ITS gir nye muligheter for kryssløsninger og trafikkavvikling

Transkript

1 1 ITS gir nye muligheter for kryssløsninger og trafikkavvikling Arvid Aakre Institutt for Bygg, anlegg og transport, NTNU

2 2 Innhold Innledning bakgrunn motivasjon Litt om ITS Avvikling, prioritet og konfliktløsning i kryss Bruk av tradisjonell ITS i kryss Skisse av et system der føreren stort sett erstattes av ITS løsninger (Automatisk kjøring) Hvordan vil et slikt system påvirke avvikling og sikkerhet? Avslutning vegen videre

3 3 Innledning - motivasjon Det er ofte mennesket som er problemet eller begrensningen i et trafikksystem Vi kan benytte ITS for å styre trafikken og/eller hjelpe sjåføren til å ta riktige avgjørelser Men den største nytten får vi kanskje når ITS erstatter sjåføren? I denne presentasjonen vil jeg se på potensialet for et system med automatisk kjøring.

4 4 Litt generelt om ITS ITS står for Intelligent Transport Systems and Services (Intelligente transportsystemer og tjenester) Hva er det motsatte av intelligent? Rekk opp hånda de som IKKE arbeider med ITS ITS har vokst til å bli et begrep som dekker svært mye (for mye?) innen veg og transport NVF ITS Terminologi ordbok ( definerer ITS slik: Utnytte informasjonsteknologi og telekommunikasjon, i kjøretøy og infrastruktur, for å støtte eller utføre ulike funksjoner for trafikantene

5 5 Anvendelsesområder for ITS Kilde: SINTEF 2007

6 6 Litt om avvikling i kryss I et vegkryss vil det oppstå konflikter mellom ulike trafikkstrømmer Det er generelt viktig at vi har en kryssutforming som gjør konfliktene så enkle som mulig Det er også en fordel for trafikksikkerheten dersom det er relativt liten forskjell i hastighet og kjøreretning i konfliktområdet Konfliktene løses ved å tildele prioritet til de ulike trafikkstrømmene Prioriteten avgjør fordeling av forsinkelse Dersom noen gis svært høy prioritet, så går dette på bekostning av andre strømmer

7 7 Konfliktløsning i kryss Vi må skille konfliktene i tid og/eller rom ved hjelp av Kryssutforming Konfliktområder og type konflikter Trafikkregler Vikeplikt Signaler Trafikantatferd Teknologiske løsninger

8 8 Kryssløsninger Forkjørsregulerte kryss Rundkjøringer Signalregulerte kryss Planskilte kryss Tradisjonelt er det stort sett kun innen signalregulering at vi har benyttet ITS i kryss i noen særlig utstrekning Men vi kan også benytte ITS for andre kryssløsninger for å styre eller endre fordeling av prioritet

9 9 Signalregulering Relativt avansert bruk av ITS Adaptiv styring av signalene i forhold til trafikken Samkjøring av signaler Prioritering av kollektivtrafikk Styring og regulering av trafikkstrømmer Tilrettelegging for fotgjengere Krever omfattende infrastruktur og vedlikehold

10 10 Tilfartskontroll på rampe Brukes for å kontrollere trafikken inn på hovedvegen Unngå overbelastning og sammenbrudd på hovedvegen Bør kun benyttes når det er behov for det Kan få store forsinkelser og omkjøringer på lokalt vegnett Må ofte se på flere ramper sammen i et system

11 11 Tilfartskontroll i rundkjøring Gi en mer rettferdig fordeling av prioritet i en rundkjøring med skjev belastning Regulerer trafikken inn mot rundkjøringen på en tilfart som har fått for stor prioritet Bør kun benyttes når det er behov for det Ellers fungerer rundkjøringen som vanlig Bør ikke betraktes som en nødløsning

12 12 Fire nivåer for førerstøtte Informasjon til føreren Råd til føreren om å sette i gang en handling Direkte inngrep i / overstyring av kjøreprosessen Automatisk styring og kontroll av bilen uten bistand fra fører

