moeten draaien (van verkeersregeling, routenavigatie, toeritdosering en 80 kilometerzone tot volledig geautomatiseerde wegen met onderling communicerende voertuigen) zullen we in het volgende hoofdstuk bespreken. Persoonlijke voorkeur, ervaring en gewoontegedrag spelen een belangrijke rol in zowel ons rijgedrag als ons routekeuze gedrag. Maar in beide gevallen is een individu niet volledig vrij in zijn keuzes. Er is ook een collectieve dynamica, die de individuele keuzevrijheid begrenst en zelfs stuurt. Dat zo n collectieve dynamica tot soms bizarre effecten leidt zien we in de natuur heel vaak. Denk maar eens aan de volgende simpele individuele gedragsregels: (a) volg je buurman en (b) bij gebrek aan buurman: kies maar een richting. Uitgevoerd door een school vissen of een vlucht trekvogels leiden zulke simpele gedragsregels tot prachtige, zeer complexe collectieve zwem- en vliegpatronen. Ons gedrag in het verkeer is ingewikkelder, omdat we naast enkele basale regels (bijvoorbeeld accelereren of remmen), ook veel geavanceerder rij- en reisgedrag vertonen zoals (soms onverantwoorde) inhaal- en invoegmanoeuvres of allerlei ad hoc route keuzes. Niettemin zie je ook in de verkeersafwikkeling terugkerende patronen, die goed zijn te reproduceren met soms verrassend eenvoudige gedragsregels en -modellen. Het maakt files tot op zekere hoogte ook voorspelbaar. Die reservering ( tot op zekere hoogte ) is belangrijk. Het gedrag van automobilisten is erg variabel. Vergelijk het oude omaatje met de bumperklever, de vrachtwagenchauffeur met de Porsche rijder of de forens met de toerist in een vreemde stad. Die grote verscheidenheid aan rijgedrag zorgt ervoor dat het collectieve resultaat (file of geen file?) alleen gemiddeld kan worden voorspeld met in het beste geval onzekerheidsmarges daaromheen. Je kunt dit vergelijken met het weer. Het is wel mogelijk om te voorspellen dat er 100% kans op neerslag is in een bepaald gebied, maar het is onmogelijk om de precieze tijd en locatie te voorspellen waar en wanneer de bui losbarst. Zo kunnen we heel goed voorspellen dat er file ontstaat voor de Coentunnel. We kunnen zelfs heel goed verklaren hoe de onderliggende dynamica in het rij- en reisgedrag in elkaar steekt. Maar we kunnen nooit de precieze tijd voorspellen wanneer deze file zal ontstaan 1 en hoe deze zich precies zal gedragen over de tijd en ruimte. In dit hoofdstuk zullen we kijken naar die onderliggende mechanismen achter de file, zullen we uitleggen hoe ons rij- en routekeuze gedrag samenhangt met het ontstaan of oplossen van files, en zullen we ook de grenzen verkennen van wat we wel en niet kunnen voorspellen. Voordat we dit doen moeten we eerst een aantal basisbegrippen bespreken. 1.2 Basisbegrippen uit de verkeersstroomtheorie Trajectoriën Een trajectorie x i (t) van een voertuig i beschrijft de positie van een voertuig als functie van de tijd. De trajectorie is de kerngrootheid van de verkeersstroomtheorie en stelt ons in staat alle relevante microscopische en macroscopische grootheden af te leiden. Ter illustratie toont Figuur 1.2 diverse trajectoriën. Uit de figuur kan worden opgemaakt wat de volgafstand s i en de volgtijd h i van een voertuig i is, wanneer wordt ingehaald, wat de snelheid v i = dx i /dt bedraagt, hoe groot de acceleratie a i = dv i /dt is, wat de reistijd TT i van een voertuig is, etc. 1 De locatie van files zijn wel voorspelbaar behalve dan files tengevolge van incidenten of ongelukken. 4.4

211 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement FIGUUR 1.2 TRAJECTORIËN, VOLGAFSTANDEN EN VOLGTIJDEN. Helaas is trajectorie-informatie (nu nog) slechts sporadisch beschikbaar, maar dat gaat in de komende jaren sterk veranderen. Met name bedrijven die route navigatie systemen ontwikkelen en verkopen (zoals TomTom) verzamelen grote hoeveelheden voertuigtrajectoriën en ook in het kader van onderzoek worden steeds vaker zeer gedetailleerde trajectoriën verzameld Intensiteit, dichtheid en snelheid De drie belangrijkste macroscopische verkeerskenmerken zijn de dichtheid k, de intensiteit q en de gemiddelde snelheid u. Doorgaans wordt de intensiteit q gedefinieerd als het gemiddeld aantal voertuigen dat gedurende een bepaalde periode een dwarsdoorsnede passeert. Volgens deze definitie is de intensiteit dus een lokale variabele. Er geldt: waarin (tussen haakjes de S.I. eenheid): n n 1 q = = = n T H h i= 1 q (vtg/s) gemiddelde intensiteit gedurende periode met lengte T n i aantal voertuigen dat doorsnede passeert gedurende periode met lengte T h i (s) volgtijd voertuig i ten opzicht van voertuig i-1 T (s) H (s) lengte periode gemiddelde volgtijd Daarnaast kennen we de dichtheid k, die gedefinieerd is als het gemiddeld aantal voertuigen in een bepaald gebied op een tijdstip. De dichtheid is volgens deze definitie een zogenaamde instantane variabele. Er geldt: (1) waarin: m m 1 k = = = m X S s i i= 1 k (vtg/m) gemiddelde dichtheid op traject met lengte X m aantal voertuigen op traject met lengte X s i (m) volgafstand voertuig i ten opzicht van voertuig i-1 X (m) S (m) lengte traject gemiddelde volgafstand (2) 4.5

212 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Intensiteit is dus gelijk aan 1 gedeeld door de gemiddelde volgtijd en dichtheid is gelijk aan 1 gedeeld door de gemiddelde (bruto 2 ) volgafstand. Het is niet zo moeilijk om te bedenken dat als twee voertuigen met een constante snelheid achter elkaar rijden, de volgende relatie moet gelden: volgafstand = volgtijd snelheid, oftewel s i = h u (3) i Als je veronderstelt dat de verkeersstroom als geheel constant is over een stukje van de ruimte en tijd (homogeen en stationair), dan moet ook gelden intensiteit = dichtheid gemiddelde snelheid (check de eenheden!), oftewel q = ku (4) Deze zogenaamde continuïteitsrelatie (gemakkelijk te onthouden met kuu=kuu ) is belangrijk voor zowel de eenvoudige berekeningen aan verkeerstromen die we in dit inleidende vak doen, maar ook voor veel geavanceerdere berekeningen en analyses. Als je de dichtheid en de intensiteit weet, kun je de gemiddelde snelheid met vergelijking (4) dus gemakkelijk berekenen (u=q/k). Maar je kunt, kijkend naar Figuur 1.2, op nog twee andere manieren een gemiddelde snelheid bepalen: òf op een dwarsdoorsnede voor een periode (de zogenaamde tijd-gemiddelde of Lokale snelheid), u L 1 n n i = 1 = vi òf voor een stuk weg op een bepaald tijdstip (de zogenaamde ruimtelijk-gemiddelde of Momentane snelheid) u M 1 m vi m i = 1 = Deze snelheden zijn, zelfs indien de verkeerscondities niet sterk fluctueren in tijd en ruimte, wezenlijk verschillend van elkaar. Er geldt bijvoorbeeld u L u M, waarbij het verschil tussen de twee in congestie soms oploopt tot meer dan 25% In de praktijk wordt het onderscheid echter zelden gemaakt, waardoor ongemerkt zeer aanzienlijke fouten worden gemaakt. Bijvoorbeeld in de verkeersinformatie die je op informatiepanelen boven de weg of op de radio voorgeschoteld krijgt. Welke van deze twee mag je nu gebruiken in vergelijking (4)? Je kunt bewijzen dat die vergelijking alleen maar opgaat als je de ruimtelijk gemiddelde snelheid u M gebruikt. Om u M te bepalen moet je dus ofwel alle voertuigtrajectoriën weten of met een helikopter boven een weg hangen en snapshots maken. Dat is nogal prijzig en bewerkelijk. Daarom wordt die ruimtelijk gemiddelde snelheid vaak geschat met de zogenaamde harmonisch gemiddelde snelheid die je wel lokaal kunt berekenen u M n q 1 1 = 1 (5) k n i= 1 vi Die harmonisch gemiddelde snelheid is eigenlijk niets anders dan 1 gedeeld door de gemiddelde traagheid (1/v i ) en is exact gelijk aan de ruimtelijk gemiddelde snelheid als de verkeersstroom werkelijk homogeen en stationair is (maar dat is zelden het geval). 1.3 Fundamenteel diagram en capaciteit Wat we direct uit vergelijking (4) kunnen lezen is dat als voertuigen bij gelijke snelheid dichter op elkaar gaan rijden (k neemt toe), de volgtijd noodzakelijkerwijs kleiner wordt (q wordt groter). Je zou dan geneigd zijn te denken dat q dus altijd groter wordt (hogere doorstroom!) als je de snelheid of de dichtheid (of allebei) maar verder opvoert. Misschien dat Johan Cruijff daarom vermoedde dat je het fileprobleem kunt oplossen door de maximum snelheid naar 200 km/u te verhogen. Het blijkt echter dat er een bepaalde snelheid is waarbij de intensiteit niet meer groter kan worden als de dichtheid toeneemt. De reden is dat de gemiddelde volgtijd dan zo klein zou worden dat botsingen onvermijdelijk worden. Dat heeft te maken met de reactietijd die bestuurders nodig hebben om visuele informatie te verwerken en deze om te zetten in actie (bv. op de rem stappen om afstand te houden) en het feit dat (niet-suïcidale) bestuurders om die reden 2 Bruto volgafstand is de volgafstand inclusief de lengte van het voertuig zelf 4.6

213 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement een bepaalde minimale volgtijd zullen aanhouden. Wordt de volgafstand toch kleiner (dichtheid te groot) dan moeten bestuurders hun snelheid wel verminderen. Er is dus een optimale combinatie van snelheid en dichtheid waarbij de gemiddelde volgtijd minimaal is en daarmee de intensiteit maximaal. Die optimale snelheid blijkt in Nederland op snelwegen zo rond de 85 à 90 km/u te liggen. Bij die snelheid durven Nederlandse bestuurders gemiddeld nog zo n 1.6 seconde volgtijd aan te houden wat neer komt op een maximale intensiteit van gemiddeld zo n 2250 voertuigen per uur per rijstrook. We noemen dit wel de capaciteit C van een weg. De relatie tussen intensiteit en dichtheid (of volgtijd en volgafstand) q = Q(k) noemen we het fundamenteel diagram Kenmerken van het Fundamenteel diagram Het fundamenteel diagram beschrijft een statistische relatie tussen de intensiteit, dichtheid en snelheid. In feite zijn er verschillende verschijningsvormen, maar het verband q = Q(k) tussen de dichtheid k en de intensiteit q wordt in de verkeersstroomtheorie het meest gehanteerd. De andere vormen (u = U(k), u = U(q)) kunnen met q = ku eenvoudig worden afgeleid. Figuur 1.3 laat alle drie de verschijningsvormen zien en een aantal kenmerkende parameters. Deze zullen we iets verder beneden nader toelichten aan de hand van Figuur 1.4. Hoewel het snelheids-intensiteits diagram (u=u(q), Figuur 1.3 rechtsonder) in de praktijk erg populair is onder andere omdat zowel snelheid als intensiteit meestal direct kunnen worden gemeten, wordt deze vorm bij modelberekeningen nauwelijks toegepast. Dat komt omdat u=u(q) geen functie is (geen 1-op-1 afbeelding), en de andere twee wel. FIGUUR 1.3: DRIE VERSCHIJNINGSVORMEN VAN HET FUNDAMENTEEL DIAGRAM: Q = Q(K), U = U(K) EN U = U(Q). De premisse die aan het fundamenteel diagram (in welke verschijningsvorm dan ook) ten grondslag ligt, is dat bestuurders zich ongeveer hetzelfde gedragen in vergelijkbare verkeerscondities. Als het verkeer zich bijvoorbeeld met een bepaalde snelheid u afwikkelt, dan is het aannemelijk dat de automobilisten ongeveer dezelfde volgafstand S = 1/k aanhouden. Dit gedrag en daarmee de relatie tussen in dit geval snelheid en dichtheid is natuurlijk wel afhankelijk van zaken als het weer, kenmerken van de weg, de samenstelling van het verkeer (bumperklevers versus oude dames), heersende verkeersregels, etc. Figuur 1.4 toont een typisch voorbeeld van de relatie tussen de intensiteit en de dichtheid en die tussen snelheid en dichtheid voor een tweestrooks autosnelweg. 4.7

