Phơng pháp tính toán năng lực của nút giao thông điều khiển đèn tín hiệu ThS. đỗ quốc cờng Bộ môn Đờng ôtô v sân bay Khoa Công trình - Trờng Đại học GTVT Tóm tắt:: Bi báo ny đa ra một phơng pháp tính năng lực của nút giao thông điều khiển đèn tín hiệu, v góp phần vo việc xây dựng tiêu chuẩn thiết kế của loại hình nút giao thông ny. Summary: This article proposes a calculating method for capacity of signalized intersections, contributing to building standards in designing signalized intersections. i. đặt vấn đề Hiện nay, tại các thành phố ở nớc ta, đặc biệt là các thành phố lớn nh: Hà Nội, Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng, đã và đang ứng dụng kỹ thuật điều khiển giao thông tại nút giao bằng đèn tín hiệu. Qua quá trình sử dụng, ngời quản lý và tham gia giao thông đã thấy đợc những u việt của chúng. Tuy nhiên, với mục tiêu nâng cao năng lực và chất lợng giao thông tại nút thì cần có một phơng pháp tính phù hợp với điều kiện đờng và giao thông thực tế tại nút đó. Hiện tại, Bộ Giao thông Vận tải cha ban hành tiêu chuẩn thiết kế điều khiển giao thông tại nút bằng đèn tín hiệu, vì vậy công tác thiết kế đối với các công ty t vấn trong thực tế gặp nhiều khó khăn. Trong phạm vi bài báo này, tôi giới thiệu một phơng pháp tính toán điều khiển nhằm góp phần vào việc giải quyết những vấn đề trên. ii. nội dung 1. Các bớc tính toán Đối với nút giao điều khiển đèn tín hiệu, năng lực của nút thờng đợc kiểm tra theo các bớc trình bày ở hình 1. Tuy nhiên, khi quy hoạch và thiết kế một nút giao thông mới, thì phải dự đoán lu lợng và bố trí pha trớc, sau đó mới tính toán điều khiển và quyết định yếu tố hình học. Các bớc tính toán nh sau: a. Dự đoán lu lợng giao thông Sự dự đoán lợng giao thông cho mỗi hớng tại nút là cơ sở thiết yếu cho việc thiết kế. Để cải thiện năng lực của nút cũ, lợng giao thông phải đợc khảo sát ở các giờ cao điểm (thông thờng 2 lần 1 ngày, vào buổi sáng và buổi chiều). b. Các bớc tính toán năng lực giao thông Thông thờng, các bớc đợc đa ở hình 1 là để dự đoán năng lực của nút giao thông tín hiệu và mức độ phục vụ của nó. Giả sử biết lu lợng giao thông thiết kế ở mỗi nhánh (q i ) và các yếu tố hình học của nút. Các bớc tiếp theo là: - Quyết định mẫu pha tín hiệu. - Tính toán mức dòng bão hoà của mỗi nhánh , tỉ lệ dòng ở mỗi nhánh nút ( ) trong từng pha (j là chỉ số nhánh nút, i là chỉ số pha). Trong đó là lu lợng thiết kế của nhánh nút j trong pha i, còn là mức dòng bão hoà của nhánh nút tơng ứng. Độ bão hoà của pha ( i S j i j i j i S/q= j i q j i S i ) là tỉ lệ dòng lớn nhất trong pha đó. Đối với dòng xe rẽ trái thì tỉ lệ dòng đợc tính nh sau: L L o L S Nq = (1) trong đó: N là số xe có thể rẽ trái trong các khoảng thời gian chuyển pha trong 1 giờ. q L : là lu lợng xe rẽ trái thiết kế. S L : là mức dòng bão hoà của làn xe rẽ trái. - Độ bão hoà của nút ( ) là tổng độ bão hoà của các pha tín hiệu ( ). Khi giá trị này vợt quá 0.9, mẫu pha tín hiệu đề xuất không nên đợc sử dụng và một mẫu pha thay thế khác đợc đề xuất. Nếu giá trị không đợc giảm xuống dới 0.9 với bất cứ một mẫu pha tín hiệu nào, thì yếu tố hình học của nút là không phù hợp cho điều khiển giao thông bằng tín hiệu do đó yếu tố hình học của nút đó cần đợc xem xét lại. i = - Chu kì tín hiệu đợc tính bằng cách sử dụng công thức dới