Simulace provozu na turbo‑okružních křižovatkách

• Foto

ÚVOD
Turbo‑okružní křižovatky jsou podle Fortuijna kreativní odpovědí na otázku, jak dosáhnout vyšší kapacity než u jednopruhové okružní křižovatky, ale zachovat její míru bezpečnosti. K potřebě takového řešení vedly i negativní zkušenosti s konvenčními dvoupruhovými okružními křižovatkami, zejména z hlediska bezpečnosti. Turbo‑okružní křižovatka je podle Fortuijna charakteristická několika velmi důležitými prvky:

• Nedochází k žádným průpletům (resp. změnám pruhu) na okružním pásu;
• Nadřazený dopravní proud na okružním pásu má max. 2 jízdní pruhy (v místě připojení);
• Nízké rychlosti (na vjezdech i na okružním pásu);

Kombinace těchto konstrukčních zásad vede k řešení, které je pro řidiče jednoduché a srozumitelné. Jednoduchost (z pohledu řidiče a jeho rozhodování) by měla být základním principem projektanta při navrhování silniční infrastruktury. Turbo‑okružní křižovatka je v tomto ohledu dobrým příkladem – řidič si vybere správný jízdní pruh již před křižovatkou, tímto pruhem vjede do křižovatky, přičemž dává přednost pouze vozidlům jedoucím zleva, pokračuje stejným pruhem po okružním pásu a vyjede z křižovatky opět bezpečně bez potřeby změny pruhu či průpletu na okružním pásu.

Řešení zmíněné níže v textu a obrázcích, označená jako navržená nebo optimalizována, jsou většinou řešení koncepční (ideové), tudíž neobsahují všechny potřebné projektové detaily.

MIKROSIMULACE JAKO NÁSTROJ
Mikrosimulace je nejdetailnější typ dopravního modelu. Představuje podrobnou digitální podobu reálného děje. Mikrosimulace dovoluje oproti konvenčnímu normovému posudku zohlednit celou řadu dalších faktorů, jako jsou například proudy pěších, dynamické vlastnosti vozidel, vzájemná interakce sousedních křižovatek. Pomocí mikrosimulace lze posoudit i atypická dopravně-inženýrská řešení, která je obtížné normovým postupem vůbec posoudit (např. parametry sítě mimo mantinelů platnosti metod posouzení), což je i případ turbo okružních křižovatek.

Tvorba mikrosimulačního modelu turbo‑okružní křižovatky se výrazněji neliší od modelování jakéhokoliv jiného typu křižovatky. Větší důraz je kladen na definování včasného a správného řazení vozidel do požadovaného jízdního pruhu před křižovatkou a dále je nutno definovat úseky, na nichž není vozidlům dovolena změna jízdního pruhu. Definice předností na vjezdech na okružní pás pomocí časových mezer a omezení jízdních rychlostí na vjezdech do okružní křižovatky a na okružním pásu se výrazněji neliší od klasických okružních křižovatek. Na správně navržených turbo‑okružních křižovatkách je řidič proveden „svým“ jízdním pruhem křižovatkou, a to díky uspořádání křižovatky a soustavě dopravního značení. Naproti tomu na klasických dvoupruhových křižovatkách má řidič volbu pruhu na vjezdu i výjezdu z křižovatky. Definování předností na dvoupruhovém výjezdu z křižovatky je při vysokém dopravním zatížení křižovatky velmi problematické. Z několikahodinových průzkumů na dvoupruhových křižovatkách vyplynulo, že řidiči preferují pravý vjezdový pruh do okružní křižovatky, čímž však dochází k nárůstu dlouhodobých i nárazových kolon na vjezdu. Do levého jízdního pruhu se řadí řidiči až s rostoucí intenzitou dopravy a řidiči znalí místa a/nebo řidiči, kteří se nebojí manévrů na okružním pásu (změny pruhu) s vyšším rizikem vzniku konfliktní situace. Bohužel v řadě případů dochází k omezení vozidel jedoucích v pravém jízdním pruhu, a to na okružním pásu nebo na výjezdu z křižovatky. Pokud si uvědomíme výše popsané, je tedy jasné, proč jsou již klasické dvoupruhové křižovatky na ústupu a nahrazují je bezpečnější turbo‑okružní křižovatky.

Je nutno zmínit, že všechny mikroskopické simulace vyžadují kromě jiného před samotným finálním hodnocením úrovně kvality dopravy provedení kalibračních procesů k zajištění relevance modelu, popis těchto postupů není předmětem tohoto příspěvku. Obecné požadavky a zásady pro provádění a hodnocení mikroskopických simulací lze najít v „Příručce pro tvorbu a hodnocení mikroskopických simulací dopravy“ (AF-CITYPLAN, VUT, 2014) nebo v některém ze zahraničních manuálů.