214 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement FIGUUR 1.4 FUNDAMENTEEL DIAGRAM Q = Q(K) EN U = U(K) EN VERKEERSDATA A9 (TER HOOGTE VAN ROTTEPOLDERPLEIN S17), OKTOBER In Figuur 1.4 zijn de belangrijkste punten in het fundamenteel diagram weergegeven: de capaciteit C (punt waarbij de maximale intensiteit wordt verwezenlijkt), de kritische dichtheid k c en kritische snelheid u c, de stremmingsdichtheid k jam (de maximale dichtheid als de voertuigen stilstaan) en tot slot de vrije snelheid of wenssnelheid u 0. In de figuur zijn ook enkele empirische waarnemingen opgenomen gemeten met lussen. In de figuur is een duidelijk onderscheid te zien tussen de vrije tak van het fundamenteel diagram (k < k c ) en de congestietak (k > k c ). Zodra de intensiteit de capaciteit bereikt ontstaat congestie (file), hierover verder beneden meer. Het is verleidelijk causaliteit toe te dichten aan het fundamenteel diagram: vaak wordt gesteld dat de relatie u = U(k) weergeeft dat bij een toenemende dichtheid de snelheid afneemt. Met andere woorden, de snelheid van een voertuig in de verkeersstroom neemt af als de voertuigen dichter op elkaar gaan rijden. Redeneren we vanuit het rijgedrag (vergelijking (3)), dan ligt het echter meer voor de hand te stellen dat de volgafstand tot de voorligger wordt bepaald door de snelheid van de voorligger: de dichtheid is dan een functie van de snelheid en niet andersom. In de vrije tak van het diagram is het echter het toenemend aantal interacties tussen snelle en langzame voertuigen wat resulteert in een reductie van de gemiddelde snelheid. Hier zouden we dus kunnen zeggen dat de snelheid een functie is van de intensiteit Vrije snelheid, capaciteit en andere fundamenteel diagramparameters Op een lege weg zal elke bestuurder rijden met een snelheid die op die plek en tijd naar eigen inzicht het prettigst aanvoelt. Deze wenssnelheid of vrije snelheid u 0 verschilt heel sterk van persoon tot persoon. Dat heeft te maken met de kenmerken van het voertuig (vrachtwagen versus Ferrari); de plaatselijk geldende verkeersregels (maximum snelheid) en de mate waarin de bestuurder zich daar aan houdt; het reismotief (vliegtuig halen, naar werk of een dagje uit); allerlei locale omstandigheden (regen, zon of mist) en allerlei persoonsgebonden factoren zoals geslacht, leeftijd, ervaring, fysieke en mentale gesteldheid, enzovoorts. Er is dus een brede verdeling van wenssnelheden die ook nog eens plaats en locatie afhankelijk is. De puntenwolk helemaal aan de linkerkant van de U(k) relatie in Figuur 1.4 (rechts) geeft die spreiding goed weer. Zodra er zich meer verkeer op een weg bevindt kan niet elke bestuurder zich voortbewegen met zijn wenssnelheid tenzij die toevallig voor iedereen precies even groot is (en zelfs dan kan het niet dat zien we verder beneden). Er zijn dan twee mogelijkheden: (1) een bestuurder houdt een zekere afstand tot (en volgt) degene die voor hem of haar rijdt (met ongeveer dezelfde snelheid); (2) een bestuurder passeert het voertuig. Je hebt daarmee dus twee typen bestuurders in een verkeersstroom: volgers en leiders. Natuurlijk zal een bestuurder regelmatig van rol verwisselen zodra de gelegenheid zich daartoe voordoet. Capaciteit C is ook een parameter uit het fundamenteel diagram die sterk stochastisch is. Capaciteit is immers gelijk aan 1 gedeeld door de gemiddelde minimale volgtijd die bestuurders nog aan durven te houden bij de gegeven snelheid, d.w.z. 4.8

215 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement 1 C = H min Het is belangrijk om in het achterhoofd te houden dat capaciteit dus het resultaat is van collectief menselijk gedrag, en niet een eigenschap van een stuk asfalt. Dat verklaart ook waarom capaciteit zo sterk wordt beïnvloed door verschillende omstandigheden. In slecht weer rijden (verstandige) mensen gemiddeld met grotere volgtijden en/of lagere snelheden, datzelfde zie je bij wegversmallingen en langs wegwerkzaamheden. Daarbij spelen behalve verstand - vooral factoren mee die de reactietijd van bestuurders onbewust beïnvloeden, zoals een zwaardere rijtaak door slechter zicht of minder comfort, een groter gepercipieerd risico of door onbekendheid met de situatie. De capaciteit verschilt daarnaast natuurlijk voor verschillende wegtypen (snelweg, provinciale weg, stadsweg) met verschillende verkeersregels, geometrie en maximum snelheden. Onderzoek laat tenslotte ook zien dat de capaciteit sterk beïnvloed wordt door sociaal-culturele verschillen. In China is de snelwegcapaciteit bijv. ruim 20% lager dan in de Randstad, wat onder andere te maken heeft de verschillen in rijvaardigheid, rijstrookverdeling en reactietijden Toepassingen van het fundamenteel diagram Voordat we gaan kijken hoe we de basisbegrippen uit deze en de vorige paragraaf kunnen gebruiken om te verklaren hoe files ontstaan, zullen we kort verschillende toepassingen van het fundamenteel diagram de revue laten passeren. De lijst is zeker niet uitputtend, maar geeft wel een goed overzicht van de verschillende applicaties. Definitie van service niveaus Serviceniveaus worden gebruikt als manier om de kwaliteit van de verkeersafwikkeling te kenmerken, en ook om bij het ontwerpen van infrastructuur het gewenste service niveau te bepalen. Als je een wegverbinding tussen Delft en Schiedam wilt maken met een bepaald service niveau en een bepaalde ontwerpsnelheid, dan kun je het fundamenteel diagram gebruiken om te schatten hoeveel rijstroken die weg zou moeten hebben. Onderstaande figuur geeft een voorbeeld uit de (HCM 3, 2001) van deze toepassing. Afleiden van reistijd- en kostenfuncties FIGUUR 1.5 DEFINITIE VAN SERVICENIVEAUS (MAY, 1990). Voor veel toepassingen zijn reistijdfuncties van groot belang. Een reistijdfunctie beschrijft de verwachte reistijd voor een wegsegment als functie van de dichtheid of de intensiteit. Reistijd wordt vaak gehanteerd als maat voor de kosten van in de file staan en met een reistijdfunctie kun je bijvoorbeeld uitrekenen wat de kosten zijn van files 4. Figuur 1.6 geeft een voorbeeld van reistijdfuncties afgeleid van het fundamenteel diagram. In de figuur wordt de reistijd TT = 100/u per 100 km weergegeven als functie van de dichtheid. 3 De Highway Capacity Manual (HCM) is hèt handboek voor het ontwerp van wegverkeersinfrastructuur 4 Zo becijfert het Kennisinstituut voor Mobiliteit dat de totale kosten van in de file staan in 2006 zo rond de 2 miljard Euro bedroegen. 4.9

216 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement 20 reistijd (1/100 km) dichtheid (veh/km) Toepassing binnen dynamische afwikkelingsmodellen FIGUUR 1.6 REISTIJDFUNCTIE AFGELEID VAN HET FUNDAMENTEEL DIAGRAM. Veel dynamische macroscopische afwikkelingsmodellen (METANET, MADAM, Integration, FlowSim en FastLane) maken gebruik van het fundamentele diagram om de afwikkeling te voorspellen. We zullen zo meteen zien dat ook we ook bij de allersimpelste manier om naar files te kijken (schokgolftheorie) gebruik maken van het fundamenteel diagram Schatten van de capaciteit Een volgend voorbeeld van een toepassing van het fundamenteel diagram is het bepalen van de capaciteit. In (Botma e.a.,1998) wordt deze methode toegepast om het effect van regen en verlichting op de capaciteit te bepalen. FIGUUR 1.7 VOORBEELD VAN HET SCHATTEN VAN DE CAPACITEIT MET BEHULP VAN HET FUNDAMENTEEL DIAGRAM (HOOGENDOORN, 2007). Alternatieve toepassingen fundamentele relaties Inmiddels zijn verschillende wetenschappers bezig met alternatieve fundamentele diagrammen. Zo stelde Tu (2008) een fundamenteel diagram voor reistijdbetrouwbaarheid voor en leidde Daganzo (2008) het fundamenteel diagram voor een volledig stedelijk netwerk af (zie Figuur 1.8). In het laatste geval lijkt het er zelfs op dat de afwikkeling op het aggregate netwerk niveau (i.p.v. op link niveau) zich erg goed laat beschrijven door een fundamenteel diagram: diverse tests hebben aangetoond dat de gemiddelde operationele snelheid in congestieve stedelijke gebieden zich goed laat beschrijven als functie van de gemiddelde dichtheid in het gebied, zelfs indien op linkniveau geen sprake lijkt van een duidelijk verband. Voor netwerk management kunnen dergelijke nieuwe inzichten belangrijke hulpmiddelen zijn. 4.10

217 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement FIGUUR 1.8 FUNDAMENTEEL DIAGRAM VAN SAN FRANCISCO (DAGANZO EN GEROLIMINIS,2008). DE FIGUUR TOONT DE GEMIDDELDE OPERATONELE SNELHEID ALS FUNCTIE VAN DE DICHTHEID. OPVALLEND IS HOE WEINIG FLUCTUATIES ZICHTBAAR ZIJN, MET NAME VOOR HOGERE DICHTHEDEN. 1.4 Hoe files ontstaan een kwalitatieve analyse Laten we eerst met behulp van deze begrippen kwalitatief beschrijven en verklaren waarom er file op de A13 ontstaat. Stel, op de hoofdrijbaan is de intensiteit hoog en de voertuigen rijden dicht op elkaar. Stel vervolgens dat de intensiteit op de oprit ook hoog is. Die voertuigen moeten allemaal invoegen op de hoofdrijbaan, waar de ruimte (door kleine volgafstanden) toch al beperkt is. Door in te voegen worden de volgafstanden tijdelijk nog kleiner. Vaak zie je dat bij de invoegstrook zelf voertuigen nog wel bereid zijn om gedurende heel korte tijdsperioden nog kleinere volgafstanden aan te houden, maar dat een klein stukje benedenstrooms van de oprit de meeste bestuurders weer proberen terug te keren naar een veiliger volgafstand. Dat kan dus alleen door de snelheid te verlagen, d.w.z. door te remmen. Vervolgens ontstaat er een kettingreactie. Het voertuig dat het remmende voertuig volgt zal nu ook remmen, vaak nog net iets harder om ook zijn volgafstand weer terug te brengen naar een veilige marge. Het voertuig daarachter doet hetzelfde, enzovoorts. Het resultaat is dat de golf remlichten zich snel verplaatst tegen de richting van het verkeer in, terwijl de snelheid van het verkeer zelf sterk naar beneden gaat, soms zelfs tot volledige stilstand. De verkeersafwikkeling stort in zoals dat heet. FIGUUR 1.9: CONGESTIE ONTSTAAT BIJ FLESSENHALZEN, BIJVOORBEELD EEN OPRIT Files en flessenhalzen We kunnen dit proces goed vergelijken met wat er gebeurt als we een fles zonder bodem ondersteboven onder een waterkraan te houden. Zodra we meer water uit de kraan laten stromen (intensiteit) dan er door de flessenhals heen kan (capaciteit) neemt het waterniveau in de fles toe tot deze overstroomt. Er ontstaat a.h.w. file in de fles, want de snelheid van het water in de fles boven de flessenhals neemt sterk af. Draaien we de kraan nu zo ver dicht dat er minder water in de fles bij komt dan er door de flessenhals weer uit kan, dan zal de file in de fles oplossen, oftewel, de fles loopt leeg. Blijft er meer water uit de kraan komen dan er door de flessenhals heen kan, dan stroomt onvermijdelijk de fles over. Vertaald naar de verkeersituatie bij een oprit geldt dus: is de som van de intensiteit op de hoofdrijbaan en een afrit groter dan de capaciteit van de hoofdrijbaan dan ontstaat er file, en die file blijft groeien totdat die som van deze intensiteiten kleiner wordt dan de capaciteit van de hoofdrijbaan. Het onderliggende mechanisme is dat 4.11

