TNO-rapportTNO-rapport Inro/VK2008-03 TNO Inro Schoemakerstraat 97 Postbus 6041 2600 JA Delft Telefoon 015 269 69 00 Fax 015 269 77 82 Internet http://www.inro.tno.nl
Alle rechten voorbehouden. Niets uit deze uitgave mag worden vermenigvuldigd en/of openbaar gemaakt door middel van druk, fotokopie, microfilm of op welke andere wijze dan ook, zonder voorafgaande toestemming van TNO. Indien dit rapport in opdracht werd uitgebracht, wordt voor de rechten en verplichtingen van opdrachtgever en opdrachtnemer verwezen naar de ‘Algemene Voorwaarden voor Onderzoeks- opdrachten aan TNO’, dan wel de betreffende terzake tussen partijen gesloten overeenkomst. Het ter inzage geven van het TNO-rapport aan direct belanghebbenden is toegestaan. © 2008TNO
Opdrachtgever : Adviesdienst Verkeer en Vervoer, Ministerie van Verkeer en Waterstaat
Contactpersoon
Datum
Dynamisch Dwarsprofiel: een verkenning van de verkeersafwikkeling op smalle stroken
TNO Inro doet onderzoek en geeft adviezen op het gebied van infrastructuur, transport en regionale ontwikkeling met als doel versterking van de regionale concurrentiekracht.
Nederlandse Organisatie voor toegepast- natuurwetenschappelijk onderzoek TNO
Een verkennende simulatiestudie met het microsimulatie model MIXIC
VOORWOORD
Dit rapport beschrijft het resultaat van een verkennende simulatiestudie uitgevoerd door de afdeling Verkeer van TNO Inro in samenwerking met TNO Technische Menskunde. De studie vond plaats van januari tot juni 1999 in opdracht van de Adviesdienst Verkeer en Vervoer (AVV) van het Ministerie van Verkeer en Waterstaat. Deze verkennende simulatiestudie had tot doel het ontwikkelen en toepassen van een simulatie instrument waarmee de effecten van een rijbaanindeling met versmalde stroken op de verkeersafwikkeling ex-ante kunnen worden geëvalueerd. Hiertoe werd het microsimulatiemodel MIXIC 1.3 uitgebreid met modules die de invloed van de rijstrookbreedte op het rijgedrag modelleren. Dit uitgebreide model, MIXIC 1.3DCS, werd vervolgens toegepast in een verkennende simulatiestudie waarbij een aantal varianten van dynamische rijbaanindeling werden onderzocht. De studie resulteerde in 2 rapporten en een werknotitie: het eerste rapport (Hogema & Brouwer, 1999) bevat de weergave van een literatuurstudie naar de gedragseffecten van smalle stroken en onderhavig rapport beschrijft de toepassing van het ontwikkelde simulatiemodel. De werknotitie (Hogema & Tampère, 1999) bevat de specificaties van nieuwe deelmodellen van het simulatiemodel. Deze studie kadert in het innovatieprogramma ‘Wegen naar de Toekomst’, waarin het Ministerie van Verkeer en Waterstaat innovatieve oplossingen voor een beter en slimmer gebruik van het bestaande hoofdwegennet ontwikkelt en demonstreert. Zo vindt onder andere vanaf juni 1999 een demonstratie plaats op de A15 nabij Papendrecht, waarbij de technische infrastructuur wordt gedemonstreerd die de praktijktoepassing van dynamische rijbaanindeling moet mogelijk maken. Deze studie werd uitgevoerd door Jeroen Hogema en Rino Brouwer van TNO Technische Menskunde en Ronald van Katwijk en Chris Tampère van TNO Inro. Daarnaast leverden Martie van der Vlist en Luisa Luiten van TNO Inro ook een gewaardeerde bijdrage voor respectievelijk vakinhoudelijke en secretariële ondersteuning. Implementatie van de software gebeurde door Gideon Zegwaard van QQQ Delft. Begeleiding was in handen van Bart van Arem van TNO Inro. Van de zijde van de opdracht- gever werd de begeleiding verzorgd door Henk Schuurman en Huib Kwint van AVV.
KWALITEITSCOLOFON
99/NK/072 ii
SAMENVATTING
Dit rapport beschrijft een verkennende studie naar de verkeersafwikkeling op smalle stroken. Smalle stroken kunnen bijdragen aan een optimale benutting van het bestaande wegennetwerk.