SIMULACE REALITY NEBO ŽÁDANÉHO STAVU?
Dopravní inženýr mající před sebou situaci křižovatky, kterou má posoudit za pomoci dynamické simulace, musí predikovat, jak se budou řidiči za dané situace na daném místě chovat. Simulace by vždy měla představovat skutečný stav kvality dopravy a tudíž by měla obsahovat i předpokládané prohřešky řidičů, jako je překračování nejvyšší povolené rychlosti, vynucování si přednosti v jízdě, či změny jízdního pruhu. Proto je naprosto nezbytná předvídavost tvůrce simulace, kterou však získává dlouhodobým sledováním chování řidičů při průjezdu jednotlivých typů křižovatek. Jak se ukázalo, tak průjezd řidičů turbo‑okružními křižovatkami představuje pro české řidiče velkou výzvu k improvizaci.

Ze sledování způsobu jízdy vozidel na nedávno realizované turbo‑okružní křižovatce v Berouně je patrné, že český řidič je relativně pohodlný a zřejmě se řídí heslem: „Při průjezdu okružní křižovatkou co nejméně otáčej volantem“. Na následujícím obrázku je zobrazen žádaný a používaný průjezd turbo okružní křižovatkou. Byli jsme nemile překvapeni, kolik vozidel volí „jednodušší a přímější“ stopu při průjezdu křižovatkou. Běžně docházelo k situacím, kdy vozidlo vjíždělo pravým vjezdovým pruhem přímo do levého pruhu na okružním pásu a z něho pak vyjíždělo přímo do pravého výjezdového pruhu. Dynamická simulace se ve většině případů zabývá kvalitou dopravy během dopravní špičky, kdy k těmto manévrům dochází méně, nicméně zahrnutí určitého procenta „neukázněných“ řidičů do simulace je v tomto případě zcela jistě namístě. Nebo je snad lepší předpokládat, že ve výhledovém roce již budou jezdit všichni správně? Na uvedeném příkladu je vidět, jak důležitou roli hrají fyzické separátory jednotlivých pruhů používané v Holandsku nebo Slovinsku.

Samostatnou kapitolou je průjezd těžkých nákladních vozidel. Pokud jsou v turbo‑okružní křižovatce navrženy malé vjezdové poloměry, často nezbývá než obkroužit celou okružní křižovatku, přičemž je při této jízdě nutné 2x měnit jízdní pruh na okružním pásu, což je manévr u moderních okružních křižovatek nežádoucí. Při výjezdu nákladního vozidla z ramene od obchodních center dochází k zablokování obou jízdních pruhů na okružním pásu. Při tvorbě dynamického mikromodelu je nutno i tyto zdánlivé „maličkosti“ zohlednit. Bez jejich zohlednění lze při vysokém podílu nákladní dopravy získat zcela odlišné výsledky od reality.

V následující části jsou uvedeny vybrané příklady, kdy byla pro kapacitní posudek využita dynamická mikrosimulace. Všechny níže zmiňované simulační studie jsou založeny na multimodálních modelech, které zahrnují nejen automobilovou dopravu (osobní a nákladní vozidla, vozidla hromadné dopravy), ale také chodce a cyklisty.

OKRUŽNÍ KŘIŽOVATKA VĚTRUŠE V ÚSTÍ NAD LABEM
Velká okružní křižovatku Větruše v Ústí nad Labem byla vybudována jako klasická dvoupruhová křižovatka se dvěma jízdními pruhy na okružním pásu a s dvoupruhovými vjezdy a výjezdy. Úroveň kvality dopravy v křižovatce je výrazně ovlivněna sousední světelně řízenou křižovatkou, která je od okružní křižovatky vzdálena pouze 95 metrů.