218 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement bestuurders een minimale veilige volgtijd (of volgafstand) kiezen, wat bij een te grote intensiteit alleen maar mogelijk is door op de rem te stappen. FIGUUR 1.10: ANALOGIE TUSSEN FILE IN EEN VERKEERSNETWERK EN FILE IN EEN OMGEKEERDE WATERFLES De analogie tussen verkeerstromen en hydrodynamica (de wetenschap die zich bezighoudt met de dynamica van vloeistoffen) komt verkeerskundigen goed van pas. Veel van de macroscopische modellen waarmee we beschrijven hoe files zich ontwikkelen zijn gebaseerd hydrodynamische modellen. Maar voorzichtigheid is geboden, want de analogie gaat maar heel beperkt op: Voertuigen houden in tegenstelling tot watermoleculen - niet van botsen en bewegen zich allemaal in dezelfde richting; watermoleculen bewegen alleen netto in een bepaalde richting. Verkeer is anisotroop, dat wil zeggen dat de interactie tussen deeltjes (voertuigen) richting heeft: voertuigen reageren veel sterker (bijna uitsluitend) op voorliggers. Voertuigen en hun bestuurder hebben een eigen willetje, wat veel van de fundamentele variabelen zeer stochastisch maakt: capaciteit is bijvoorbeeld een stochastische variabele die sterk wordt bepaald door rijgedrag, in tegenstelling tot de capaciteit in het waterflesvoorbeeld, die een fysieke eigenschap is van de infrastructuur (de fles). Voertuigen nemen relatief aan het macroscopische fenomeen (de file) veel ruimte in, ook nog eens afhankelijk van hun snelheid. Watermoleculen zijn verwaarloosbaar klein ten opzichte van de file in de fles. Er zijn veel, maar dan ook echt heel veel meer watermoleculen in een fles dan voertuigen in een file. Er zijn zelfs heel veel meer watermoleculen in een fles dan voertuigen op de hele aardbol. Dit betekent dat begrippen als de gemiddelde dichtheid, intensiteit en snelheid in een fles water heel anders moeten worden geïnterpreteerd dan in een verkeersysteem. Je zou zelfs kunnen beargumenteren dat de continue benadering van verkeer om deze reden fundamenteel onjuist is De file als golf Op de brug bij de A13 zagen we al dat files zich gedragen als golven. Als er benedenstrooms iemand op de rem stapt en er file ontstaat bewegen de remlichten als een soort golf naar achteren (tegen het verkeer in). In de jaren vijftig is gelijktijdig door de heren Lighthill & Witham en Richards de zogenaamde kinematische golftheorie ontwikkeld waarmee de dynamica van verkeerstromen als golfverschijnsel kan worden beschreven. Dat model bestaat uit (slechts) drie eenvoudige vergelijkingen, te weten (1) het al eerder genoemde fundamenteel diagram; (2) de continuïteitsrelatie (q=ku), en (3) de zogenaamde wet van behoud van voertuigen, die vrij vertaald als volgt luidt Aantal voertuigen (straks) = Aantal voertuigen (nu) + instroom (nu) uitstroom (nu) Als je in plaats van Aantal voertuigen de termen Hoeveelheid water invult is het direct duidelijk dat deze formule beschrijft wat er in de omgekeerde fles gebeurt als we de kraan openzetten. De verandering van het aantal voertuigen op een bepaald stukje weg (de dichtheid op die weg) wordt dus bepaald door de hoeveelheid voertuigen die er al waren plus wat er op dat stukje weg netto gezien in- en uitstroomt. Zonder in details te treden over de precieze achtergrond en afleiding, kun je deze behoudswet dan ook als een partiële differentiaalvergelijking opschrijven Wat vrij vertaald neerkomt op k q = c( k) t x (6) Verandering in dichtheid over tijd = - Golfsnelheid Verandering in Intensiteit over de ruimte 4.12

219 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Die golfsnelheid c(k) is ook een functie van de dichtheid, het is namelijk de afgeleide Q(k)/ k van (en dus de raaklijn aan) het fundamenteel diagram (zie Figuur 1.4 links). In vrije afwikkeling is die afgeleide positief: verstoringen bewegen met het verkeer mee (denk aan een colonne vrachtwagens die plaatselijk voor een iets lagere snelheid en hogere dichtheid zorgt). Als de weg helemaal leeg is en ieder voertuig is vrij om zijn snelheid te kiezen dan geldt c(k) = u 0 (golfsnelheid = gemiddelde vrije snelheid), vlak voor de capaciteit wordt bereikt geldt 0 < c(k) u c. In file omstandigheden is Q(k)/ k negatief, dan bewegen verstoringen dus tegen de richting van het verkeer (denk maar aan de golf remlichten die tegen het verkeer in beweegt). Vaak wordt voor de congestietak van het fundamentele diagram een lineair verband verondersteld, in welk geval de golf snelheid in congestie constant wordt en als volgt uit het fundamenteel diagram in Figuur 1.4(links) kan worden bepaald: C c( k) =, k > kc k k jam c Deze filegolfsnelheid bepaalt onder specifieke condities 5 (die overigens veel voorkomen) met welke snelheid een file groeit. In de volgende paragraaf over schokgolftheorie zullen we nader ingaan op hoe dit precies werkt en wat die condities zijn. Uit de praktijk blijkt in elk geval dat die veronderstelling van een lineair fundamenteel diagram helemaal zo gek niet is. Het blijkt namelijk dat deze filegolfsnelheid inderdaad behoorlijk constant is en op Nederlandse snelwegen ergens tussen de -20 en -15 km/u ligt. Dat betekent dus dat een file in een uurtje tijd 15 tot 20 km kan groeien. Het is eigenlijk verbazingwekkend hoe aardig deze kinematische golftheorie beschrijft en verklaart wat er op wegennetwerken gebeurt. Maar er zijn natuurlijk ook veel dingen die de kinematische golftheorie niet volledig of zelfs helemaal niet verklaart. Één verschil is bijvoorbeeld dat volgens de theorie de file altijd voor de bottleneck ontstaat en niet een paar honderd meter benedenstrooms (zoals in de praktijk vaak gebeurt). Een ander voorbeeld is dat het model ook niet verklaart althans niet zonder de nodige aanpassingen en verfijningen dat files zichzelf verergeren. Dit komt door de zogenaamde capaciteitsval, dat wil zeggen, zodra er file ontstaat neemt direct de capaciteit af waardoor de file veel langzamer oplost. Het gaat dan dus van kwaad tot erger, dit zullen we verderop nog iets uitgebreider bespreken. Zo zijn er nog veel meer zaken die zonder geavanceerdere modellen niet goed kunnen worden beschreven en verklaard met kinematische golftheorie. Niettemin, zelfs als we deze theorie nog verder versimpelen (tot we alleen schokgolf theorie overhouden) kunnen we ze voor veel praktische toepassingen gebruiken. (7) 1.5 Schokgolf theorie Een schokgolf is de grens tussen twee verschillende verkeerstoestanden die worden gekenmerkt door verschillende dichtheden, snelheden en/of intensiteiten. Zo n toestand is daarmee een punt {k,q} in het fundamenteel diagram. Schokgolftheorie beschrijft de dynamica van een schokgolf, m.a.w. hoe beweegt de grens tussen (stationaire en homogene) verkeerstoestanden zich over de ruimte als functie van de tijd. De snelheid van een schokgolf is eenvoudig te bepalen Analytische afleiding schokgolfsnelheid Veronderstel dat een homogene verkeersstroom met dichtheid k 1 en snelheid u 1 over een weg beweegt en een eveneens homogene stroom voertuigen met (hogere) dichtheid k 2 en (lagere) snelheid u 2 tegen komt (zie Figuur 1.11). Laten we veronderstellen dat de grens S (de schok ) tussen deze verkeerstoestanden zich beweegt met een snelheid ω. We weten dat de hoeveelheid verkeer dat de schok instroomt gelijk moet zijn aan de hoeveelheid verkeer die er uitstroomt (behoud van voertuigen). Met andere woorden q in S = q uit S De intensiteit van het verkeer dat de schok inrijdt is gelijk aan de dichtheid stroomopwaarts van de schok maal de snelheid relatief aan de schok, d.w.z. 5 Deze specifieke condities houden in dat in de file sprake is van stremmingsdichtheid (k jam), met andere woorden, dat voertuigen in de file stilstaan. 4.13

220 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement in S ( ) q = k u ω (8) 1 1 Evenzo geld voor de intensiteit van verkeer dat de schok uitrijdt uit S ( ) q = k u ω (9) 2 2 Gelijkstellen van (8) en (9), en gebruikmakend van (4) levert dan op voor de schokgolfsnelheid q ω = k q k In woorden: de snelheid van een schokgolf tussen twee verkeerstoestanden wordt bepaald door het verschil in intensiteit te delen door het verschil in dichtheid tussen die toestanden. (10) FIGUUR 1.11: SCHEMATISCHE AFLEIDING SCHOKGOLFSNELHEID Grafische interpretatie Het aardige is dat deze relatie ook een eenvoudige grafische interpretatie heeft. Het is eenvoudig in te zien dat de schokgolfsnelheid in vergelijking (10) correspondeert met de lijn tussen twee verkeerstoestanden in het q-k diagram. Figuur 1.12 (links) illustreert dit principe. Figuur 1.12(rechts) laat vervolgens zien hoe op grond daarvan in een x-t diagram voertuigtrajectoriën en schokgolven (grenzen tussen de verschillende verkeerstoestanden) kunnen worden getekend. q q q 1 q 2 1 q 2 Sprong intensiteit 1 2 q ω 12 = k q k x q 2,k 2,u2 Vehicles in queue S Schokgolf ω 12 u 2 u 1 k u 2 k 2 1 Sprong dichtheid u 1 q 1,k 1,u1 0 k1 k 2 k t FIGUUR 1.12 GRAFISCHE INTERPRETATIE VAN SNELHEID SCHOKGOLF. 1.6 Toepassingen schokgolftheorie We kunnen schokgolftheorie toepassen om de verkeerssituatie te voorspellen voor tal van situaties. Het recept daarvoor is vrijwel altijd gelijk. Allereerst identificeren we de mogelijke verkeerstoestanden (punten op het fundamenteel diagram). Vervolgens verbinden we de punten in het fundamenteel diagram om de schokgolfsnelheden tussen al die verschillende toestanden te bepalen. Tenslotte kunnen we de toestanden en de schokgolven tussen die toestanden gemakkelijk 4.14

221 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement in een ruimte-tijd diagram tekenen. In het voorbeeld hieronder gebruiken we schokgolftheorie om de filelengte voor een bottleneck op een snelweg te berekenen. In paragraaf zullen we kijken naar de toepassing van schokgolftheorie op een geregeld kruispunt Berekening van de filelengte bij een bottleneck grafische uitwerking In een tweestrooksrijbaan van een autosnelweg bevindt zich een brug met smallere rijstroken en kleinere capaciteit dan op het baanlichaam. Men overweegt nu om in de spitsuren de vluchtstrook als spitsstrook te gebruiken, omdat zo vermoedt men, de dagelijkse file dan minder lang zal zijn en daarmee sneller zal zijn opgelost. Op de brug ontbreekt overigens de vluchtstrook. Tabel 1-1 geeft voor zowel de hoofdrijbaan als de brug de parameterwaarden voor het fundamenteel diagram op beide locaties. We veronderstellen dat dit fundamenteel diagram driehoekig, d.w.z. een lineair q-k verband in zowel de vrije als de congestietak. We kunnen er van uitgaan dat de intensiteit in de spits 4200 vtg/u bedraagt. Kunnen we op basis van schokgolftheorie nu voorspellen wat het gebruik van de vluchtstrook als spitsstrook daadwerkelijk oplevert? Lost de mogelijk kortere file dan daadwerkelijk sneller op? TABEL 1-1: PARAMETERWAARDEN Q-K DIAGRAM BIJ HET VOORBEELD FILETERUGSLAG OP EEN SNELWEG Capaciteit Dichtheid bij capaciteit Dichtheid bij stremming brug 3600 vtg/u 36 vtg/km 200 vtg/km rijbaan met twee stroken 4800 vtg/u 40 vtg/km 200 vtg/km Idem + vlucht/spitsstrook 6000 vtg/u 60 vtg/km 300 vtg/km Dit vraagstuk is het eenvoudigst aan te pakken door de verkeerstoestanden simpelweg te tekenen in zowel een fundamenteel diagram als een ruimte-tijd diagram, Figuur 1.13 illustreert deze methode voor zowel de huidige situatie als de situatie met gebruikmaking van de spitsstrook. De conclusie zal alvast duidelijk zijn (zie de ruimte tijd diagrammen in Figuur 1.13(a) en (b) onderaan): door de spitsstrook wordt de file inderdaad korter, maar hij lost niet sneller op. De spitsstrook verbreed als het ware het brede gedeelte van de omgekeerde fles (Figuur 1.10), maar omdat de flessenhals zelf even smal is gebleven duurt het even lang om dezelfde hoeveelheid verkeer af te wikkelen. FIGUUR 1.13: UITWERKING VOORBEELD 1 FILE VOOR EEN BOTTLENECK. DE SPITSSTROOK ZORGT WELISWAAR VOOR EEN KORTERE FILE, MAAR HET DUURT EVENLANG VOOR DEZE OPLOST. 4.15