13 13 Litt om trafikkavvikling på vegstrekninger Begrep Symbol Enhet Kan brukes til å beregne Volum M kjt/t Avstand i sekunder mellom kjøretøyene Hastighet V km/t Reisetid på en gitt strekning Tetthet D kjt/km Avstand i meter mellom kjøretøyene M = V * D Mulighet for stor hastighet (V) ved lav tetthet (D) Når tettheten (D) øker, så vil hastigheten (V) avta Med andre ord: Når hastigheten øker vil trafikantene kompensere med å holde en lengre avstand i meter til bilen foran Det finnes derfor en optimal hastighet og tetthet som gir maksimal avvikling (kapasitetsgrense)

14 14 Eksempel: Ett kjørefelt på en motorveg Ser på en situasjon rundt (eller kanskje litt i overkant av) kapasitetsgrensa for dette kjørefeltet Volum: 2000 kjt/t Hastighet: 80 km/t (22.2 m/s) Tetthet: 2000 / 80 = 25 kjt/km Gjennomsnittlig avstand (front-front): 1000 / 25 = 40 meter Gjennomsnittlig tidsluke (front-front): 3600 / 2000 = 1.8 sek Antar gjennomsnittlig billengde på 5 meter: Gjennomsnittlig avstand (bak-front): 40-5 = 35 meter Gjennomsnittlig tidsluke (bak-front): 35 / 22.2 = 1.58 sek

15 15 Eksempel: Ett kjørefelt på en motorveg Vi har her sett på en relativt ekstrem situasjon der trafikken går så tett og effektivt som praktisk talt mulig Dette er i grenseland for det en kan tillate med hensyn til trafikksikkerhet for vanlig manuell kjøring Men selv om trafikken går så tett som det er mulig, så er det aller meste av vegen ledig 35 / 40 = 87.5 % er ledig 5 / 40 = 12.5 % er opptatt

16 16 Eksempel: Ett kjørefelt på en motorveg En enkel måte å øke kapasiteten på er å øke tettheten (mindre avstand i meter mellom bilene) uten å redusere hastigheten Men dette er ikke forsvarlig dersom hver enkelt bil skal styres av en sjåfør relativt uavhengig av bilene rundt Derfor må føreren erstattes av teknologi som gjør at bilene kjøres automatisk som en sammenhengende gruppe uten særlig innblanding fra sjåførene Dette krever blant annet: Kommunikasjon mellom kjøretøy Kommunikasjon mellom kjøretøy og infrastruktur Styring av avstand, hastighet og hastighetsendringer

17 17 Eksempel: Ett kjørefelt på en motorveg Opprinnelig situasjon (2000 kjt/t; 87.5% ledig, tetthet 25 kjt/km): Dobling av kapasitet (4000 kjt/t, 75% ledig, tetthet 50 kjt/km): Firedobling av kapasitet (8000 kjt/t; 50% ledig, tetthet 100 kjt/km):

18 18 Puljer og avstand mellom puljer (1) Det er en grense for hvor stor kapasitet vi trenger Det er en grense for hvor lange slike kompakte køer vi bør ha En rimelig puljestørrelse kan kanskje typisk være 10 biler? Da blir det en relativt lang avstand mellom puljene Denne avstanden mellom puljene er nyttig slik at andre kjøretøy kan krysse trafikkstrømmen Dermed kan dette også benyttes i forbindelse med kryss Avstanden mellom puljene kan også benyttes som buffer når en vil redusere hastigheten

19 19 Puljer og avstand mellom puljer (2) Går som før ut fra et volum på 2000 kjt/t med hastighet 80 km/t Avvikles i puljer a 10 biler, det vil si 200 puljer pr time I puljene kjøres 5 meter lange biler med avstand 5 meter En pulje blir da ca 100 meter og kan avvikles på 4.5 sekunder De 200 puljene tar da 900 sekunder Totalt blir det tomrom mellom puljene på 2700 sekunder Avstand mellom hver pulje blir da 13.5 sekund eller 300 meter