Postupem času se křižovatka ukázala jako velice riziková z hlediska počtu dopravních nehod. V roce 2006 došlo k úpravě křižovatky, kdy byl v nejméně zatíženém segmentu okružního pásu křižovatky snížen počet jízdních pruhů na 1 a provedena úprava vodorovného i svislého dopravního značení. Redukce pravého jízdního pruhu na okružním pásu se ukázala jako problematická, jelikož vozidla jedoucí směrem do centra (ze západního ramene směrem na sever) jsou nucena ke změně jízdního pruhu na okružním pásu. Proto byl aktualizován dynamický model křižovatky z důvodu optimalizace křižovatky. Výsledná návrhová situace je uvedena na následujícím obrázku. Došlo k úpravně křižovatky tak, aby odpovídala zásadám turbo‑okružní křižovatky. Není tak umožněna změna jízdního pruhu na okružním pásu a způsob převedení dopravy přes okružní křižovatku je striktně dán. Navržená úprava doposud nebyla realizována. Výsledky kapacitního posouzení hovoří ve prospěch koncepčního řešení ve formě turbo‑okružní křižovatky, přičemž tento návrh lze považovat také za mnohem bezpečnější. Samostatnou pozornost pak ještě bylo nutné věnovat krátkému spojovacímu úseku mezi touto křižovatkou a sousední světelně řízenou křižovatkou.

KŘIŽOVATKA MILETA V HRADCI KRÁLOVÉ
Úprava křižovatky Mileta v Hradci Králové v původním návrhu předpokládala nahradit současnou úrovňovou světelně řízenou křižovatku novou třípatrovou mimoúrovňovou křižovatkou, jejíž součástí je i velká okružní křižovatka se dvěma jízdními pruhy na okružním pásu, ovšem pouze s jednopruhovými vjezdy a výjezdy. Toto řešení odporuje požadavkům „moderní“ okružní křižovatky, jelikož jejím základním rysem je nemožnost průpletu na okružním pásu. Do simulace byla zahrnuta rovněž sousední okružní křižovatka, jelikož se předpokládalo vzájemné ovlivnění obou křižovatek kolonami. Tento předpoklad se výrazně neprojevil, ovšem přítomnost sousední křižovatky má vždy efekt vyšší realističnosti, jelikož dochází k přirozenějšímu dávkování vozidel na příjezdu do posuzované křižovatky. Jestliže by tato křižovatka, která není předmětem kapacitního posouzení, byla sama o sobě výrazným kapacitním hrdlem, mohlo by se stát, že by díky její snížené propustnosti došlo v posuzované křižovatce k výraznému poklesu intenzit, což by mohlo mít za následek učinění zkresleného závěru z kapacitního posouzení.

Návrh křižovatky byl postupnými kroky optimalizován, vždy byla sledována délka kolony na všech vjezdech do křižovatky a také časové zdržení, způsobené průjezdem vozidla křižovatkou. Optimalizovaná podoba křižovatky je zobrazena na následujícím obrázku.

KŘIŽOVATKA ČERVENÉ VRŠKY U BENEŠOVA
Křižovatka je v současném stavu v uspořádání klasické průsečné křižovatky. V dnešním stavu jsou v křižovatce viditelné dopravní komplikace na levých odbočeních, a to nejen během dopravní špičky v pracovní den, ale především během návratové víkendové dopravní špičky. Prognózované dopravní zatížení křižovatky a silnice I/3 bude proměnné s ohledem na fázi výstavby dálnice D3. Mikrosimulací dopravního proudu byly posouzeny vybrané kritické varianty posuzovaného dopravního uzlu Červené Vršky právě s ohledem na fáze zprovozňování dálnice D3. Kromě simulace varianty současného stavu byly simulovány varianty roku 2025, kdy byla zprovozněna D3 pouze v úseku Praha – Václavice, nebo naopak byla zprovozněna bez tohoto úseku. Dále byla simulována varianta roku 2040, kdy je dálnice D3 zprovozněna v kompletní délce a v oblasti křižovatky dochází k poklesu dopravy. Navržená turbo okružní křižovatka o poloměru 39 metrů měla dva fyzicky oddělené jízdní pruhy na okružním pásu a ve dvou segmentech křižovatky měl okružní pás pouze jeden jízdní pruh. Na základě průměrných a nárazových délek kolon a naměřeného časového zdržení byly doporučeny úpravy celé soustavy okružních křižovatek. Dále byla provedena grafická analýza průměrné jízdní rychlosti na sledované síti, pomocí které lze názorně určit dopad jednotlivých opatření.