222 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Berekening van de filelengte bij een bottleneck nu met formules We kunnen dit uiteraard ook uitrekenen. Eerst zonder spitstrook. We weten met behulp van Tabel 1-1 dat de dichtheid van het verkeer stroomopwaarts en in de file respectievelijk bedragen 4200 k1 = 40 = 35 vtg/km k2 = 40 + ( ) = 80 vtg/km 4800 De intensiteit in de file is gelijk aan de capaciteit van de bottleneck (3600 vtg/u). De file slaat dus terug met een (schokgolf)snelheid ω12 = = 13.3 km/u Op dezelfde wijze kunnen we berekenen dat met spitsstrook de dichtheid voor en in de file bedraagt: k k 1' 2' 4200 = 60 = 42 vtg/km = 60 + ( ) = 156 vtg/km 6000 En dat deze file (inderdaad veel langzamer) groeit met een snelheid ω 1'2' = = 5.3 km/u De lezer kan zelf narekenen dat de andere variabelen en schokgolven de volgende waarden hebben in dit voorbeeld. Zonder spitstrook vinden we en met spitsstrook hebben we u = ω = 4800 / 40 = 120 km/u; u = 3600 / 80 = 40 km/u u = 3600 / 36 = 100 km/u u u 1' 01' 2' 3 = ω = 6000 / 60 = 100 km/u = 3600 / 156 = 23 km/u u = 3600 / 36 = 100 km/u Zonder spitsstrook staat er dus na een uur ruim 13 km file en met spitsstrook iets meer dan 5 km. Dit is op zich al reden genoeg om de spitsstrook open te stellen. Het is zeer aannemelijk dat er stroomopwaarts van de brug andere opritten en afritten bestaan die geblokkeerd kunnen raken door de (lange) file. Dit noem je fileterugslag. Fileterugslag is een vervelend fenomeen, want fileterugslag zorgt ervoor dat reizigers in files terechtkomen die niet gerelateerd zijn aan hun eigen route ze betalen als het ware voor iets waar ze niet om hebben gevraagd. Bovendien zullen vanwege die extra reizigers de files nu ook nog eens sneller groeien. Een dubbel negatief effect dus. 4.16

223 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement FIGUUR 1.14: VOORBEELD FILETERUGSLAG OP DE A13 VAN DEN HAAG NAAR ROTTERDAM. DE FILE ONTSTAAT BIJ ROTTERDAM EN SLAAT ZODANIG VER TERUG DAT OOK REIZIGERS MET ANDERE BESTEMMINGEN (BIJVOORBEELD DELFT) REISTIJD VERLIEZEN DOOR DEZE FILE. Er zijn natuurlijk ook nadelen verbonden aan het openstellen van de vluchtstrook als extra buffer ruimte (spitsstrook). Een voorbeeld is de moeilijkere toegang voor hulpdiensten in het geval er een ongeluk of incident plaatsvindt, waardoor de ontruiming van een incident langer duurt en de kans op secundaire incidenten toeneemt. 1.7 Samenvatting en reality check: grenzen aan schokgolftheorie De drie belangrijkste macroscopische verkeerskenmerken zijn de dichtheid k, de intensiteit q en de gemiddelde snelheid u. Die eerste twee macroscopische grootheden zijn nauw gerelateerd aan microscopische grootheden: q = 1/H (de gemiddelde volgtijd) en k=1/s (de gemiddelde volgafstand). Het verband tussen q, k, en u is gemakkelijk te onthouden: q=ku ( kuu=kuu ). Omdat er een ondergrens is aan de volgtijd die bestuurders op elkaar durven aan te houden bij een bepaalde snelheid is er een bovengrens aan de hoeveelheid voertuigen die per tijdseenheid kunnen passeren, dit noemen we de capaciteit. Het blijkt dat de grootste capaciteit (tussen de 2200 en 2400 voertuigen per uur per rijstrook) wordt bereikt bij een gemiddelde snelheid van zo rond de km/u. De (evenwichts)relatie tussen intensiteit en dichtheid, die als maximale waarde dus de capaciteit heeft, noemen we wel fundamenteel diagram (FD). Vanwege q=ku zijn er drie vormen van het FD: q = Q(k), u = U(k) en u = U(q), die alle drie exact dezelfde informatie bevatten. Met behulp van het FD kunnen we ook heel grof de dynamica van verkeer beschrijven en voorspellen. De theorie die we daarbij gebruiken heet schokgolftheorie. Met schokgolftheorie kunnen we voorspellen hoe de grens tussen twee stationaire verkeerstoestanden (evenwichtstoestanden die we in het FD kunnen vinden) zich ontwikkeld over de ruimte en tijd. De belangrijkste formule daarbij is die van de schokgolf snelheid: q ω12 = k q k die dus bepaald wordt door het verschil in intensiteit te delen door het verschil in dichtheid. ; Het grootste pluspunt van schokgolftheorie is dat het een zeer eenvoudige theorie is waarmee het mogelijk is de verkeerscondities in tijd en ruimte te voorspellen. De voorspellingen komen in grote lijnen overeen met wat we in de werkelijkheid zullen waarnemen. We kunnen schokgolftheorie nog een klein stukje realistischer maken door toepassing van kinematische golf theorie (ook wel: eerste orde theorie). Die theorie is gebaseerd op één dynamische vergelijking: de wet van behoud van voertuigen. Maar zelfs dan zijn er veel fenomenen die we in de werkelijkheid waarnemen maar die 4.17

224 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement niet door deze eerste orde benadering kunnen worden beschreven en voorspeld. Om gevoel te krijgen voor de verschillen tussen eenvoudige verkeersstroommodellen (gebaseerd op schokgolf + kinematische golftheorie) laten we in de laatste paragrafen nog wat voorbeelden zien van fenomenen die niet door middel van deze modellen kunnen worden verklaard / voorspeld Verkeer in evenwicht en hysterese Schokgolftheorie en eerste orde modellen stellen dat verkeer altijd in evenwicht is. Met andere woorden, er geldt u = U(k). Dit blijkt echter lang niet altijd het geval, bijvoorbeeld omdat verkeer eindige acceleratie- en deceleratiemogelijkheden heeft. Andere belangrijke aspecten zijn de vertraagde reactie van weggebruikers en het feit dat automobilisten in sommige gevallen anticiperen op stroomafwaartse verkeerscondities. Acceleratie en deceleratie blijken daarbij niet symmetrisch mede als gevolg van anticipatie en vertraagde reactie wat ook wel hysterese wordt genoemd. Figuur 1.15 laat duidelijk deze hysterese curves zien. FIGUUR 1.15 HYSTERESE EFFECTEN A9. ACCELERATIE EN DECELERATIE ZIJN NIET ELKAARS GESPIEGELDE EVENBEELD, MAAR VERSCHILLEN FUNDAMENTEEL. BIJ HET ACCELEREREN NEMEN VOERTUIGEN BEDUIDEND MEER PLAATS IN, EN ZIJN DE DICHTHEDEN DUS LAGER. Om dergelijke processen te beschrijven moeten we afwijken van de premisse dat het verkeer altijd in evenwicht is (u = U(k)). Het Payne model gaat bijvoorbeeld uit van de volgende eenvoudige gedragsrelatie: u( t + τ, x) = U ( k( t, x + x)) Deze relatie stelt feitelijk dat de snelheid van het verkeer zich vertraagd aanpast aan de heersende verkeerscondities stroomafwaarts (anticipatie) van de huidige locatie Filegolven, spontane fase overgangen en de capaciteitsval We hebben gezien dat schokgolftheorie en 1 e orde modellen voorspellen dat congestie ontstaat op het moment dat de verkeervraag ter hoogte van een bottleneck hoger is dan de (rest)capaciteit. De file ontstaat direct ter hoogte van de toerit. In de praktijk zien we echter vaak dat de file niet ter hoogte van de bottleneck ontstaat, maar zo n 500 m stroomafwaarts (Figuur 1.16). Dit duidt erop dat automobilisten tijdelijk erg korte volgtijden accepteren (in geval van invoegend verkeer) en pas na enige tijd deze volgtijd aanpassen tot hun gewenste volgtijd. Om dat voor elkaar te krijgen stappen ze op de rem en er ontstaat file. Daarnaast zien we in Figuur 1.16 ook dat er spontane toestandsovergangen plaatsvinden. In het gebied waar sprake is van reguliere congestie (ook wel gesynchroniseerd verkeer) kunnen kleine verstoringen uitgroeien tot een (soms volledige) stremming, een filegolf, waarbinnen het verkeer nagenoeg tot stilstand is gekomen. Deze filegolven planten zich met een nagenoeg constante snelheid van -18 km/u voort. 4.18

225 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Spontane overgang van gesynchroniseerd verkeer naar filegolven aantal vtg./km rijrichting FIGUUR 1.16 ONTSTAAN VAN FILE STROOMAFWAARTS VAN DE BOTTLENECK EN HET ONTSTAAN VAN FILEGOLVEN IN EEN GEBIED VAN GESYNCHRONISEERD VERKEER. Kinematische golf en schokgolftheorie zijn niet in staat deze fenomenen te voorspellen. Wel is het mogelijk om, wanneer filegolven eenmaal zijn ontstaan, de wijze waarop de golf zich over het traject verplaatst met deze eerste orde benaderingen te voorspellen. Hiervoor moet dan wel een belangrijke aanpassing aan het fundamenteel diagram worden gedaan: deze moet de zogenaamde capaciteitsval bevatten. In stedelijk verkeer is in elk geval intuïtief te verklaren, immers, voertuigen houden waarschijnlijk langere volgtijden aan als ze wegrijden vanuit stilstand (bij een verkeerslicht - zie Figuur 2.7), dan wanneer ze met hoge snelheid achter elkaar rijden. Het blijkt dat ook op snelwegen de capaciteit in vrije afwikkeling structureel hoger is dan die in congestie. Grofweg geldt: hoe groter het snelheidsverschil tussen vrije afwikkeling en congestie, hoe groter de capaciteitsval. De oorzaken van de capaciteitsval zijn divers en nog altijd onderwerp van studie. De kern van de zaak is dat bestuurders in congestie fundamenteel anders rijden dan in vrije omstandigheden, onder andere grotere reactietijden hebben en (dientengevolge) grotere volgtijden aanhouden. Figuur 1.15 illustreert dit door bijvoorbeeld te laten zien dat acceleratie en deceleratie uit en in een file fundamenteel van elkaar verschillen. We zullen dit hier niet verder bespreken en ons beperken tot een korte slotopmerking over de macroscopische consequenties van de capaciteitsval. De capaciteitsval is een unieke en bepaald onprettige eigenschap van verkeerstromen. Zodra er sprake is van congestie neemt de capaciteit af, meestal met zo n 10-15%, maar er zijn ook gevallen onderzocht waarbij de capaciteit meer dan 30-40% afnam. Het gaat daarmee als het ware van kwaad tot erger. De capaciteitsval is een belangrijke motivatie om verkeer zo lang mogelijk in vrije omstandigheden te laten afwikkelen, immers, zodra er congestie ontstaat neemt hierdoor de effectiviteit van een weg spontaan met 10-15% af. In het volgende hoofdstuk zullen we een aantal dynamisch verkeersmanagementmaatregelen bespreken die precies dat doen: het verkeer in vrije afwikkeling houden. We zullen ook zien dat de er niet alleen lokaal sprake is van een capaciteitsval maar dat er op netwerk niveau ook zoiets plaatsvindt. 4.19

