طراحی شبکه های معابر شهری Urban Road Network ظرفیت اجزای شبکه معابر شهری
Mehdi Fallah Tafti
Civil Engineering Department, Yazd University
تعریف ظرفیت یک راه – مقدمه
رابطه اساسی بین 3 متغیر اساسی ترافیک (سرعت-تردد-دانسیته) در یک جریان ترافیکی پیوسته:
که در رابطه فوق q برابر با تردد بر حسب veh/hour، Vs متوسط سرعت مکانی بر حسب km/hr، و K دانسیته جریان ترافیکی برحسب veh/km می باشد
همانگونه که مشاهده می شود رابطه فوق یک رابطه 3 بعدی است .
با فرض یک رابطه خطی بین تغییرات سرعت و دانسیته داریم:
تعریف ظرفیت یک راه – مقدمه
با فرض رابطه فوق، رابطه بین تردد و دانسیته برابر خواهد بود با:
که یک رابطه سهموی بین تردد و دانسیته می باشد:
تعریف ظرفیت یک راه – مقدمه
و رابطه بین تردد و سرعت برابر خواهد بود با:
که یک رابطه سهموی بین تردد و سرعت می باشد:
تعریف ظرفیت یک راه – مقدمه
تعریف ظرفیت یک راه
تحلیل ظرفیت راهها مبتنی بر روابط تجربی مانند رابطه سرعت-تردد و تردد-دانسیته می باشد که قبلا بحث شدند.
تعریف ظرفیت یک راه
شبکه راهها دارای عناصری است که هر یک می تواند ظرفیت را محدود کند.
در مورد آزادراهها این عناصر شامل:
قطعه های اصلی آزادراه،
نقاط اتصال رمپهای ورودی و خروجی (Merging and Diverging Sections) و
قطعه های تغییر خط یا تداخلی (Weaving Sections) می باشند.
تعریف ظرفیت یک راه
در مورد سایر راهها مانند راههای دوخطه، راههای چند خطه دو بانده و یک بانده، بسته به مورد قطعه اصلی راه یا تقاطع عامل بحرانی ظرفیت می باشند.
یک تقاطع موقعی عامل بحرانی بشمار می رود و بعبارت دیگر ظرفیت یک قطعه یا پیوند موقعی بوسیله تقاطعات دو انتهای آن تعیین می شود که تقاطع پیوستگی جریان ترافیکی را مختل نموده و جریان در طول پیوند به یک جریان ناپیوسته (Interrupted Flow) تبدیل شود. در اینصورت ظرفیت پیوند توسط ظرفیت تقاطعات دو انتهای آن تعیین می شود (مانند بسیاری از خیابانهای واقع بین تقاطعات کنترل شده و کنترل نشده شهری)
تعریف ظرفیت یک راه در یک جریان پیوسته
تعاریف مختلفی برای ظرفیت از سوی افراد و نهادهای مختلف ارائه شده است.
ظرفیت- بیشترین تعداد وسایل نقلیه ای که عبور آنها ظرف مدت یک ساعت، با کیفیت معین ترافیک، از یک مقطع یا طول یکنواختی از راه امکان پذیر می باشد.
ظرفیت حداکثر یا مطلق- بیشترین تعداد وسایل نقلیه ای که عبور آنها ظرف مدت یک ساعت بدون ایجاد راهبندان ولی در بدترین کیفیت ترافیک، از یک مقطع یا طول یکنواختی از راه امکان پذیر می باشد.
ظرفیت طراحی- ظرفیتی است که همیشه برای طراحی انتخاب می شود. راهها را بر اساس ظرفیت حداکثر آنها طرح نمی کنند زیرا کیفیت ترافیک در این وضعیت معمولا پذیرفته نیست چون رانندگی در این شرایط دشوار و توام با خستگی و استرس خواهد بود. بنابر این ظرفیت همیشه از ظرفیت حداکثر کمتر است.