Voor de toepassing van smalle stroken wordt het bestaande dwarsprofiel, met als belangrijkste elementen een aantal rijstroken en een vluchtstrook, heringericht als een dwarsprofiel met een strook extra en mét behoud van de vluchtstrook. Vanwege de fluctuerende verkeersvraag in de loop van de dag, is het alleen nodig dit heringericht dwarsprofiel met smalle stroken toe te passen tijdens de spits. Tijdens de dalperioden is de capaciteit van de bestaande situatie immers voldoende. Door de rijbaanindeling nu dynamisch te variëren tussen de normale indeling met brede stroken en de nieuwe indeling met smalle stroken, kunnen in de dalperioden de mogelijke nadelen van smalle stroken vermeden worden, terwijl er in de spitsperiode extra capaciteit ter beschikking komt. Het Ministerie van Verkeer en Waterstaat plant een demonstratieproject met een dergelijk dynamisch dwarsprofiel op het hoofdwegennet. Om verschillende ontwerp aspecten bij deze maatregel te kunnen vergelijken is een instrument ontwikkeld en toegepast dat toelaat om de invloed van verschillende ontwerpvariabelen te kwantificeren met betrekking tot verkeersveiligheid en doorstroming. Dit instrument is een uitbreiding van het bestaande microscopisch simulatiemodel MIXIC 1.3. Voor deze toepassing zijn modules toegevoegd voor het gedrag van de bestuurder op smalle stroken. Deze modeluitbreidingen worden in een afzonderlijke rapportage beschreven en in dit rapport nog eens bondig samengevat. De volgende deelmodellen werden toegevoegd: vrije snelheidskeuze als functie van de rijstrookbreedte en de heersende snelheidslimiet, invloed van de rijstrookbreedte op de vetergang, snelheidskeuze tijdens inhalen en beslisregels voor rijstrookwisselingen. Het uitgebreide model MIXIC is dan toegepast op 3 ontwerpvarianten: een referentievariant met 2 stroken van normale breedte, een minimumvariant met 3 sterk versmalde stroken en een maximumvariant met 3 licht versmalde stroken. Voor elke variant werden verschillende subvarianten geanalyseerd waarbij gevarieerd werd met: een snelheidslimiet van 70 of 90 km/u en de verkeersvraag waarbij de samenstelling ging van 20% over 10% tot 0% vrachtverkeer (bestelwagens en vracht- wagens). Voor al deze varianten en subvarianten werden simulaties uitgevoerd, waarbij het verkeer werd afgewikkeld in een wegvak met smalle stroken. De varianten werden vervolgens getoetst aan een aantal veiligheidscriteria en criteria met betrekking tot verkeersprestatie. Een belangrijke conclusie van deze verkennende simulatiestudie is dat de verkeersprestatie van de varianten met drie smalle stroken veruit die van de referentievariant met twee stroken van normale
99/NK/072 iii
breedte overtreft. De modeluitkomsten voorspellen een toename van de maximale doorstroming tot 30%. Bij de onderlinge vergelijking van de heringedeelde dwarsprofielen, de subvarianten met verschillende snelheidslimiet en verschillend aandeel vrachtverkeer zijn de waargenomen verschillen onverwacht klein. Op het gebied van de verkeersveiligheid ontstaan bij een strengere snelheidslimiet minder schokgolven maar wat de verkeersprestatie betreft werd geen systematisch effect teruggevonden, in die zin dat een strengere of minder strenge limiet bij gelijkblijvende andere ontwerpaspecten systematisch een beter of slechter doorstroming zou opleveren. Het aandeel vrachtverkeer blijkt geen duidelijke systematische invloed te hebben op de onderzochte criteria voor veiligheid en doorstroming. De verschillen tussen de minimum- en de maximumvariant blijken subtiel: de simulaties voorspellen een lichte verbetering in verkeersprestatie voor de maximumvariant; daarentegen is wat betreft de veiligheid de verkeersafwikkeling in de aanloop naar de wegversmalling homogener, maar op de smalle stroken zelf scoort de minimumvariant daarop weer beter. Hoewel de simulatieresultaten dus aantonen dat het simulatiemodel in staat is om verkeer op smalle stroken te modelleren, wijzen de kleine en vaak niet eenduidige verschillen erop dat er nog meer aandacht besteed dient te worden aan de kalibratie en validatie van de nieuwe deelmodellen. Het rapport besluit dan ook met een aantal conclusies en aanbevelingen. Als onderdeel daarvan worden een aantal parameters en deelmodellen geïdentificeerd die bij vervolgonderzoek gevalideerd zouden moeten worden om het simulatiemodel meer betrouwbaar en onderscheidend te maken.
99/NK/072 iv
SUMMARY
This study explores the traffic flow impacts of the application of narrow lanes. Narrow lanes can be applied with the aim of optimal utilisation of existing roads in congested networks.
The basic idea of narrow lanes is that the existing cross section of a road, consisting of traffic lanes and an emergency lane, is redesigned into a cross section with an extra traffic lane while maintaining the emergency lane. Since traffic demand varies over time, the additional capacity of the extra lane is only needed during peek periods. Therefor the cross section of the road is varied dynamically during the day between the original design with lanes of normal width and the new design with narrow lanes, thus avoiding possible disadvantages of narrow lanes in periods of low traffic demand. The Dutch Ministry of Transport, Public Works and Water Management intends to carry out a field test with these dynamically varied cross sections on motorways. To compare various design options for this measure, a tool has been developed and applied that can be used to quantify the effects of various design parameters on traffic performance and traffic safety.
The microscopic traffic simulation model MIXIC has been extended for this purpose with additional models that represent driver behaviour on narrow lanes. The model extensions are justified and explained in a separate report and are summarised in this report. They include: speed choice due to narrow lanes and speed limit, lane keeping behaviour, speed choice during passing manoeuvres and lane changing decisions.