226 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement 2 VERKEERSMANAGEMENT Verkeersmanagement is de discipline die zich bezig houdt met het managen van verkeerstromen in verkeersnetwerken. Er zijn heel veel verschillende doelen die je met verkeersmanagement kunt nastreven. De oudste en nog altijd belangrijkste doelstelling is de verkeersveiligheid. Verkeersregelinstallaties (VRI s - in de volksmond ook wel stoplichten genoemd) zorgen ervoor dat verkeer veilig kan afwikkelen op plekken waar conflicterende verkeerstromen elkaar kruisen. VRI s zijn een belangrijke component in stedelijke infrastructuur netwerken, we zullen daar in dit hoofdstuk de nodige aandacht aan besteden. Maar ook het eerste volledig geautomatiseerde verkeersmanagementsysteem op de Nederlandse autosnelwegen (het zogenaamde MTM systeem) had als belangrijkste doelstelling het verbeteren van de veiligheid door voertuigen te waarschuwen voor congestie benedenstrooms. FIGUUR 2.1: HET RIJSTROOKSIGNALERINGSSYSTEEM (MOTORWAY TRAFFIC MANAGEMENT: MTM) OPERATIONEEL OP DE NEDERLANDSE SNELWEGEN SINDS MID-JAREN 80. HET SYSTEEM DETECTEERT FILES, DWZ EEN VERLAGING IN DE GEMIDDELDE SNELHEID EN WAARSCHUWT NADERENDE AUTOMOBILISTEN. HET SYSTEEM WAS EN IS ZEER SUCCESVOL: HET AANTAL ONGELUKKEN NAM AF MET CIRCA 25%, HET AANTAL DODELIJKE KOP-STAART BOTSINGEN DAALDE NOG VEEL STERKER. Naast veiligheid is efficiency (het maximaliseren voor de doorstroom, voorkomen van congestie, minimaliseren van reistijd, etc.) een belangrijke doelstelling. VRI installaties worden bijna altijd zodanig ontworpen dat ze, gegeven een bepaalde verkeersvraag, zo efficiënt mogelijk de verkeerstromen kunnen laten afwikkelen. Behalve veiligheid en efficiency zijn er ook andere doelen, die met name in de afgelopen decennia steeds belangrijker zijn geworden: betrouwbaarheid (garantie aansluitingen, gegarandeerde reistijd, etc.) en milieu doelstellingen, zoals het minimaliseren van emissies (CO 2, NO 2 ) en het minimaliseren van geluidoverlast. 2.1 Stedelijk verkeersmanagement: verkeerslichten Het eerste daadwerkelijke verkeerslicht stamt uit Het werd ontworpen door de excentrieke Engelse ingenieur John Peake Knight en was in feite een seinpaal in combinatie met een rode gaslamp, zoals die ook voor treinovergangen werd gebruikt. Het verkeerslicht werd geïnstalleerd vlakbij de Westminster bridge in London om er voor te zorgen dat voetgangers konden oversteken zonder het gevaar te lopen onder de wielen of hoeven van paardenkoetsen te belanden. Het probleem was evenwel dat dit verkeerslicht handbediend was en dat één van de dienstdoende politieagenten (die gedurende de hele dag dus niets anders deed dan de seinpaal omhoog en weer terug bewegen) al in de eerste maand zwaar gewond raakte toen de gaslamp om onbekende redenen in zijn gezicht explodeerde. Het project werd ogenblikkelijk voor onbepaalde tijd stopgezet. Het zou dik 40 jaar duren voor er op grote schaal in London verkeerslichten werden geïnstalleerd en gebruikt. Alhoewel de meningen verdeeld zijn, wordt het eerste volledig geautomatiseerde verkeerslicht met drie kleuren (groen, oranje/geel en rood) zoals we dat nu nog steeds gebruiken, doorgaans toegeschreven aan een politieagent uit Detroit (VS), William Potts. Inmiddels zijn verkeerslichten 4.20

227 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement niet meer weg te denken uit het straatbeeld. In de navolgende paragrafen zullen we kort de verschillende ontwerpaspecten van verkeersregelinstallaties (VRI s) de revue laten passeren Basisbegrippen: nummering, conflictmatrices en ontruimingstijden Gezien de grote hoeveelheid verkeersregelinstallaties in verkeersnetwerken (een flinke stad als Rotterdam heeft al gauw honderden VRI s) is standaardisering van een aantal eigenschappen van kruispunten belangrijk. Op die manier kan ook het ontwerp van verkeersregelingen gestandaardiseerd worden. Dit is goed voor de efficiëntie en veiligheid van verkeersregelingen en vooral ook voor de herkenbaarheid van de regelingen voor weggebruikers. Standaardnummering rijrichtingen Figuur 2.2 toont de standaardnummering van rijrichtingen op een kruispunt voor autoverkeer, deze loopt van 1 t/m 12 met de klok mee. Ook voor fietsers, voetgangers, en openbaar vervoer zijn regels voor standaardnummering die we hier verder niet zullen behandelen. Door op een kruispunt nu vast te leggen welke (hoofd)rijrichting nummer 2 (en 8) krijgen, ligt de codering voor het gehele kruispunt vast. Het is overigens niet ongebruikelijk dat sommige richtingen gecombineerd worden, bijv richting (die dan aangeduid worden met 2). Conflictmatrix FIGUUR 2.2: STANDAARD NUMMERING VAN RIJRICHTINGEN OP EEN KRUISPUNT Nadat het kruispunt schematisch is gecodeerd (Figuur 2.2) wordt een zogenaamde conflictmatrix geconstrueerd die aangeeft welke rijrichtingen wel of niet tegelijkertijd kunnen rijden (en dus wel of niet tegelijkertijd groen kunnen krijgen). Op grond van deze conflict matrix kunnen we nu een verkeersregeling gaan ontwerpen (a) Voorbeeld kruispunt codering (Kruithuisweg- Provinciale weg, Delft) (b) Conflictmatrix waarin conflicterende richtingen zijn aangegeven met * Naar Van * 02 * * * 08 * 09 * * * 10 * 12 * * * FIGUUR 2.3: VOORBEELD CODERING KRUISPUNT (A) EN RESULTERENDE CONFLICTMATRIX (B) 4.21

228 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Wanneer regelen? De belangrijkste vraag die eerst beantwoord moet worden is wanneer, dat wil zeggen, onder welke omstandigheden het verstandig is om het verkeer met een verkeersregeling te gaan regelen. Zo n regeling is niet nodig als de intensiteit op elk van de richtingen zeer laag is en het kruispunt overzichtelijk genoeg is zodat bestuurders in alle gevallen kunnen beoordelen of er een voldoende groot gaatje in een conflicterende verkeersstroom is om te passeren, afhankelijk van de vigerende verkeers- en voorrangsregels. De aspecten die een rol spelen bij de beslissing wel/niet regelen zijn onder andere de volgende: De verkeersvraag op de hoofdrichtingen en de kansverdeling van deze aankomsten, dit geeft immers een idee over hoe groot de gaten zijn in die verkeersstroom De verkeersvraag en kansverdeling aankomsten op de overige richtingen (het verkeer dat juist naar gaten zoekt) De verkeersveiligheid (overzichtelijkheid kruispunt, aanwezigheid langzaam verkeer) Mogelijke prioriteit openbaar vervoer, etc. Figuur 2.4 geeft een rekenvoorbeeld wel of niet regelen op grond van de intensiteiten op de hoofd en zijrichtingen. Veronderstel een kruising met alleen doorgaande richtingen, waarvan 08 en 02 de voorrangsrichtingen zijn (plaatje (a)). Het zal duidelijk zijn dat de verdeling van hiaten (een ander woord voor de volgtijden h i ) tussen de voertuigen op de voorrangsrichtingen bepalend is voor de hoeveelheid voertuigen die het kruispunt vanuit de andere richtingen (05 en 11) kunnen oversteken. Veronderstel dat de hiaten tussen voertuigpassages op de hoofdrichtingen i (02 en 08) geschaald exponentieel verdeeld zijn 6 met een gemiddelde µ = 1/q tot =1/(Σ i q i ) seconden. Dat wil zeggen f h = hq 2 exp q h ( ) ( ) tot Veronderstel vervolgens dat voertuigen op richting 05 en 11 minimaal t c seconden nodig hebben om te durven oversteken. De kans op een hiaat groter dan t c is dan met de volgende formule uit te rekenen ( h t ) = ( + q t ) q Pr 1 e tot t c C tot c We kunnen nu ook uitrekenen wat de maximale hoeveelheid verkeer is dat op de richtingen 05 en 11 nog een hiaat kan vinden om over te steken. Deze wordt natuurlijk bepaald door het aantal hiaten (>t C ) in de hoofdrichtingen waar 1 of meer voertuigen uit de zijrichtingen doorheen durven. Veronderstellen we dat de minimale volgtijd tussen voertuigen vanuit de zijrichting 05 (of 11), wachtend op een gaatje in de hoofdstroom, 2 seconde bedraagt (s zij = 1800 vtg/uur) dan geldt q max = t C ( ) ( ) f h g h dh tot 6 De exponentiële verdeling voor hiaten (volgtijden) heeft een kansdichtheidsfunctie f t ()= 1 µ exp t µ met gemiddelde (hiaat) µ en variantie µ 2. De kans op een hiaat van 0 seconden is natuurlijk gelijk aan nul (tenzij voertuigen aan elkaar vastzitten) maar bedraagt volgens de exponentiële distributie (vul maar in) 1/µ (>0). Dat is niet realistisch en daarom wordt voor volgtijd verdelingen vaak een zogenaamde geschaalde exponentiële distributie (ook wel een Erlang-k distributie) verondersteld: f ()= t t k 1 µ k ( k 1)! exp t µ De formule lijkt op die van de exponentiële distributie maar bevat een extra parameter k, die de vorm van de verdeling bepaalt. (zie ook

229 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Met de bovengenoemde aannames voor de volgtijdverdelingen is dan de volgende benadering af te leiden q max = s zij exp( q tot t c ) (11) De interpretatie is dat je de maximale intensiteit vanuit 5 en 11 (de afrijcapaciteit s zij ) ahw schaalt met een factor die afhangt van hoe druk het is op de hoofdrichtingen (q tot ). Je kunt nu makkelijk aantonen dat een regeling in dit geval niet nodig is (vul de getallen van het plaatje linksboven in de formule (11)), omdat q max = 662 voertuigen per uur en op beide richtingen de verkeersvraag kleiner is (50 respectievelijk 100 voertuigen per uur). FIGUUR 2.4: VOORBEELD BEREKENING WEL/NIET REGELEN Ontwerpen van verkeersregelingen Een verkeersregeling is de set van instructies die ervoor zorgt dat binnen een bepaalde periode (de zogenaamde cyclustijd) alle richtingen op een kruispunt voldoende groentijd krijgen om veilig en efficiënt te kunnen passeren. Zo n regeling groepeert daarbij de richtingen die niet conflicteren in zogenaamde fasen. In het voorbeeld uit Figuur 2.4 kunnen bijvoorbeeld de richtingen 08, 01 en 02 tegelijkertijd groen krijgen. Maar men zou ook kunnen kiezen om de richtingen 08, 09 en 10 tegelijkertijd groen te geven. Na deze fase zouden bijvoorbeeld 01 en 02 gelijktijdig groen kunnen krijgen en daarna richting 12 eventueel vergezeld van richting 08. Maar hoe lang krijgt elke fase groen en welke volgorde van fasen is optimaal? Dit is de kerntaak een verkeersregeltechnicus. Het ontwerpen van een efficiënte verkeersregeling is complex, zeker als het kruispunt ook langzaam verkeer (voetgangers, fietsen) verwerkt of als er bijvoorbeeld openbaar vervoer (bussen, trams) rijdt dat onder sommige (of alle) omstandigheden prioriteit heeft over normaal verkeer. Het wordt nog ingewikkelder als we een kruispuntregeling willen afstemmen op andere kruispuntregelingen, bijvoorbeeld om zo een groene golf te bewerkstelligen. Zo n groene golf zorgt ervoor dat verkeer dat groen krijgt op een kruispunt, ook op de kruispunten benedenstrooms groen krijgt - mits het zich netjes aan de maximum snelheid houdt. Om verkeersregelingen goed op elkaar aan te passen zodat een groene golf mogelijk wordt is bijvoorbeeld schokgolftheorie nodig, en moeten geavanceerde optimalisatie technieken worden toegepast. Het is ook nodig om hierbij gebruik te maken van monitoringssystemen, zodat de regeling in real-time kan worden aangepast en gefinetuned op de daadwerkelijke verkeersvraag daar komen we verder beneden op terug. We zullen nu globaal de verschillende stappen bespreken om een verkeersregeling voor het bovenstaande kruispunt te ontwerpen Stap 1 - Bepaal/schat/meet ontruimingstijden Allereerst moeten we weten welke veiligheidsmarges we moeten aanhouden in de verkeersregeling, dat wil zeggen, hoeveel extra tijd we moeten incalculeren tussen het moment dat een bepaalde richting rood krijgt en het moment dat een conflicterende richting vervolgens groen krijgt. Deze extra tijd noemen we ontruimingstijd. Om deze ontruimingstijden te bepalen moeten we eerst bepalen waar (op welke fysieke locaties) de conflicten uit de conflictmatrix precies plaatsvinden. Figuur 2.5(a) toont het zelfde kruispunt (als Figuur 2.3(a)) met daarin het conflictvak voor de richtingen 01 en 09. Te zien is dat de afstand tussen 09 en het conflictvlak groter is dan die tussen 01 en het conflictvlak. De consequentie daarvan is dat het ontruimen van het conflictvlak langer duurt als richting 09 voor richting 01 groen krijgt, dan in het geval richting 01 voor richting 09 groen krijgt. Uit analyse of metingen zou bijvoorbeeld kunnen blijken dat de ontruimingstijd van richting 09 naar richting 01 3 seconden bedraagt, dat wil zeggen, we moeten nadat het verkeerslicht voor richting 09 op rood springt nog 3 seconden wachten voor we richting 01 groen geven, om zeker te weten dat alle voertuigen vanuit 09 het conflictvlak zijn gepasseerd. Andersom is het niet nodig om extra ontruimingstijd in te calculeren tussen richting 01 en 09. Zodra richting 01 rood heeft gekregen, kunnen de voertuigen bij richting 09 al groen krijgen. Het formele rekensommetje dat we hier maken is: 4.23