ظرفیت زیست محیطی- که نه بر اساس تون راه در عبور ترافیک موتوری، بلکه با توجه به رعایت شرایط حداقل زیست محیطی اطراف راه تعیین می شود. (مثلا طراحی خیابانهای محلی بر مبنای ظرفیت زیست محیطی آنها انجام می شود.
تعریف ظرفیت یک راه
بهترین مرجع برای تعییین ظرفیت انواع عناصر شبکه حمل ونقل موتوری و غیر موتوری کتاب راهنمای ظرفیت راهها (Highway Capacity Manual or HCM) می باشد..
در این رابطه، در کنار ظرفیت حداکثر، کتاب راهنمای ظرفیت راهها شاخص دیگری بنام نرخ تردد سرویس حداکثر(Maximum service flow rate) یا حجم سرویس حداکثر را تعریف نموده که مینای طراحی قرار گرفته و مقدار آن تابعی از وضعیت کیفی ترافیک قابل قبول در راه مورد نظر می باشد.
برای تعیین وضعیت کیفی ترافیک HCM از شاخصی بنام سطح سرویس (Level of Service or LOS)استفاده می نماید که تحت عنوان سطوح F , E , D, C , B , A تعریف شده اند.
بعنوان نمونه توصیف کیفیت ترافیک در هر یک از سطوح سرویس برای آزاد راهها و بزرگراهها در زیر باختصار تشریح شده اند.
تشریح وضعیت کیفی ترافیک در سطوح سرویس مختلف در یک آزادراه
سطح سرویس A یا الف (عالیترین کیفیت):
عمدتا ترافیک دارای جریان آزاد می باشد، متوسط سرعت سفر در یک آزادراه با سرعت طرح 70mph برابر با یا بیش از 60mph می باشد. آزادی مانور برای وسایل نقلیه وجود دارد
تشریح وضعیت کیفی ترافیک در سطوح سرویس مختلف در یک آزادراه
سطح سرویس B یا ب (کیفیت عالی):
تا حدودی شرایط تردد آزاد برقرار است، متوسط سرعت سفر در یک آزادراه با سرعت طرح 70mph برابر با یا بیش از 57mph می باشد، آزادی مانور برای وسایل نقلیه کمی محدود شده است
تشریح وضعیت کیفی ترافیک در سطوح سرویس مختلف در یک آزادراه
سطح سرویس C یا ج (کیفیت خوب):
ترافیک هنوز وضعیت با ثباتی دارد ولی افزایش ناچیز در میزان تردد باعث کاهش قابل ملاحظه سرعت می شود، آزادی مانور برای وسایل نقلیه تا حد زیادی محدود شده است، متوسط سرعت سفر در یک آزادراه با سرعت طرح 70mph برابر با یا بیش از 54mph می باشد، تغییر خط بایستی با احتیاط صورت گیرد
تشریح وضعیت کیفی ترافیک در سطوح سرویس مختلف در یک آزادراه
سطح سرویس D یا د (حداقل کیفیت قابل قبول):
دارای مرز مشترک با ناحیه تردد ناپایدار می باشد، افزایش ناچیز در میزان تردد باعث افت قابل ملاحظه LOS می شود، متوسط سرعت سفر در یک آزادراه با سرعت طرح 70mph برابر با یا بیش از 46mph می باشد، قابلیت مانور خیلی محدود شده است.
تشریح وضعیت کیفی ترافیک در سطوح سرویس مختلف در یک آزادراه
سطح سرویس E یا "ه" (کیفیت در وضعیت استفاده از ظرفیت حداکثر):
مرز بین LOS D و LOS Eدر واقع شرایط کارکرد با میزان ترددی برابر با ظرفیت می باشد، متوسط سرعت سفر در یک آزادراه با سرعت طرح 70mph برابر با یا بیش از 30mph می باشد، جریان ترافیک خیلی ناپایدار بوده و فاصله عبور بین وسایل نقلیه یکنواخت می باشد.