The extended MIXIC model has then been applied in an exploratory study of 3 design variants: a reference design with two traffic lanes of normal width, a minimum design with three narrow traffic lanes of strongly reduced width and a maximum design with three narrow traffic lanes of slightly reduced width. For each design several variants have been evaluated: using a speed limit of 70 or 90 km/h and a traffic demand with 20%, 10% or 0% of freight traffic (both large and small trucks).
These designs were used in simulations where traffic was led into a bottleneck consisting of narrow lanes. Traffic safety and traffic performance criteria were then formulated and the impact of speed limit, percentage freight traffic and lane width with respect to these criteria were then formulated.
The exploratory simulation results show that traffic performance of the designs with three narrow lanes is far superior to that of the reference design with two lanes of normal width. Improvements in throughput of up to 30% were found.
99/NK/072 v
The mutual comparison of the minimum and maximum design with different speed limits and different shares of freight traffic generally shows unexpectedly small differences. A more restrictive speed limit partly suppresses the generation of shockwaves but has no systematic effect on traffic performance in the sense that a more restrictive speed limit improves or deteriorates performance regardless of other design options. The share of freight traffic has no explicit systematic effect on the criteria for safety and performance in the simulation. The differences between minimum and maximum design are subtle: simulation results predict slightly better traffic performance for the maximum design; the analysis of safety criteria however shows smoother flow for the maximum design before the section with narrow lanes, but slightly more disturbed traffic flow in the section with narrow lanes.
Although the results of the simulations proof that the simulation tool is capable of simulating traffic on narrow lanes, the small differences between variants indicate the need for a more meticulous calibration and validation of some model extensions. Some parameters and submodels are identified in this report that need to be validated during further research in order to make the simulation model more reliable and distinctive.
INHOUDSOPGAVE
pag.
3 Simulatieresultaten en Interpretatie ....................................................................................... 16 3.1 Handleiding bij de interpretatie van de simulatie resultaten.................................................. 16 3.2 Simulatie resultaten ............................................................................................................... 18
4 Conclusies en Aanbevelingen................................................................................................ 27 4.1 Conclusies.............................................................................................................................. 27 4.2 Open vragen: vervolgonderzoek............................................................................................ 29
BIJLAGE 1: Samengevatte simulatieresultaten ............................................................................... 34
BIJLAGE 2: statistische analyse ...................................................................................................... 44
LIJST MET TABELLEN Tabel 2.1: Initiële schattingen voor de capaciteit [in vtg/u] als functie van het percentage
vrachtverkeer voor alle varianten ..............................................................................10 Tabel 2.2: Meetpunten ................................................................................................................13 Tabel 2.3: Specificatie van de verkeersvraag per variant ........................................................... 15 Tabel B.1.1: Alle simulatieresultaten voor wegvak 4 / vergelijkingstabel voor de invloed van de
snelheidslimiet ...........................................................................................................34 Tabel B.1.2: Alle simulatieresultaten voor wegvak 3 / vergelijkingstabel voor de invloed van de
wegvak) .....................................................................................................................12 Figuur 2.7: Wegconfiguratie voor varianten met versmalde stroken (3 smalle stroken in
(injectiefile type B) ....................................................................................................46
1.1 Achtergrond : Dynamische Rijbaanindeling