230 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Ontruimingstijd van richting i naar j = de tijd die het langzaamste voertuig vanuit i nodig heeft om het conflictvlak te passeren minus de tijd die het snelste voertuig van uit j nodig heeft om het conflictvlak te passeren Uiteraard is de minimum ontruimingstijd 0 seconden. Als er een negatief getal uit de bovenstaande som komt dan is er geen gevaar voor conflicten. Je kunt je voorstellen dat je deze exercitie voor alle conflictvlakken en conflicterende richtingen kunt uitvoeren. Dat resulteert dan in een conflictmatrix met ontruimingstijden in plaats van kruisjes zie Figuur 2.5(b). Naast ontruimingstijd zijn er ook andere niet door verkeer gebruikte verliestijden op een kruispunt. Een voorbeeld is de geeltijd (de tijd dat het verkeerslicht op geel staat), tenminste dat gedeelte van de geeltijd waarin geen voertuigen meer rijden. Een derde component van de verliestijd is het zogenaamde startverlies. Dat is de extra tijd die het eerste voertuig nodig heeft om weg te rijden, bijvoorbeeld om te detecteren dat het licht op groen is gesprongen, het voertuig in de versnelling te zetten, etc. (a) Voorbeeld kruispunt codering (Kruithuisweg- Provinciale weg, Delft) (b) Conflictmatrix waarin conflicterende richtingen zijn aangegeven met ontruimingstijden (in seconden) Naar Van FIGUUR 2.5: CONFLICTVLAKKEN EN (HYPOTHETISCHE) CONFLICTMATRIX MET ONTRUIMINGSTIJDEN De totale interne verliestijd voor een bepaalde richting is gelijk aan de de volgende optelsom Of in formele notatie Interne verliestijd = Ontruimingstijd + niet gebruikte geeltijd + startverlies LT = LT + LT + LT (12) clear amber sg i i i i Waarin LT : Ontruimingstijd (Clearing time) voor richting i clear i amber LT : Effectieve geeltijd (in het Engels wordt voor de tussenkleur amber i gebruikt) LT : Opstart verliestijd (sg staat voor start green ) sg i Stap 2 - Bepaal de (maatgevende) conflictgroep Een conflictgroep is een verzameling richtingen die onderling allemaal conflicteren. Het is gemakkelijk om groepen van twee conflicterende richtingen te vinden op basis van de conflictmatrix uit Figuur 2.5(b), dit zijn: o o 02-09, 02-10, en o o Aangezien richting 02 conflicten heeft met meerdere andere richtingen, kunnen we nu nagaan of er ook groepen van drie onderling conflicterende richtingen zijn. Hiervoor checken we of de met 02 conflicterende richtingen (09, 10 en 12) ook onderling conflicteren. Het blijkt dat 09 en

231 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement inderdaad conflicteren (richting 09 en 10, en richting 10 en 12 conflicteren onderling niet). Dit leidt dus tot één nieuwe conflictgroep met drie conflicterende richtingen: o De implicatie is dat onze verkeerregeling minstens drie fasen (combinaties van niet-conflicterende richtingen) moet bevatten. Omdat er één combinatie van drie richtingen is die onderling conflicteren noemen we deze de maatgevende (of kritische) conflictgroep. Het zou ook kunnen zijn dat er meer 3-fasen conflictgroepen zijn. In dat geval wordt vaak de conflictgroep gekozen waarvoor de verzadigingsgraad het grootst is die term zal beneden worden uitgelegd. Laten we eerst kijken in welke volgorde we de richtingen uit deze maatgevende conflictgroep groen gaan geven. Stap 3 - Bepaal de regelstructuur / fase volgorde Er zijn twee 7 volgorden te bedenken voor 3-fase conflictgroepen, in dit geval zijn dat of Zo n fase volgorde wordt ook wel regelstructuur genoemd. Tabel 2-1(b) toont de twee mogelijke regelstructuren op die we op grond van de hierboven toegelichte conflictgroepen (vet aangeven in Tabel 2-1(a)) kunnen construeren. Om te bepalen welke van de twee structuren de meest geschikte is kijken we uitsluitend naar de maatgevende conflictgroep (de tweede kolom in in Tabel 2-1(a) en eerste kolom in de regelstructuren in Tabel 2-1(b)) Tot nu toe hebben we bij de ontwerpstappen geen rekening gehouden met de hoeveelheid verkeer die we per richting verwachten. Dat gaan we nu doen. Daarvoor definiëren we eerst: q j : Aankomstintensiteit voor richting j, d.w.z. het aantal voertuigen per tijdseenheid (vtg/u) dat gedurende de gehele cyclus (dus zowel tijdens groen als rood) arriveert bij richting j s j : De zogenaamde saturation flow voor richting j, d.w.z. het aantal voertuigen per tijdseenheid (vtg/u) dat (tijdens een groenfase) kan wegrijden. Saturation flow (NL: verzadigingsintensiteit) is daarmee gelijk aan de afrijcapaciteit dat wil zeggen, de maximale intensiteit waarmee voertuigen uit een wachtrij (een file) kunnen wegrijden. q De zogenaamde verzadigingsgraad van een richting. Als deze grootheid >1 j x j = : dan komt er meer verkeer aan dan er wegrijdt (wat leidt tot lange wachtrijen s j en dus vertragingen) (a) Voorbeeld conflictgroepen, de (enige) 3-fase conflictgroep is in dit geval maatgevend. 2 fase 3 fase 4 fase conflictgroep conflictgroep conflictgroep (b) Twee mogelijke regelstructuren op basis van de conflictgroepen uit (a) Regelstructuur I Regelstructuur II volg orde TABEL 2-1: CONFLICTGROEPEN (A) EN MOGELIJKE REGELSTRUCTUREN (B) Figuur 2.6 laat op grond van gemiddelde waarden voor q j en s j zien hoe je handmatig kunt uitrekenen wat de minimaal benodigde cyclustijd is voor elk van de twee mogelijke regelstructuren. Het blijkt dat structuur I efficiënter is. De structuur levert minder interne verliestijd op (16 sec t.o.v. 21 voor structuur II) en dus een kleinere minimaal benodigde cyclustijd (minder dan een minuut bij de verkeersbelasting uit dit voorbeeld) 7 Er zijn bijvoorbeeld 6 verschillende manieren om een 4-fase conflictgroep af te wikkelen. 4.25

232 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement richting q j (vtg/u) s j (vtg/u) De tabel hiernaast geeft de te verwachten intensiteiten en saturation flows (afrijcapaciteiten) weer voor de drie richtingen uit de maatgevende conflictgroep. Op grond van de saturation flow (de afrijcapaciteit) weten we dat een voertuigpassage gemiddeld 2 seconden duurt (1800 vtg/u delen door 3600 seconden - denk aan formule (1)!). Dit impliceert dat we om de verkeersvraag op richting 02, 09 en 12 af te wikkelen per uur gemiddeld ( =) = 2600 seconden nodig hebben. Dan blijven er in een uur nog = 1000 seconden over waarin geen verkeer hoeft worden afgewikkeld. Deze 1000 seconden kunnen gebruikt worden voor de al eerder genoemde interne verliestijden. Met behulp van vergelijking (12) kunnen we de verliestijd voor alle richtingen in de maatgevende conflictgroep uitrekenen via LT = Veronderstellen we dat voor alle richtingen de gemiddelde geeltijd 3 seconden is en de startgroen verliezen 1 seconden, dan levert dit op: LT LT (I) (II) i = 3 (1 + 3) = 16 sec (Fasevolgorde ) LT = 3 (1 + 3) = 22 sec (Fasevolgorde ) Regelstructuur I is dus duidelijk efficiënter dan regelstructuur II. Per uur kun je met structuur I in de overgebleven 1000 seconden (de tijd dat er geen verkeer hoeft worden afgewikkeld) in totaal 1000/16 = 62,5 cycli afwerken, en slechts 1000/22= 45,4 cycli met structuur II. De minimale cyclustijd voor beide regelstructuren bedraagt dus t t min C,( I ) min C,( II ) = ,5 = 57,6 sec = ,4 = 79,3 sec Deze minimale cyclustijden zijn ook direct te berekenen met de volgende formule (13) 8 LTj min j tc = (13) 1 x j i j FIGUUR 2.6: VOORBEELD BEREKENING MINIMALE CYCLUSTIJD Toepassingen van schokgolftheorie bij geregelde kruispunten In deze paragraaf laten we zien hoe je schokgolftheorie (besproken in paragraaf 1.5) kunt voor het analyseren en voorspellen van de verkeerscondities bij kruispunten. Beschouw een geregeld kruispunt met voor de hoofdrichting groentijd t g en roodtijd t r. Veronderstel dat voor deze richting het fundamenteel diagram geldt uit Figuur 2.7. In dit fundamenteel diagram zien we een zogenaamde capaciteitsval, een sprong in de intensiteit voorbij de kritische dichtheid. Links van die sprong zien we de vrije capaciteit, rechts de al eerder genoemde afrijcapaciteit. De capaciteitsval wordt onder andere veroorzaakt omdat voertuigen accelererend vanuit stilstand grotere volgtijden zullen aanhouden dan als ze in volle vaart achter elkaar rijden. In de laatste paragraaf van het vorige hoofdstuk zagen we dat zo n capaciteitsval ook op snelwegen plaatsvindt. Welke toestanden verwachten we? De eerste stap bij het toepassen van schokgolftheorie is weer het bepalen van de verschillende toestanden die we verwachten. In dit geval verwachten we er vier: 1. We veronderstellen dat de ongestoorde verkeerscondities (toestand 1) worden gegeven door q 1 = 1000 vtg/h en k 1 = 18 vtg/km In geval van regelstructuur I hebben we bijvoorbeeld t min C = = 57,6 sec!

233 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement 2. Toestand 2: toestand die ontstaat stroomopwaarts van de stoplijn op het moment dat het verkeerslicht op rood staat. 3. Toestand 3: toestand die ontstaat stroomafwaarts van de stoplijn op het moment dat het verkeerslicht op rood staat. 4. Toestand 4: toestand die ontstaat wanneer het verkeer uit de wachtrij die is ontstaan stroomopwaarts voor de toerit wegrijdt. q 1500 veh/h 50 km/h 40 veh/km k 150 veh/km FIGUUR 2.7 FUNDAMENTEEL DIAGRAM VOOR STEDELIJKE WEG. In Figuur 2.8 is weergegeven waar we deze gebieden verwachten. x stopstreep t FIGUUR 2.8 WAAR VERWACHTEN WE WELKE VERKEERSTOESTANDEN? Schokgolven tussen verkeerstoestanden Nu we weten waar de verschillende toestanden optreden, kunnen we schokgolftheorie toepassen. Dit kan vrij eenvoudig door de schokgolfvergelijking (10) toe te passen om de grenzen tussen de geïdentificeerde gebieden te beschrijven. Op deze manier vinden we voor de snelheid van de schokgolf tussen gebied 1 (onverstoorde verkeerscondities) en gebied 2 (wachtrij voor het verkeerslicht): ω12 = = 7.6 km/u Figuur 2.9 laat de schokgolf grafisch zien. q x 4 Schok tussen 1 & stopstreep veh/km k 150 veh/km Schok tussen 1 & 2 t FIGUUR 2.9 SCHOKGOLF S 12 MET EEN SNELHEID VAN -7.6 KM/H SCHEIDT GEBIEDEN 1 EN