20 20 Puljer og avstand mellom puljer (3) Som vi ser er det stor avstand mellom puljene, og dette gjør det mulig å krysse trafikkstrømmen Det er også relativt enkelt å kjøre inn i eller ut av en pulje Kjøretøyene i en slik pulje danner en egen enhet som skal styres Men det er også behov for kommunikasjon mellom puljer og styring fra pulje til pulje

21 21 Vurdering av hastighet Vi har hittil gått ut fra en hastighet på 80 km/t, og vi tenker oss en konstant tetthet i puljene, det vil si at det er direkte proporsjonalitet mellom volum og hastighet (M=V*D) Reduserer vi hastigheten til 40 km/t vil vi få avviklet halvparten av trafikken, altså 1000 kjt/t i et slikt felt med samme forutsetninger Dersom vi skal opprettholde volumet på 2000 kjt/t med hastighet 40 km/t, må vi redusere tomrommet mellom puljene En pulje med 10 biler på 100 meter (9 sekunder) og et tilsvarende tomrom på 100 meter (9 sekunder) vil gi en total trafikk på 2000 kjt/t Minste hastighet med 2000 kjt/t blir 20 km/t (da er det ingen tomrom mellom puljene, og vi har en sammenhengende strøm med tetthet 100 kjt/km)

22 22 Behov for instrumentering Alle biler må ha nødvendig utstyr og instrumentering Alle biler må ha nødvendige fysiske egenskaper Sannsynligvis vil det være behov for to kjørefelt; Et kjørefelt for puljekjøring Et kjørefelt for andre kjøretøy Kommunikasjon mellom biler, og mellom biler og infrastruktur Samvirkende systemer som kontrollerer hele puljen med biler mht avstand hastighet akselerasjon og retardasjon

23 23 Vurdering av trafikksikkerhet (1) Eliminerer (?) muligheten for menneskelige feil Men teknikken kan selvfølgelig svikte Kort avstand mellom bilene medfører liten relativ hastighetsforskjell og dermed relativt små konsekvenser ved en ulykke Kort avstand mellom bilene gjør det mulig med en effektiv fysisk demping mellom bilene ved eventuell kollisjon Ingen forbikjøringer eller fartsoverskridelser Tilnærmet null i reaksjonstid internt i puljen

24 24 Vurdering av trafikksikkerhet (2) Fører i første bil i puljen må sannsynligvis pålegges et visst ansvar Alle førere bør på egnende steder kunne koble seg fra puljen, og fortsette med normal individuell kjøring Kjøretøyene i puljen kommuniserer med hverandre Kommunikasjon internt i puljen er sannsynligvis sikrere og enklere med kort avstand mellom bilene Alle kjøretøy kan overføre data fra sitt eget, men også alle andre kjøretøy til omgivelsene -> dette gir sikrere kommunikasjon Det svakeste kjøretøyet i puljen begrenser puljens bevegelse

25 25 Dette er kun ment som et eksempel for å vurdere potensialet for et slikt system med automatisk kjøring Jeg har benyttet en konstant tetthet i puljene, det kan godt tenkes at tettheten bør endres noe som funksjon av hastighet Tallverdiene er kun ment for å illustrere hvordan et slikt system kan fungere

26 26 Avslutning Vi har skissert et system for automatisk kjøring Systemet har mange av fordelene til toget, men det er langt mer fleksibelt Systemet har uten tvil stor kapasitet og kan gi god trafikkavvikling Jeg tror også at et slikt system kan ha overraskende god trafikksikkerhet og virke positivt på miljøet Men det er noen utfordringer: Hvem har ansvaret dersom noe skjer? Hvem tør å sette i gang et slikt prosjekt? Vil vi godta å miste kontroll over egen bil?