Terwijl alsmaar meer weguitrusting, zoals de aanduiding van de snelheidslimiet en bewegwijzering, een dynamisch karakter krijgt, is de indeling van de rijbaan in rijstroken nog traditioneel statisch. Nochtans is het niet vanzelfsprekend dat dezelfde rijbaanindeling optimaal zou zijn in sterk verschillende regimes zoals spits- en dalperioden. Terwijl in de dalperiode de indeling van de rijbaan in een aantal rijstroken, een vluchtstrook en een reduceerstrook voldoende is om de verkeersvraag te verwerken, liggen deze laatste stroken er in de spits meestal bij als onbenut asfalt, terwijl het verkeer op de rijstroken zelf (bijna) stilstaat. Een maatregel die daarop tracht in te spelen is een dynamische rijbaanindeling waarbij de vluchtstrook tijdens de spits benut wordt voor de afwikkeling van verkeer: de spitsstrook. Spitsstroken bestaan in Nederland al sinds 1995. Toen werd aangevangen met een pilot project op de A28 bij Utrecht. Het effect van deze maatregel is vooraf onderzocht en na ingebruikname volgden evaluatiestudies. Daaruit blijkt dat het invoeren van een extra strook tijdens de spitsuren kan worden beschouwd als een succes. Echter, een rechts gelegen vluchtstrook en dus ook een spitsstrook houdt per definitie weer op bij de eerstvolgende afrit en brengt daardoor verkeer slechts van de ene knoop naar de andere, maar niet er voorbij. Daarnaast is het ontbreken van een vluchtstrook een potentieel onveilige situatie die ondervangen dient te worden met maatregelen als incident management en toezicht met behulp van videocamera's. Dynamische rijbaanindeling met behoud van de vluchtstrook kent deze potentiële nadelen niet. Bij deze rijbaanindeling worden de bestaande rijstroken tijdens de spitsuren versmald waardoor er ruimte vrijkomt voor het toevoegen van een bijkomende strook. Hiervoor is het niet nodig dat de vluchtstrook bij deze nieuwe indeling komt te vervallen. De versmalling van de rijstroken kan worden beperkt indien ook de vluchtstrook wordt versmald. In het kader van het project “Wegen naar de Toekomst” heeft het Ministerie van Verkeer en Waterstaat een pilot project gepland waarbij een dynamische rijbaanindeling van 2 normaal brede naar 3 versmalde stroken met behoud van de vluchtstrook zal worden getest. Voor het verkrijgen van een goed inzicht in de invloed van ontwerpelementen als de toegepaste rijstrookbreedte, het instellen van een lagere snelheidslimiet en het weren van vrachtauto's bestaat er behoefte aan een instrument waarmee uit oogpunt van capaciteit en verkeersveiligheid de meest optimale rijbaanindeling kan worden bepaald. In opdracht van de Adviesdienst Verkeer en Vervoer (AVV) hebben TNO Inro en TNO Technische Menskunde een dergelijk instrument ontwikkeld en toegepast. Hiervoor werd uitgegaan van het bestaande microscopische model voor de verkeersafwikkeling MIXIC, dat door AVV en TNO gezamenlijk werd ontwikkeld voor het
99/NK/072 2
bestuderen van de effecten op de verkeersafwikkeling en verkeersveiligheid van Adaptive Cruise Control (een systeem dat de longitudinale rijtaak van de bestuurder gedeeltelijk overneemt). 1.2 Ex-ante evaluatie: simulatiestudie van de versmalde rijbaanindeling
De maatregel Dynamisch Dwarsprofiel waarbij de rijstroken versmald worden uitgevoerd met behoud van de vluchtstrook is in Nederland nog niet toegepast. Specifieke kennis over het gedrag van weggebruikers in deze omstandigheden en over de verkeerskundige effecten is daarom niet beschikbaar. Verschillende studies in experimentele situaties en situaties van werk-in-uitvoering tonen echter aan dat zowel het longitudinale als het laterale rijgedrag van bestuurders wordt beïnvloed door de breedte van de rijstroken. Daarom is te verwachten dat het versmald uitvoeren van de rijstroken voor een dynamisch dwarsprofiel effecten zal hebben op het individueel rijgedrag en daardoor op de verkeersprestatie, de verkeersafwikkeling en de verkeersveiligheid. Deze gedragseffecten werden geïnventariseerd in het eerste deel van dit onderzoek en gerapporteerd (Hogema en Brouwer, 1999). In dit rapport worden de voor deze studie relevant geachte gedragseffecten geïdentificeerd en wordt aangegeven hoe ze in een microscopisch simulatiemodel kunnen worden opgenomen. Onderhavig rapport beschrijft de toepassing van het aangepaste model MIXIC voor de ex-ante evaluatie van de toepassing van smalle rijstroken voor het Dynamisch Dwarsprofiel. Bedoeling is om na te gaan welke effecten van smalle stroken op de verkeersstroom kunnen worden waargenomen omwille van gedragswijzigingen op voertuigniveau. 1.3 Inhoud van dit rapport
In het tweede hoofdstuk van dit rapport wordt de experimentele opzet beschreven die voor de ex-ante evaluatie werd gekozen. Achtereenvolgens komen daarin aanbod: het aangepaste simulatiemodel MIXIC (2.2), de verschillende varianten (2.3), de gebruikte wegconfiguratie (2.4) en tenslotte de verkeersvraag die aan deze wegconfiguratie werd aangeboden (2.5). Het derde hoofdstuk bevat de resultaten van de simulatieruns (3.2), voorafgegaan door een toelichting over de manier waarop de simulatie output geïnterpreteerd moet worden (3.1). In het vierde hoofdstuk worden conclusies getrokken (4.1) en worden aanbevelingen gedaan voor vervolgonderzoek (4.2).