234 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement We kunnen dit proces herhalen voor alle grenzen tussen de geïdentificeerde gebieden om zo een volledige beschrijving te geven van het zich voltrekkende proces. In Figuur 2.10 is dit weergegeven. Daarnaast zijn enkele trajectorieën geschetst van voertuigen die zich door de verschillende verkeerstoestanden heen bewegen. x q stopstreep t veh/km k 150 veh/km FIGUUR 2.10 DOOR SCHOKGOLFTHEORIE VOORSPELDE CONDITIES BIJ GEREGELD KRUISPUNT. Voorbeeld toepassing: maximale roodtijd zonder queue overflow Met behulp van dit resultaat kunnen we nu interessante vragen beantwoorden. Zo kunnen we bepalen op welk moment een nieuwe roodfase kan beginnen, zodat gedurende elke cyclus de wachtrij volledig kan oplossen. Is dit niet het geval (Figuur 2.11 illustreert dit) dan ontstaat er een zogenaamde overflow queue, d.w.z. de wachtrij lost niet meer op en zal per cyclus verder in lengte toenemen. Dit is een van de oorzaken voor netwerk gridlock, we komen daar verderop uitgebreid op terug. Dit is feitelijk de basis van een verkeersafhankelijke regelaar, waar de groenfase wordt verlengd zolang de gemeten intensiteit vlak voor de stopstreep voldoende hoog is (om en nabij de capaciteit van de weg). We komen ook hier in de volgende paragraaf op terug. x t FIGUUR 2.11 RESULTERENDE VERKEERSCONDITIES INDIEN TWEEDE ROODFASE TE VROEG START. Je kunt met behulp van schokgolftheorie dus grofweg uitzoeken hoe je achtereenvolgende verkeerslichten op elkaar zou moeten afstemmen om ervoor te zorgen dat (a) de wachtrijen bij verkeerslichten binnen een cyclus kunnen oplossen en (b) te voorkomen dat deze per cyclus groeien. Voorbeeld toepassing: de groene golf Je kunt nog een stap verder gaan en proberen om de verkeersregelingen zodanig op elkaar af te stemmen dat automobilisten helemaal niet meer in een wachtrij terecht komen. Dit principe wordt wel groene golf genoemd. Figuur 2.12 illustreert dit principe. 4.28

235 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement FIGUUR 2.12: SCHEMATISCHE WEERGAVE GROENE GOLF MET VOERTUIGTRAJECTORIEEN EN SCHOKGOLFTHEORIE. VERKEERSREGELING A IS NIET AFGESTEMD OP REGELING B, WAT RESULTEERT IN HET FEIT DAT IN ONGEVEER DE HELFT VAN DE GEVALLEN VOERTUIGEN VERTREKKEND VANAF A VERTRAGING ONDERVINDEN BIJ B. DE VERKEERSREGELINGEN BIJ B EN C ZIJN OP WEL ELKAAR AFGESTEMD EN VOERTUIGEN VERTREKKEND BIJ B ONDERVINDEN GEEN VERTRAGING BIJ C. DIT NOEMEN WE EEN GROENE GOLF. Een groene golf voor één rijrichting is nog wel met behulp van pen en papier te ontwerpen. Voor het optimaliseren van de verkeersregelingen voor alle rijrichtingen voor elk kruispunt langs een bepaalde route of corridor, èn het bewerkstelligen van een groene golf voor de hoofdrichtingen, is geavanceerder rekengereedschap nodig. We komen hier verderop in dit hoofdstuk nog op terug Voertuigafhankelijke (verkeers)regelingen: gebruik maken van detectiemiddelen Het aantal voertuigen op een bepaalde richting zal per regelcyclus sterk fluctueren. In het geval van de groene golf heeft dat tot directe consequentie dat de noodzakelijke groentijd vensters 9 groot genoeg moeten worden gekozen zodat het maximale (of gemiddelde, of...) aantal voertuigen dat we verwachten op een richting, ook daadwerkelijk kan worden bediend. Dat is niet erg effectief. Meer in het algemeen geldt dat het niet erg effectief is om voor elke richting een vaste hoeveelheid groentijd te reserveren. Het is veel logischer om de groentijd te laten afhangen van de daadwerkelijke hoeveelheid verkeer die gedurende een periode bij een kruispunt arriveert. Om deze reden zijn er in de afgelopen decennia zogenaamde voertuig-afhankelijke verkeersregelingen ontwikkeld waarbij gebruikt wordt gemaakt van voertuigdetectie, d.w.z. van allerlei sensoren in de weg die meten hoeveel verkeer er per richting arriveert. Met behulp van voertuigdetectie kunnen verkeersregelingen op grofweg drie manieren worden uitgebreid (verbeterd): 1. 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. Overigens is er natuurlijk wel een maximum verlenggroen per richting, anders zou een cyclus te lang gaan duren. Het bepalen van de hoeveelheid verlenggroen per richting kan nog verder worden verfijnd door niet alleen naar hiaten te kijken maar ook te meten (schatten) of er daadwerkelijk nog een wachtrij aanwezig is. Dat kan bijvoorbeeld met behulp van zgn lange inductielussen. Tenslotte kunnen we zelfs de verkeersvraag verder stroomopwaarts mee wegen in de mate waarin we de groenfase voor een bepaalde richting willen verlengen of niet. 2. Een tweede toepassing van detectiemiddelen bij verkeersregelinstallaties is om bepaalde richtingen pas groen te geven als er daadwerkelijk verkeersvraag is. In een dergelijk geval 9 Een groentijd venster is de groentijd die bij locatie C nodig is op alle vertrekkende voertuigen bij B te kunnen faciliteren (zie Figuur 2.12) 4.29

236 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement krijgen de hoofdrichtingen altijd groen (zgn. wachtgroen) en de niet-hoofdrichtingen staan dan standaard op rood. Er wordt een extra fase ingelast zodra er verkeersvraag is (gemeten!) op de niet-hoofdrichtingen. We kennen dit principe ook voor voetgangers en fietsers (waarbij er wordt gedetecteerd of er verkeersvraag is d.m.v. het knopje waar je op moet drukken). 3. 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. In Delft is er bijvoorbeeld sprake van conditionele prioriteit voor het openbaar vervoer, d.w.z., ligt een bus achter op schema, dan krijgt deze direct prioriteit en worden alle andere richtingen afgekapt. Ligt de bus keurig op schema, dan wordt een normale verkeersregelcyclus gedraaid. De sensortechnologie bestaat hier uit transponders in de bus zelf, die communiceren met de VRI. Het is niet moeilijk te bedenken dat ook andere detectiemiddelen zouden kunnen worden ingezet (in de weg, maar ook in de bus, bijv GPS tracking). Het is tenslotte belangrijk om op te merken dat een voertuig geactueerde regeling bij zware congestie in feite reduceert tot een fixed regeling, omdat er een maximum zit aan de hoeveelheid extra groen die een richting per cyclus kan krijgen. In zwaar belaste verkeersnetwerken is de lokale winst (in termen van vertragingstijden) van voertuig-geactueerde VRI s vaak niet zo groot. Maar in zo n geval kan de voertuig detectie voor heel andere doeleinden juist wel zeer belangrijk en in feite onmisbaar zijn. 2.2 Voorbeelden van dynamisch verkeersmanagement op snelwegen Er zijn een aantal fundamentele verschillen tussen stedelijk verkeer en verkeer op snelwegen. In de eerste plaats zijn er in snelwegennetwerken geen conflicterende verkeerstromen en dientengevolge ook geen verkeersregelingen 10. Daarnaast is de ontwerpsnelheid op snelwegennetwerken beduidend hoger dan in stedelijke netwerken. Ten derde is er de scheiding tussen langzaam en snel (gemotoriseerd) verkeer, op snelwegen is de eerste categorie simpelweg niet toegestaan. Een vierde verschil is de netwerkstructuur, en gerelateerd hieraan - het aantal verschillende routes tussen een bepaalde herkomst en bestemming. Er zijn tenslotte nog andere verschillen, bijvoorbeeld wat betreft de typen detectiemiddelen (bijv inductielussen, camera s) en zogenaamde actuatoren (zoals dynamische route-informatiepanelen) die je op een snelwegennetwerk kunt gebruiken Regelsystemen en regelcirkels Om dynamisch verkeersmanagement goed te begrijpen is basiskennis van meet- en regeltechniek en systeemdynamica onontbeerlijk. De meeste regelsystemen (ook de voertuig-geactueerde verkeersregelinstallaties uit de vorige paragraaf) kunnen worden geschematiseerd in een zogenaamde regelcirkel (Figuur 2.13). Grofweg bevat een regelcirkel 4 componenten, te weten (1) het te regelen systeem; (2) de sensoren waarmee dit systeem (gedeeltelijk) wordt bemeten; (3) een regelaar / regelinstallatie, die de sensor informatie interpreteert (de systeemtoestand bepaalt) en op grond van vooraf gestelde doelen deze vertaalt naar te nemen maatregelen; en (4) zogenaamde actuatoren, die de maatregelen daadwerkelijk implementeren in het te regelen systeem. 10 alhoewel dit afhankelijk is van de manier waarop conflicterend is gedefinieerd; een samenvoeging van twee snelwegen (weefvak) of een oprit kan best als een conflictvlak qworden gezien, en een toeritdosering is in feite niets anders dan een verkeerslicht met een speciaal soort regeling (één of twee voertuigen per keer). 4.30

237 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Actuatoren (beinvloeden) Systeem Sensoren (meten) Maatregelen (optimaliseren/halen van doelen) Regelaar Toestandschatten / Diagnose FIGUUR 2.13: DE REGELCIRKEL Voorbeeld centrale verwarming Neem bijvoorbeeld een centrale verwarmingsinstallatie (CVI). Het te regelen systeem is hier de temperatuur in een huis. Meestal is er maar één sensor, een temperatuurmeter op een strategische plek in de huiskamer, maar in sommige gevallen zijn er meerdere. De regelaar bestaat uit de verwarmingsketel, die op grond van de gemeten temperatuur en de gewenste (instel)temperatuur (het doel) bepaalt of er moet worden bijgestookt of niet. Moderne HR verwarmingsketels doen meer dan alleen aanslaan als de gemeten temperatuur te laag is, ze maken een inschatting van de huidige en toekomstige situatie en beoordelen op grond daarvan welke verwarmingsstrategie kan worden gevolgd. Het doel is dan niet alleen de gewenste temperatuur handhaven, maar ook zo min mogelijk gas verbruiken. Soms anticiperen deze ketels zelfs; als de temperatuur over een half uur terug mag naar 16 graden, dan zullen dit soort ketels niet meer vol gas geven om de huidige temperatuur op 20 graden te houden. De ketel transporteert vervolgens door middel van een pomp en allerlei leidingen heet water naar de beschikbare radiatoren dit zijn de actuatoren in het CVI voorbeeld. Hierdoor zal het systeem veranderen de temperatuur stijgt of daalt, zullen de sensoren deze verandering gedeeltelijk meten en zal de regelaar op grond daarvan weer een nieuwe inschatting maken voor de te nemen acties. Een regelcirkel is dus een dynamisch systeem. In het ideale geval meten we precies de toestand in een systeem (afhankelijk van hoe we die toestand definiëren natuurlijk) en kunnen we op grond daarvan precies voorspellen hoe het systeem zich zonder ingrijpen zou gedragen en wat er gebeurt als we wel ingrijpen sterker, we kunnen in het ideale geval precies uitrekenen welke maatregelen nodig zijn om het vooraf gestelde doel te bereiken en we hebben ook de perfecte actuatoren om deze maatregelen te implementeren. Dit soort ideale systemen komen alleen voor in laboratoria. Zelfs de CVI is verre van ideaal. De sensoren meten bijvoorbeeld niet de (gevoels)temperatuur in een kamer maar de temperatuur op één of enkele plekken. Daarnaast zijn de meeste ketels reactief en niet proactief en er zit bijvoorbeeld ook vaak een forse vertraging in het regelen en de daadwerkelijke effectuering (denk maar aan de tijd die het kost om handmatig de douche op de juiste temperatuur te krijgen). Niettemin, zelfs hele simpele reactieve regelsystemen zijn instaat om complexe systemen op een stabiele en betrouwbare manier te regelen. We zullen nu kort de verschillende componenten uit de regelcirkel behandelen in de context van verkeersmanagement. Sensoren en Actuatoren In de vorige paragraaf hebben we al kennisgemaakt met het gebruik van sensoren/detectiemiddelen bij verkeerslichtregelingen. Uit het vorige hoofdstuk is duidelijk geworden dat het in het verkeer heel erg uitmaakt wat je precies meet en waar je dat doet. Op een locatie/dwarsdoorsnede kun je per definitie alleen lokale grootheden meten, zoals volgtijden, intensiteit, lokale snelheden of bijvoorbeeld bezettingsgraad 11, zie paragraaf 1.2. Dit is een goed voorbeeld van sensoren die iets anders meten (bv. lokale bezettingsgraad) dan datgene wat we bijvoorbeeld in het geval van een VRI - graag zouden willen weten (de lengte van een wachtrij achter een verkeerslicht). Er zijn ook detectie middelen die ruimtelijke grootheden meten, bijvoorbeeld geavanceerde video detectie systemen of de gegevens die uit voertuigen zelf komen (zogenoemde floating car data - FCD) d.m.v. GPS en/of GSM plaatsbepaling. 11 De bezettingsgraad is het % van de tijd dat een sensor bedekt wordt door voertuigen en kan als benadering voor de dichtheid worden gebruikt 4.31