đây, ở đó L là thời gian mất mát trong 1 chu kì và là độ bão hoà của nút. + = 1 5L5.1 C (2) Tuy nhiên, giá trị đạt đợc từ công thức (2) thờng quá lớn so với thực tế. Trong trờng hợp đó, chu kì ngắn hơn đợc áp dụng. Miễn là nó lớn hơn giá trị nhận đợc từ công thức (3) dới đây, sự cản trở ở nút sẽ không quá gay gắt. Tuy nhiên, chú ý giá trị nhận đợc từ công thức (3) không phải lúc nào cũng nhỏ hơn giá trị đạt đợc từ công thức (2). Khi giá trị đạt đợc từ những công thức đó lớn hơn nhiều so với giá trị thích hợp, chu kì dài nhất và thực tế 120s sẽ đợc xem xét. 9.0 L9.0 C (3) - Từ chiều dài chu kì đã nhận đợc, mức độ phục vụ đợc đánh giá ớc định theo bảng 1. Nếu mức độ phục vụ không đạt đợc tiêu chuẩn đã định, yếu tố hình học khác phải đợc xem xét. Bảng 1 Mức độ phục vụ Chu kì (s) 1 < 70 2 70 - 100 3 > 100 Theo sổ tay năng lực đờng (HCM) thì mức phục của nút đợc phân từ mức A đến mức F tuỳ theo thời gian chờ trung bình tại nút. Tuy nhiên, việc tính toán thời gian chờ trung bình tại nút là rất phức tạp mặc dù coi dòng giao thông là đơn giản. Mặt khác sự đo đếm thời gian chờ trung bình ở hiện trờng cũng rất khó khăn. Từ thực tế này, một biểu thị đơn giản thay thế thời gian chờ trung bình để đánh giá mức phục vụ của nút đợc nghiên cứu và đợc lấy theo chiều dài chu kì đèn bởi vì khi lợng giao thông lớn, ảnh hởng của xe đến ngẫu nhiên là không đáng kể, lúc đó thời gian chờ trung bình lớn hay nhỏ là tuỳ thuộc vào chiều dài chu kì đèn, quan hệ này đợc thể hiện nh sau: Hình2. Quan hệ giữa thời gian chờ trung bình v chu kỳ đèn - Sau khi có thời gian chu kì tín hiệu, thời gian xanh cho mỗi pha đợc tính từ công thức dới đây: i G = i i x)LC(G (giá trị đợc làm tròn và tính bằng giây) i G Với điều kiện thơng số thoả mãn công thức: 9.0 C/L 1 Tức là thơng số đạt đợc từ công thức == i ii )C/L1(C/Gg luôn luôn thoả mãn . 9.0/g ii - Thời gian xanh của từng pha bắt buộc phải lớn hơn thời gian xanh tối thiểu, và khi xét tới khách bộ hành thì thời gian xanh phải đủ để khách bộ hành đi qua đợc an toàn. Khi thời gian xanh tính toán nhỏ hơn thời gian xanh tối thiểu thì đợc lấy bằng thời gian xanh tối thiểu theo quy định. - Năng lực thông hành của nhánh nút j trong pha thứ i đợc tính: C G .SC i ii = (xcqđ/h) Năng lực bão hoà của nút đợc tính nh sau: C G .SC i j i j i = (xcqđ/h) Năng lực bão hoà của nút đợc tính nh sau: = j i CQ (xcqđ/h) trong đó: j i C : năng lực thông hành của nhánh nút j trong pha thứ i (xcqđ/h) j i S : mức dòng bão hoà của nhánh nút tơng ứng (xcqđ/h thời gian xanh hiệu dụng) G i : thời gian đèn xanh có hiệu của pha i C: thời gian chu kỳ. 2. Kết quả tính toán cho nút giao thông Kim M - Liễu Giai Trong khuôn khổ bài báo này, bằng cách sử dụng phơng pháp tính tôi đa ra kết quả tính toán đối với nút giao thông Kim mã - Liễu Giai nh sau: a. Số liệu khảo sát các thnh phần xe tại nút giờ cao điểm 178 1297 311 1786 1 8 1 8 33 1 366 1121 175 555 1241 511 1036 270 161 605 d c b a Hình 3. Sơ đồ lu lợng xe các hớng (xcqđ/h) chu kì Thời gian chờ trung bình Cmin Cop ẫu nhiên xe đến n g xe đến đều b. Mặt bằng nút v mẫu pha thiết kế C : h ớ n g l i ễ u g i a D : h ớ n g k i m m ã B : h ớ n g c ầ u g i ấy A : h ớ n g n g u y ễ n c h í t h a n h 3 3 . 5 3 . 5 3 3 3 . 5 3 3 3 3 3 3 6 m 6m 2 8 . 4 m 2 8 . 4 m 7 . 5 2 2 8 . 4 m 1 7 1 . 4 7 . 3 1 5 . 