تشریح وضعیت کیفی ترافیک در سطوح سرویس مختلف در یک آزادراه
سطح سرویس F یا "و" (کیفیت در حالت ناپایدار و راهبندان):
در این حالت با توجه به اینکه میزان تقاضا بیش از ظرفیت می باشد، جریان ترافیک مرتبا تحت فشار قرار (forced flow) گرفته و عملا گسیخته (flow breakdown) می شود.
تشریح وضعیت کیفی ترافیک در سطوح سرویس مختلف در معابر شهری
تعریف ظرفیت یک راه
در شکل زیر وضعیت سرعت و تردد در سطوح سرویس مختلف برای خیابانهای شریانی درجه 1 نشان می دهد:
نرخهای تردد سرویس حداکثر در سطوح سرویس مختلف برای آزاد راههای با سرعت طرح مختلف
کیفیت ترافیک مبنای طراحی
ظرفیت طراحی آزادراهها و بزرگراهها بر مبنای آئین نامه طراحی راههای شهری ایران
تعدیل ظرفیت طرح داده شده برای شرایط ایده آل با استفاده از فاکتورهای تعدیل
ظرفیت یک راه تابعی از عوامل زیر می باشد:
مشخصات فیزیکی راه (مثلا عرض هر خط، شیب طولی)
مشخصات ترافیکی که از راه استفاده می نماید (مثلا ترکیب ترافیک)
شرایط جوی (مانند قابلیت دید، وضعیت سطح جاده، درجه حرارت، سرعت باد وغیره)
مقادیر داده شده در جدول فوق برای آزادراهها و یا بزرگراهها با فرض این است که شرایط زیر حکمفرماست:
عرض هر خط برابر با عرض استاندارد 12 فوت یا 3.65 متر می باشد
فواصل موانع کناری و میانی از باند سواره رو بیش از 6 فوت یا 1.8 متر می باشد
آزادراه فاقد شیب طولی قابل ملاحظه می باشد (<2%)
تمام وسایل نقلیه از نوع سواری می باشند
تعدیل ظرفیت طرح داده شده برای شرایط ایده آل با استفاده از فاکتورهای تعدیل
چون در عمل شرایط فوق همیشه حکمفرما نیست، فاکتورهای تعدیل زیر به نرخ تردد سرویس حداکثر در شرایط ایده آل اعمال می شوند.
F=F1×F2 ×F3
ضرائب تعدیل عرض هر خط و فاصله جسم تا لبه سواره رو (F1)
ضرائب تعدیل معادل سواری و کامیون (ETٍٍٍٍٍٍٍٍٍٍٍ)
ضرائب تعدیل معادل سواری اتوبوس (EBٍٍٍٍٍٍٍٍٍٍٍ) و محیط شهری(F3)
محاسبه تعداد خطوط لازم برای آزادراه و بزرگراه
F=F1×F2 ×F3
ظرفیت طرح در شرایط ایده آل× = Fظرفیت طرح تعدیل شده
PHF) × DF (VPH / = تردد ترافیک در ساعت طرح در جهت غالب
ضریب توزیع جهتی ترافیک در جهت غالب DF=
ظرفیت طرح تعدیل شده /تردد ترافیک در ساعت طرح در جهت غالب N=
تعداد خطوط لازم برای آزادراه یا بزرگراه در هر جهت N=
مقادیر ظرفیت عملی (حجم ترافیک حداکثر در ساعت اوج) پیشنهاد شده برای خیابانهای دو طرفه شهری
مقادیر ظرفیت عملی (حجم ترافیک حداکثر در ساعت اوج) پیشنهاد شده برای خیابانهای یکطرفه شهری
مقادیر ظرفیت عملی (حجم ترافیک حداکثر در ساعت اوج) پیشنهاد شده برای خیابانهای یکطرفه شهری
مقادیر ظرفیت عملی (حجم ترافیک حداکثر در ساعت اوج) پیشنهاد شده برای خیابانهای دو طرفه شهری