99/NK/072 3
2.1 Inhoud van dit hoofdstuk
Voor het simuleren van verkeer op smalle rijstroken is eerst een geschikt simulatiemodel noodzakelijk. Paragraaf 2.2 beschrijft kort dit model en de relevante onderdelen ervan. Dit model wordt dan toegepast voor simulatie van een aantal varianten van Dynamische Rijbaanindeling. Deze varianten worden beschreven in paragraaf 2.3. Paragrafen 2.4 en 2.5 gaan in op resp. de gebruikte wegconfiguratie en het verwerven van de verkeersdata nodig om het simulatiemodel te ‘voeden’. 2.2 MIXIC als simulatiemodel voor Dynamische Rijbaanindeling
2.2.1 Vereisten aan een simulatiemodel voor Dynamische Rijbaanindeling Er bestaan geen simulatiemodellen die de invloed van de rijstrookbreedte als invloedsfactor op de verkeersafwikkeling expliciet in rekening brengen. Om deze reden werd ervoor gekozen een bestaand model uit te breiden. Om te vermijden dat in een simulatiestudie van een dwarsprofiel met smalle stroken de waargenomen effecten één op één overeenkomen met de input van het model, is het nodig dat het model beschikt over een gedetailleerd bestuurdersmodel. Immers, het spreekt voor zich dat het louter implementeren van bijvoorbeeld de aanname dat bestuurders langzamer gaan rijden op smalle stroken, resulteert in simulatieoutput waarin alleen maar een lagere gemiddelde snelheid wordt waargenomen. Een betere manier is het om uit te gaan van een gedetailleerd bestuurdersmodel en dit uit te breiden zodanig dat microscopische interacties tussen voertuigen resulteren in een individuele aanpassing van bijvoorbeeld de snelheid en daarvan dan in simulatie de geaggregeerde effecten te evalueren. Vanwege de grote detailgraad van het bestuurdersmodel werd gekozen voor het model MIXIC 1.3. Dit model beschrijft bestuurders- en voertuiggedrag bij verkeersafwikkeling over een snelweg. Het model werd gekalibreerd en gevalideerd voor een rijstrookbreedte van 3.5 meter. De invloed van smallere stroken op het rijgedrag maakt echter geen onderdeel uit van de bestaande versies van MIXIC. Ook bevatten deze versies nog geen lateraal model dat de laterale positie van voertuigen binnen hun strook en de invloed van andere voertuigen of vaste wegelementen hierop simuleert. Hiervoor werden een aantal modules toegevoegd en een aantal gedragsregels verfijnd. Voor dit doel werd een literatuurstudie uitgevoerd (Hogema & Brouwer, 1999) dat inzicht verschaft in de effecten van rijstrookbreedte op het bestuurdersgedrag. Deze gegevens werden aangevuld met kennis van experts op het gebied van verkeersafwikkeling, indeling van het dwarsprofiel en bestuurdersgedrag.
99/NK/072 4
2.2.2 Het microsimulatiemodel MIXIC MIXIC is een microscopisch simulatiemodel voor verkeer op autosnelwegen. Het is ontworpen voor analyse van het effect van Intelligente Verkeers Systemen (IVS, zie ook Hogema et al., 1998) op wegvakniveau. De analyse resultaten kunnen betrekking hebben op de verkeersprestatie, de verkeersveiligheid, energieverbruik, uitstoot van verbrandingsgassen en van geluid. Het model simuleert hiervoor de interacties tussen bestuurder, zijn (eventueel intelligente) voertuig, de (eventueel intelligente) infrastructuur en andere voertuigen. Voor een gedetailleerde beschrijving van het model MIXIC wordt verwezen naar de modelspecificaties (Van Arem et al., 1997b).
2.2.2.1 Modelfilosofie
De kern van het model is een gedetailleerd bestuurders- en voertuigmodel (zie figuur 2.1). Deze modellen bepalen de snelheid, de acceleratie en de laterale positie (de strook waarop men rijdt) op basis van de actuele verkeerssituatie en eventueel van de intelligente infrastructuur (zoals bakens die snelheden uitzenden). Ook het voertuig zelf kan intelligentie bevatten, zoals systemen die de rijtaak van de bestuurder gedeeltelijk overnemen.
2.2.2.2 Submodellen
MIXIC doorloopt elke 0.1 seconde voor elk voertuig een aantal submodellen (zie figuur 2.1).
Figuur 2.1: De globale structuur van MIXIC Het bestuurdersmodel berekent de gewenste acceleratie aan de hand van de gewenste rijsnelheid en de nabijheid van andere voertuigen. Deze gewenste acceleratie wordt vertaald in een keuze van versnelling en een stand van het rem- en gaspedaal. Deze laatste dienen als input voor het voertuigmodel.
Traffic state Intelligent
99/NK/072 5
Het voertuigmodel vertaalt de stand van de pedalen en versnellingspook in een rem- of aandrijfkracht, rekening houdend met de voertuigdynamica. Hieruit worden de versnelling en het toerental bepaald, nodig voor respectievelijk het updaten van de positie en als invoer voor de uitvoermodules voor geluid, energieverbruik en uitlaatgassen. Het model voor voertuigintelligentie bevat modellen die de bestuurder ondersteunen in zijn rijtaak. Momenteel bevat deze module een versie van Adaptive Cruise Controle (ACC), een systeem dat automatisch een ingestelde snelheid handhaaft, waarbij tevens een veilige tussenafstand met de voorligger bewaard wordt. Voorts zijn ontwikkelingen gaande voor het toevoegen van een systeem voor Intelligente SnelheidsAdaptatie (ISA) en een Cooperative Following (CF) systeem. Tijdens de simulatie slaat MIXIC informatie op over individuele voertuigen en over de verkeersstroom. Dit laatste gebeurt door het definiëren van meetpunten op de weg, wat tot gevolg heeft dat een uitvoerbestand gecreëerd wordt waarin informatie gelogd wordt over snelheid, intensiteit, volgtijdverdeling, dichtheid etc. Verschillende uitvoermodules verwerken deze ruwe output tot leesbare geaggregeerde informatie over onder andere verkeersprestatie en verkeers- veiligheid (bijvoorbeeld schokgolven).