238 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Figuur 2.14 laat een collage zien van allerlei real-time detectie middelen en technieken die tegenwoordig worden ingezet voor het monitoren van (auto)verkeer. Dit is natuurlijk maar een kleine subset van de sensoren die mogelijk voor verkeersmanagement belangrijk zijn. Het is goed denkbaar dat voor sommige verkeersmanagementtoepassingen ook andere sensoren een rol spelen: Detectiemiddelen die gegevens in andere transportmodi (openbaar vervoer, railvervoer, in de lucht- en scheepvaart, etc) verzamelen Detectiemiddelen (bijvoorbeeld smartphones, Tom-Tom s, enquêtes) die gegevens over tactisch en strategisch reisgedrag meten (herkomsten, bestemmingen, route- en vertrektijdstipkeuze) Detectiemiddelen die gegevens over gerelateerde systemen verzamelen (weer, gesteldheid van infrastructuur, informatie over evenementen, etc) De bekendste actuatoren binnen verkeer en vervoer zijn de verkeerslichten (onderdeel van VRI s) die we al eerder hebben gezien. Andere voorbeelden van actuatoren binnen dynamisch verkeersmanagement zijn verkeerslichten bij toeritdoseerinstallaties (TDI s), dynamische snelheidslimieten of rijstrooktoewijzing d.m.v. de signaleringsportalen boven de snelwegen, dynamische route-informatiepanelen (DRIPs) en de vele mogelijke varianten daarop (grafische panelen, berm DRIPs), dynamische wegmarkeringen en allerlei soorten van borden, panelen en signaalgevers. In de volgende paragrafen zullen we kort een aantal voorbeelden van regelsystemen bespreken die we dagelijks in het verkeer tegenkomen. FIGUUR 2.14: COLLAGE VAN VERSCHILLENDE REAL-TIME DETECTIE SYSTEMEN, VARIEREND VAN HANDMATIG TELLEN (LINKSBOVEN), INDUCTIELUSDETECTIE (MIDDEN-BOVEN, RECHTSONDER), RADAR DETECTIE (RECHTSBOVEN), LASER DETECTIE (LINKSMIDDEN EN RECHTSMIDDEN), TOT (IR) CAMERA TECHNOLOGIE (LINKSBENEDEN). 4.32

239 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Voorbeeld 1: toeritdosering Een toeritdoseerinstallatie (TDI) is niets anders dan een VRI met maar één richting/fase en een zeer korte cyclustijd zodat per groenfase niet meer dan één of twee voertuigen kunnen wegrijden. De twee belangrijkste redenen om TDI s toe te passen zijn 1. Voorkomen dat snelweg verkeer in congestie raakt, immers, dan is er sprake van een capaciteitsval en verliezen we een fors percentage (soms wel tot 30%) van de capaciteit. 2. Voorkomen dat een file te lang wordt en daarmee voorkomen dat deze kan terugslaan naar verder bovenstrooms gelegen op- of afritten. We komen verderop nog terug op het fenomeen fileterugslag en waarom dit zo n groot probleem is. Een TDI is een evident voorbeeld van een regelcirkel. Figuur 2.15 geeft schematische voorbeelden van twee veel voorkomende type TDI-regelsystemen. FIGUUR 2.15: TWEE VOORBEELDEN VAN TDI REGELCIRKELS (NB: RAMP METERING = TOERIT DOSEREN); BIJ FEEDBACK CONTROL (A) WORDT GEMETEN WAT HET EFFECT VAN DE TDI IS OP VERKEER BENEDENSTROOMS EN OP GROND DAARVAN DE HOEVEELHEID INVOEGERS AANGEPAST, BIJ FEEDFORWARD CONTROL (B) WORDT OP GROND VAN DE BOVENSTROOMSE VERKEERSVRAAG BEPAALD HOEVEEL VERKEER ER MAXIMAAL MAG INVOEGEN. In beide gevallen uit Figuur 2.15 wordt geprobeerd om de volgtijden van voertuigen die door de TDI worden doorgelaten zodanig af te stemmen dat de verkeertoestand op de snelweg zo lang mogelijk in de vrije tak van het fundamenteel diagram blijft (zie bijv. Figuur 1.3, Figuur 1.4, en Figuur 2.7). Feedback control (Figuur 2.15a): In dit geval wordt benedenstrooms van de TDI gemeten wat de verkeerstoestand is, bijvoorbeeld door de bezettingsgraad te meten (en / of de dichtheid te schatten). Het bekendste voorbeeld van een feedbackcontroller is het zogenaamde ALINEA algoritme 12 dat wereldwijd op veel plekken wordt toegepast. Het algoritme wordt feedback genoemd omdat het kijkt naar het netto resultaat van de TDI benedenstrooms. De TDI instellingen worden op grond van elke meting zodanig aangepast dat de bezettingsgraad (dichtheid) benedenstrooms vlak onder een kritische bezettingsgraad (dichtheid) blijft. Feed forward control (Figuur 2.15b): In dit geval wordt niet gekeken naar het resultaat van eerdere toeritdosering, maar wordt uitsluitend gekeken naar de verkeersvraag bovenstrooms en wordt een veronderstelling gedaan over hoeveel verkeer er door de bottleneck kan (de capaciteit!). De TDI zal dan maximaal die capaciteit min de bovenstroomse verkeersvraag doorlaten. In Nederland wordt een dergelijk algoritme op veel plekken toegepast (het zogenaamde RWS-algoritme). 12 Er is zeer veel gepubliceerd over ALINEA en de vele varianten op het algoritme, dat oorspronkelijk is ontwikkeld door Prof Marcos Papageorgiou (University of Crete, Greece). 4.33

240 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement Er kleven voor- en nadelen aan beide regelprincipes. In beide gevallen moeten er veronderstellingen worden gedaan over een aantal van de parameters (kritische bezettingsgraad in het feedback geval, restcapaciteit in het feed forward geval). De effectiviteit van de TDI hangt nauw samen met de correcte instelling van die parameters. Vaak zijn feedbackcontrollers iets robuuster en stabieler dan feedforwardsystemen, de precieze redenen hier voor zullen we hier niet behandelen. In het algemeen geld dat TDI s mits goed ontworpen en getuned gunstige effecten hebben op de lokale verkeersafwikkeling op snelwegen. De keerzijde daarvan is dat dit ten koste gaat van de verkeersafwikkeling van het onderliggend wegennet, immers, er ontstaat door een TDI een wachtrij bij de oprit. In de meeste gevallen mag deze wachtrij niet te groot worden, want anders ontstaat fileterugslag op het onderliggend wegennet en is het netto resultaat qua reistijdwinst klein of zelfs negatief. Een tweede aspect waar men bij TDI s rekening moet houden is de relatie met andere TDI s. Want als op locatie bij oprit A een TDI staat en een kilometer verder benedenstrooms bij locatie B niet, dan zou het zomaar kunnen gebeuren dat automobilisten de wachtrij bij A ontvluchten en verder benedenstrooms invoegen. In dat geval hebben we de problemen alleen maar verplaatst. Om TDI s effectief in te zetten is enige vorm van coördinatie dus wenselijk, zowel met andere TDI s als met VRI s in het aansluitende onderliggende wegennetwerk Voorbeeld 2: de 80 km/u zones De 80km/u-maatregel had als primaire doel om de jaargemiddelde concentraties NO 2 nabij autosnelwegen te verminderen. De idee om dit te doen door een verlaging van de maximumsnelheid naar 80 km/u en deze te handhaven d.m.v. trajectcontrole is tussen 2003 en 2005 getest op de A13 tussen vliegveld Zestienhoven en knooppunt Kleinpolderplein. Mits de maatregel aantoonbaar geen negatieve effecten zou opleveren voor de doorstroming zou de maatregel ook worden ingevoerd op andere trajecten. Op 1 november 2005 is, na positieve evaluatie op de pilot op de A13, en positieve ex ante evaluaties 13 voor de andere locaties, besloten de maatregel ook in te voeren op vier andere trajecten in de Randstad (Figuur 2.16). A10 bij Amsterdam op de ring West A12 bij Den Haag op de Utrechtsebaan A12 bij Utrecht op de parallelrijbanen ring Zuid A20 bij Rotterdam op de ring Noord FIGUUR 2.16: OVERZICHT 80 KM/U ZONES Ondanks dat de 80 km/u maatregel in beginsel een heel ander doel dient dan bijvoorbeeld een TDI of VRI, moet ook de 80 km/u zone worden gezien als een dynamisch regelsysteem. Het te regelen systeem is hier rijgedrag (specifiek de maximumsnelheid). De sensoren zijn in dit geval geavanceerde kentekenplaatherkenningscamera s aan het begin en einde van de trajecten, die het passage moment van elk passererend voertuig opslaan. De regelaar is de gehele keten van systemen op grond van de ruwe kentekens en tijdstempels de gemiddelde snelheid (=lengte traject / reistijd) bepaalt, vergelijkt met het toegestane maximum en al dan niet hier een consequentie aan verbindt. Behalve de signaalgevers die de maximum snelheid boven de weg aangeven (en ook gebruikt worden voor reguliere rijstrooksignalering) zou je ook de bekeuring die enige weken later op de deurmat valt als de actuator in dit gecombineerde regelsysteem kunnen beschouwen. 13 Ex ante betekent letterlijk vooraf. Ex ante onderzoek in ons vakgebied geschied vaak met verkeerssimulatie modellen, varierend van gedetailleerde microscopische modellen (die het gedrag van elke individuele verkeersdeelnemer simuleren) tot macroscopische benaderingen zoals schokgolftheorie of wachtrijmodellen. Of zo n model valide voor het onderzoek is hangt af van welke onderzoeksvraag moet worden beantwoord en welk gedrag hiervoor moet worden voorspeld. 4.34

241 Verkeersstroomtheorie en Verkeersmanagement A priori overwegingen We hebben gezien dat de maximumsnelheid waarmee voertuigen rijden nauw samenhangt met de gemiddeld minimale volgtijd die ze daarbij nog durven aanhouden op hun voorgangers. Een verandering van maximum snelheid kan dus potentieel de capaciteit van een weg veranderen. We weten ook dat de snelheid waarbij de capaciteit gemiddeld het hoogst is, in Nederland zo rond de km/u ligt. Tenslotte weten we dat de capaciteit een zeer stochastische grootheid is, en dat het dus niet onmogelijk is dat bij een verlaging van de maximum snelheid tot 80 km/u de capaciteit slechts marginaal zal afnemen. Met andere woorden, a priori is er geen reden om aan te nemen dat er grote problemen ontstaan bij de invoering van de 80 km/u zone. De pilot studie op de A13 bevestigde dit beeld, er was een (zij het geringe) afname in uitstoot te zien en nagenoeg geen effect in termen van extra files en vertragingen. De al eerder gememoreerde ex ante studies met simulatie modellen wezen uit dat deze effecten ook naar andere lokaties waren te extrapoleren. Het ministerie van Verkeer en Waterstaat heeft direct na de invoering van de 80 km/u zones op de andere locaties een evaluatieonderzoek uitgevoerd naar de effecten van de 80 km/u maatregel. Het onderzoek concludeert dat de maatregel niet op alle locaties heeft geleid tot (de verwachte) positieve effecten voor de afwikkeling van het verkeer, op trajecten met complexe weefvakken en invoegingen is sprake van een minder effectief gebruik van de wegcapaciteit na invoering van de snelheidsverlaging. FIGUUR 2.17: COLLAGE PERSBERICHTEN NAAR AANLEIDING VAN DE 80-KM ZONES. Dit is nogal eufemistisch uitgedrukt. De daadwerkelijke effecten op de verkeersafwikkeling waren in sommige gevallen ronduit dramatisch. Binnen een aantal weken na de invoering van de 80 km/u zones rapporteerden de ANWB ( en de verkeersinformatiedienst (de VID - een sterke toename van de filedruk (aantal files maal de respectievelijke filelengte), hetgeen in de evaluatiestudie van het ministerie later ook wordt bevestigd (Figuur 2.18). Er blijkt dat de filedruk op de A20 en A12 met 40% tot zelfs 100% is toegenomen. De kernvraag is natuurlijk waarom dit het geval was en misschien nog wel belangrijker waarom de ex ante evaluatiestudies er kennelijk zo ver naast zaten. Hiervoor zijn grofweg twee redenen aan te geven, (1) er is niet goed gekeken naar netwerk effecten, en (2) de modellen gebruikt voor de ex ante evaluatie waren niet valide om de effecten van een (gehandhaafde) 80 km/u snelheidslimiet te evalueren. FIGUUR 2.18: RESULTATEN EVALUATIESTUDIE 80 KM/U ZONES. 4.35