5 9 . 5 l n x e đ ạ p l n xe c ơ g i ớ i h è đ i b ộ Mạt bằng nút giao Kim Mã - Liễu Giai đ iều khiển 3 pha pha 1 pha 2 pha 3 Mẫu pha thiết kế Ghi chú: Pha 1: Kim Mã đi thẳng, rẽ phải. Cầu Giấy đi thẳng. % xe bus so với xcqđ Xe đạp Xe máy Ô tô con Xe bus Pha 2: Cầu Giấy và Kim mã rẽ trái. Hớng rẽ Pha 3: Liễu Giai đi thẳng, rẽ phải, rẽ trái. Nguyễn Chí Thanh đi thẳng, rẽ trái. 10% Liễu Giai rẽ phải 28% 59% 10% 4% Liễu Giai đi thẳng 12% 82% 5% 2% 5% Liễu Giai rẽ trái 12% 72% 11% 4% 11% c. Kết quả tính - Tổng thời gian chu kì đèn: C = 100s (đạt mức phục vụ 2). - Độ bão hoà của các pha { } 380.0380.0,292.0Max o 1 ==1 { } 152.0143.0,152.0Max o 2 ==2 { } 205.0205.0,140.0Max o 3 ==3 - Độ bão hoà của nút 205.0152.0380.0 o i ++== 9.0737.0 < = (thoả mãn điều khiển bằng tín hiệu) - Thời gian đèn xanh cho các pha nh sau: + pha 1: 42s + pha 2: 17s + pha 3: 23s - Tổng thời gian chuyển pha 18s. Trong đó: + thời gian chuyển pha 6s giữa pha 1 và pha 2. + thời gian chuyển pha 6s giữa pha 2 và pha 3. + thời gian chuyển pha 6s giữa pha 3 và pha 1. Tổng khả năng thông qua của nút điều khiển tín hiệu: 5915 xcqđ/h. III. Kết luận 5% Nguyễn Chí Thanh rẽ phải 10% 83% 6% 2% 6% Nguyễn Chí Thanh đi thẳng 12% 83% 4% 2% 11% Nguyễn Chí Thanh rẽ trái 19% 64% 13% 4% 6% Cầu Giấy rẽ phải 21% 69% 8% 2% 3% Cầu Giấy đi thẳng 10% 85% 4% 1% 9% Cầu Giấy rẽ trái 17% 75% 5% 3% 0% Kim Mã rẽ phải 22% 71% 7% 0% 3% Kim Mã đi thẳng 11% 85% 4% 1% Kim Mã rẽ trái 13% 70% 13% 4% 11% - Phơng pháp tính đã xét đến các ảnh hởng của đờng và giao thông trên đờng thông qua việc điều chỉnh mức dòng bão hoà của các làn xe ở nhánh nút. - Việc đa khái niệm độ bão hoà của pha, và độ bão hoà của nút vào phơng pháp tính cho phép kiểm tra điều kiện làm việc của nút. - Việc tính theo dòng bão hoà của nhánh mở ra hớng nghiên cứu cho dòng giao thông phức tạp và trờng hợp chiều rộng đờng vào không bố trí chẵn số làn xe. Các phơng pháp quen thuộc thờng tính theo lu lợng xe lớn nhất trên 1 làn xe. Tài liệu tham khảo [1]. Đỗ Bá Chơng, Nguyễn Quang Đạo. Nút giao thông trên đờng ô tô. Nhà xuất bản giáo dục, năm 2000. [2]. Bùi Xuân Cậy. Giao thông thành phố và qui hoạch. Bài giảng cao học, Hà Nội 2000. [3]. Nguyễn Quang Đạo. Một số vấn đề về giao thông đô thị. Bài giảng cao học, Hà Nội 2002. [4]. Phan Cao Thọ. Một số vấn đề về khả năng thông hành của nút giao thông. Chuyên đề tiến sỹ, Hà Nội 2003. [5]. Nguyễn Xuân Vinh. Thiết kế nút giao thông và tổ chức giao thông đô thị. Nhà xuất bản Giao thông vận tải. [6]. The Planning and Design of At-Grade Intersections, Japan Society of Traffic Engineers. [7]. Transportation Research Board National Research Council. [8]. Highway Capacity Manual (HCM) 1994, Edition third. Washington Public Roads, 1994 . phơng pháp tính toán điều khiển nhằm góp phần vào việc giải quyết những vấn đề trên. ii. nội dung 1. Các bớc tính toán Đối với nút giao điều khiển đèn tín hiệu, năng lực của nút thờng đợc. Các bớc tính toán năng lực giao thông Thông thờng, các bớc đợc đa ở hình 1 là để dự đoán năng lực của nút giao thông tín hiệu và mức độ phục vụ của nó. Giả sử biết lu lợng giao thông thiết. Phơng pháp tính toán năng lực của nút giao thông điều khiển đèn tín hiệu ThS. đỗ quốc cờng Bộ môn Đờng ôtô v sân bay Khoa Công trình - Trờng Đại học GTVT Tóm tắt:: Bi báo ny đa ra