2.2.2.3 Kalibratie en validatie van de modelparameters
De parameterkeuze voor het bestuurders- en voertuigmodel van MIXIC gebeurde oorspronkelijk voor elk model afzonderlijk op basis van literatuurgegevens en experimenten in geïnstrumenteerde voertuigen en de TNO rijsimulator. Daarna werd MIXIC als geheel gekalibreerd en gevalideerd opdat karakteristieken van de verkeersstroom als snelheidsverdeling, volgtijdverdeling en capaciteits- waarden representatief zouden zijn voor de Nederlandse situatie. MIXIC werd gekalibreerd en gevalideerd voor zowel 2-strooks, 3-strooks en 4-strooks verkeer. Hiervoor werden meetdata gebruikt van respectievelijk de A50 te Wolfheze (Hoogvelt et al., 1996), de A2 tussen Utrecht en Amsterdam (Van Arem et al., 1995) en de A4 nabij Schiphol (Van Arem et al., 1997a). In deze laatste studie werd expliciet aandacht besteed aan de verkeersafwikkeling in een wegversmalling van 4 naar 3 stroken en aan de verkeersafwikkeling bij congestie. De huidige studie over smalle rijstroken maakt gebruik van een vergelijkbare wegconfiguratie (zie paragraaf 2.5) en intensiteiten in de buurt van de capaciteit (overgang van vrijstromend verkeer naar congestie). Hierdoor volstaat de parameterinstelling zoals die bij voorgaande kalibraties ingesteld werd voor de basissituatie van de huidige studie. Alleen voor de modeluitbreidingen ten behoeve van Dynamische Rijbaanindeling was aanvullende kalibratie noodzakelijk. De parameters en de formulering van de modeluitbreiding zijn echter nog niet gevalideerd. Dit kan gebeuren door middel van rijsimulator onderzoek, verrichten van metingen in het reële verkeer etc.
99/NK/072 6
2.2.3 Modeluitbreidingen ten behoeve van Dynamische Rijbaanindeling Tijdens een literatuurstudie werd verkend welke de invloed is van de rijstrookbreedte op het bestuurdersgedrag. De informatie die hieruit beschikbaar kwam werd tijdens een workshop aangevuld met de kennis aanwezig bij experts op het gebied van verkeersafwikkeling, indeling van het dwarsprofiel en bestuurdersgedrag. De bevindingen van deze literatuurstudie en deze workshop zijn beschreven (Hogema & Brouwer, 1999). De belangrijkste gedragseffecten worden hieronder kort samengevat. Voor een onderbouwing en een nauwkeurige beschrijving van de manier waarop de vernoemde effecten in MIXIC werden opgenomen wordt verwezen naar voornoemd rapport en naar de functionele specificaties (Hogema & Tampère, 1999). Het uitgebreide model MIXIC, beschreven in (Van Arem et al., 1997b) en aangevuld met de functionele specificaties (Hogema & Tampère, 1999) en de softwarespecificaties (Van Katwijk & Tampère, 1999) vormen het model MIXIC 1.3DCS, waarmee de simulatieruns van deze verkennende studie werden gedraaid.
2.2.3.1 Vrije snelheidskeus
Zowel de breedte van de stroken als de snelheidslimiet die in geval van versmalde stroken wordt toegepast hebben een effect op de vrije snelheidskeuze. Voor het effect van smallere stroken wordt verondersteld dat de vrije wenssnelheid verlaagt evenredig met de afname van de overbreedte van de rijstrook ten opzichte van de breedte van het voertuig. Het effect van de snelheidslimiet wordt ingerekend door een gewogen gemiddelde van de vrije wenssnelheid zonder limiet en de limietsnelheid. De mate van opvolging van de limiet (onder andere afhankelijk van de mate van handhaving) kan gevarieerd worden door de weegfactor (de ‘ongehoorzaamheidsfactor’) aan te passen. Voor het gecombineerd effect van rijstrookbreedte en snelheidslimiet wordt aangenomen dat de vrije wenssnelheid eerst wordt gereduceerd vanwege de smallere stroken en vervolgens verder wordt aangepast aan de snelheidslimiet.
2.2.3.2 Koershoudgedrag
Voertuigen rijden niet steeds in het midden van hun strook maar voeren een soort slingerbeweging uit rond een gemiddelde positie (de ‘vetergang’). MIXIC werd uitgebreid met een eenvoudig lateraal model dat deze beweging beschrijft. Telkens als de breedte van de strook wijzigt, als de bestuurder van strook wisselt en anders met een vast tijdsinterval wordt voor elk voertuig een nieuwe laterale positie geloot uit een normale verdeling. De
99/NK/072 7
twee vrijheidsgraden van deze normale verdeling (gemiddelde positie binnen de strook en standaard deviatie omheen dit gemiddelde) worden bepaald aan de hand van volgende veronderstellingen: • bestuurders zijn aandachtiger naarmate de strook smaller wordt: naarmate de overbreedte van de
strook ten opzichte van de breedte van hun voertuig afneemt, neemt ook de standaard deviatie van de laterale beweging lineair af;
• bestuurders rijden in het midden van hun strook tenzij het een buitenste strook betreft (meest links of meest rechts); in afwezigheid van enig obstakel binnen de laterale invloedszone zoeken bestuurders wegens de hinderende aanwezigheid van verkeer naast hen de buitenkant van de weg op en aanvaarden daarbij een zekere kans op overschrijding van de buitenste lijn; de gemiddelde laterale positie van een bestuurder in een buitenste strook wordt binnen MIXIC dan ook zo gekozen dat deze kans op overschrijden constant is.