KŘIŽOVATKA I/36 X NOVÉ LOGISTICKÉ CENTRUM U OBCE SEMTÍN
Úkolem bylo nalézt kapacitně vyhovující řešení křižovatky, která je v současném stavu v průsečném uspořádání a výhledově (prognóza na rok 2015) se do této křižovatky má napojit nové logistické centrum. Bylo posuzováno několik variant uspořádání křižovatky, a to:

Situační návrh turbo‑okružní křižovatky vycházel z vysokého dopravního zatížení na hlavní komunikaci I/36, proto v hlavním směru jsou dva jízdní pruhy, nicméně není povolena změna jízdního pruhu na okružním pásu. Limitující podmínkou při návrhu byl minimální zábor okolních pozemků, proto byl zvolen malý poloměr okružní křižovatky, a to 18 metrů. Jednalo se o návrh situace, který měl prověřit funkčnost uspořádání křižovatky a bylo ho nutné v dalších fázích prověřit z hlediska projekčních zásad, především vlečnými křivkami nákladního vozidla. Při definování pohybu vozidel po definované síti bylo z důvodu menšího poloměru křižovatky nutno odpovídajícím způsobem omezit jízdní rychlost vozidel v obloucích. Turbo‑okružní křižovatka oproti klasické jednopruhové křižovatce vykazovala výrazně vyšší úroveň kvality dopravy ve sledované oblasti, když došlo k výrazné redukci hodnot průměrné délky kolony a zejména časového zdržení na všech vjezdech do křižovatky.

ZÁVĚRY
Výstavba turbo‑okružních křižovatek v České republice již byla započata, což se odráží již v několika zprovozněných řešeních v různých městech (Beroun, Brno, České Budějovice, Havířov, Olomouc, Prostějov…). Všechny však postrádají fyzickou separaci jízdních pruhů a na některých místech je také nevhodně navržené dopravní značení. Zajištění jednoduchosti, stejné logiky a srozumitelnosti dopravního značení pro turbo‑okružní křižovatky na celé síti, odzkoušení fyzické separace pruhů k zamezení průpletů v českých podmínkách stejně jako ukotvení jasných zásad návrhu turbo‑okružních křižovatek tak zůstává otevřenou úlohou. Velmi dobrou inspirací může být praxe v Holandsku či Slovinsku. Některé realizace v České republice jsou odlišné od standardních turbo‑okružních křižovatek – jedno z funkčních řešení je hybridní řešení v Havířově – kombinace prvků turbo‑okružní křižovatky a světelné signalizace, které přineslo pozitivní změnu v plynulosti i bezpečnosti dopravy. Nedoporučujeme však „inovátorská“ řešení, která plně nerespektují zásady a předpoklady turbo‑okružní křižovatky tak, jak je popsal Fortuijn.

RECENZE
Článek Simulace provozu na turbo‑okružních křižovatkách přehledným způsobem shrnuje aplikaci progresivní metody mikroskopické simulace dopravního proudu na specifickou problematiku moderních typů okružních křižovatek. Autoři zcela správně zdůrazňují, že podobně jako v ostatních aplikacích také v případě turbo‑okružních křižovatek je nezbytné simulovat nikoliv ideální stav, předpokládaný často zadavatelem studie, nýbrž reálný stav se zahrnutím všech nedokonalostí chování řidičů a místních specifik. To ze správné aplikace mikroskopického modelu činí mnohem složitější problém, než se může na první pohled zdát, a klade značné nároky na správnou interpretaci výsledků. Uvedený článek může správnému využití mikroskopických modelů dopravy pomoci.

doc. Mgr. Tomáš Apeltauer, Ph.D.,
recenzent

POUŽITÉ ZDROJE:
[1] AF-CITYPLAN s. r. o.: výběr z dopravně-inženýrských evaluačních a komparativních studií, 2008–2014.
[2] AF-CITYPLAN s. r. o., VUT Brno: Moderní turbo‑okružní křižovatky a jejich aplikace v návrhu dopravních staveb, projekt TA03030050. Praha, 2014.
[3] FORTUIJN, L.G.H: Turbo-Kreisverkehre: Entwicklungen und Erfahrungen. 2007, s. 61.

Simulation of Operation on Turbo Turnpikes
The paper illustrates utilization of microscopic simulation when considering a relatively new type of progressive roundabout, which has a higher capacity but the same or an equivalent level of safety as the single-lane roundabout – its creators named it „turbo-roundabout“, therefore we will hold this internationally used label. The paper illustrates the use of microscopic simulation in several comparative studies that were evaluated and compared several different technical solutions or evaluation studies characteristic of many synergic effects, e.g. due to short distance of different types of traffic nodes. Mentioned are also the results of observations of traffic on the selected already built turbo-roundabout in the Czech Republic. This paper contains partially information from the project TA03030050 „Modern turbo-roundabouts and their application in the design of transport constructions“ which is solved with the financial support of TA CR.

Autoři

• Ing. Hofhansl Petr Ph.D.
• Ing. Súkenník Peter
• Ing. Varhulík Martin