2.2.3.3 Snelheidskeus tijdens passeren
Indien op versmalde stroken een voertuig A een ander voertuig B wil voorbijrijden, kan het voorkomen dat de aanwezigheid van B voor A hinderlijk is, zeker indien B binnen zijn strook slingert (vetergang). Als modeluitbreiding wordt aangenomen dat A zijn snelheid aanpast indien hij hinder ondervindt van B en zelfs kan beslissen om B niet voorbij te rijden omdat tijdens dit manoeuvre de laterale afstand tot B onaanvaardbaar klein zou worden. De MIXIC uitbreiding gaat uit van twee grenzen: • een minimale laterale afstand: indien de laterale afstand kleiner wordt dan deze drempel rijdt A
niet meer voorbij B maar gaat B op korte afstand volgen totdat de laterale afstand weer groot genoeg blijkt (door slingeren of doordat de stroken weer breder worden); deze minimale laterale afstand is (afhankelijk van de parameterkeuze) in te stellen als een vaste drempelwaarde of als een drempelwaarde die toeneemt naarmate de massa van A kleiner is dan die van B (eerder beslissen om niet te passeren naarmate het een zwaarder voertuig betreft);
• een maximale laterale afstand: indien de laterale afstand groter of gelijk wordt rijdt A voertuig B ongehinderd voorbij; de maximale laterale afstand waarboven geen hinder merkbaar is komt overeen met de afstand die de betrokken voertuigen zouden hebben indien ze zouden rijden in het midden van stroken van normale breedte.
Bij alle tussenliggende laterale afstanden zal A ‘voorzichtiger’ voorbij B rijden: d.w.z. dat A zijn snelheid aanpast zodanig dat de verschilsnelheid met B kleiner wordt.
2.2.3.4 Inhaalbeslissingen
Beslisregels voor rijstrookwisselingen blijven grotendeels ongewijzigd. Dit wil zeggen dan MIXIC bestuurders hun huidige snelheid en die van hun eventuele voorganger vergelijken met hun vrije wenssnelheid. Deze beslisregels werden aangepast zodat nu niet de vrije wenssnelheid maar wel de wenssnelheid aangepast aan de rijstrookbreedte en aan de heersende snelheidslimiet wordt gebruikt.
99/NK/072 8
Bovendien is een beslisregel toegevoegd waardoor bestuurders kunnen besluiten om van strook te veranderen als ze daarop harder kunnen rijden (aangepaste wenssnelheid hoger omwille van de breedte) of omgekeerd om niet van strook te veranderen indien ze daardoor op een strook terechtkomen waarop ze langzamer zouden gaan rijden. Om een inhaalverbod voor vrachtwagens te kunnen simuleren werd een strooktype toegevoegd waarop geen vrachtverkeer is toegelaten. Hierdoor gaan vrachtautobestuurders trachten vóór het bereiken van deze strook naar de rechterstrook te wisselen via het gedwongen rijstrookwisselmodel. 2.3 Te analyseren varianten en simulatieopzet
2.3.1 Varianten Er worden 3 varianten van een dynamische rijbaanindeling met behoud van de vluchtstrook onderzocht. In figuur 2.2 wordt de indeling van de rijstroken van de verschillende varianten voorgesteld. De rijbaanbreedte die naast de rijstroken nog overblijft wordt gebruikt als reduceerstrook en als vluchtstrook. De breedte hiervan verschilt dus in de praktijk naargelang de variant, maar is in het model niet relevant omdat voor deze verkennende studie wordt aangenomen dat ze in elk geval breed genoeg zijn. Dit wil zeggen dat vaste elementen als barriers of geleiderails zodanig ver van de rijstroken staan opdat ze geen invloed zouden hebben op het rijgedrag.
Figuur 2.2: Varianten voor de indeling van het dwarsprofiel
99/NK/072 9
• een minimumvariant: een dwarsprofiel van een 3-strooks rijbaan (rijstrookbreedten v.l.n.r. 2.25, 2.50 en 3.00 meter); zonder vrachtverkeer wordt de rechter strook 2.25 m in plaats van 3.00 m.
• een maximumvariant: een dwarsprofiel van een 3-strooks rijbaan (rijstrookbreedten v.l.n.r. 2.75, 3.00 en 3.25 meter); zonder vrachtverkeer wordt de rechterstrook 2.75 m in plaats van 3.25 m.
Voor elke variant worden 6 subvarianten onderzocht: de verkeerssamenstelling varieert van 0% over 10% naar 20% vrachtauto’s en er wordt gevarieerd met een snelheidslimiet in het versmalde wegvak van 70 km/u en 90 km/u.
2.3.2 Simulatieopzet: keuze van wegconfiguratie en verkeersvraag Een typisch voorbeeld van een wegconfiguratie waarin een dynamisch dwarsprofiel wordt toegepast wordt gegeven in figuur 2.3.
Figuur 2.3: Voorbeeld van toepassing van een dynamisch dwarsprofiel Eén van de belangrijke criteria die bij de beoordeling van de varianten zal worden gebruikt is echter de capaciteit. In een configuratie als figuur 2.3 is het niet apriori zeker dat de verkeersvraag voldoende zal zijn om de capaciteit als maximale limiet van de doorstroming op 3 smalle stroken te kunnen bereiken. Daarom wordt voor de simulaties een andere wegconfiguratie gekozen. Het is daarbij belangrijk om de simulatie zo op te zetten dat ten eerste de wegconfiguratie een bottleneck bevat waar de capaciteit kan worden onderzocht en ten tweede dat de verkeersvraag bij die bottleneck voldoende hoog is zodat de capaciteit daadwerkelijk bereikt wordt. Een bottleneck die in MIXIC al verschillende keren gebruikt is, is een wegversmalling door het wegvallen van de linkerstrook, bijvoorbeeld een versmalling van 3 naar 2 stroken. Deze versmalling wordt dan gecombineerd met een verkeersvraag, zoals die in de werkelijkheid werd opgemeten voor 3 stroken. Het idee hierachter is dat de fluctuerende intensiteit van deze verkeersvraag hoog genoeg is om geregeld de maximale doorstroming van de versmalling te overtreffen.
99/NK/072 10
In deze verkennende studie worden in de referentievariant 2 normale stroken en in de andere varianten 3 versmalde stroken onderzocht. Apriori is de capaciteit van deze laatste varianten onbekend omdat een toepassing van versmalde stroken zoals in het geval van een Dynamische Rijbaanindeling nog nergens in de praktijk werd uitgevoerd. Wel werd verwacht dat de capaciteit in alle varianten vergelijkbaar (maar wellicht iets hoger) zou zijn met die van een 2-strooks rijbaan. De keuze voor een basissituatie met een bottleneck van 3 stroken van normale breedte naar 2 stroken van normale breedte dan wel 3 versmalde stroken ligt dan voor de hand. Voor schattingen van de capaciteit werd uitgegaan van bekende waarden voor de capaciteit van een 2-strooks rijbaan (als functie van het aandeel vrachtverkeer: zie Van der Vlist, 1995) die naar boven werden afgerond.
Intensiteit (vtg/u)
Tijd (min)0 150 210 24060 120
Figuur 2.4: Schematische weergave van het intensiteitverloop in injectiefiles van type A Voor de verkeersvraag werden dan invoerbestanden (zogenaamde ‘injectiefiles’) aangemaakt waarin de intensiteit in de loop van de tijd volgens een eerst oplopende en dan weer aflopende trapvorm verloopt (aangeduid als: ‘type A injectiefile, zie figuur 2.4) met als waarden voor de intensiteiten de waarden uit tabel 2.1. De hoogste waarden in deze tabel corresponderen met de afgeronde capaciteitswaarden uit Van der Vlist.
Tabel 2.1: Initiële schattingen voor de capaciteit [in vtg/u] als functie van het percentage vracht- verkeer voor alle varianten
Ilaag Imidden Ihoog Aandeel 0% 4000 5000 5500 vracht- 10% 4000 4500 5000 Verkeer 20% 3500 4000 4500
99/NK/072 11
Tijdens de analyse bleek het noodzakelijk om hogere intensiteiten te kunnen simuleren in de varianten met smalle stroken. Hiervoor werd in de aanloop naar de versmalling een strook toegevoegd, zodat een bottleneck van 4 stroken van normale breedte naar 3 smalle stroken ontstond. Ook de verkeersvraag voor deze varianten werd aangepast. Het verloop van de intensiteit in deze nieuwe injectiefiles (genoemd: ‘type B injectiefiles’) is een steeds oplopende trapvorm (zie figuur 2.5).
Intensiteit (vtg/u)
7000 6750
60 240
Figuur 2.5: Verloop van de intensiteit in een type B injectiefile Voor de analyse worden nu verschillende bottlenecks (3 → 2 stroken en 4 → 3 stroken) en verschillende intensiteitniveaus in de injectiefiles gehanteerd. Een nadelig effect van deze keuze is dat vergelijking van gemiddelde grootheden over de periode van de simulatie onmogelijk dreigt te worden. Wanneer bijvoorbeeld de gemiddelde snelheid over de simulatieperiode wordt vergeleken van simulatieruns met een verschillende verkeersvraag (gemiddelde intensiteiten en verloop in de tijd verschillend) dan zal de gemiddelde snelheid ten eerste verschillen omwille van die verschillende verkeersvraag én eventueel ook nog eens ten tweede omwille van andere verschillen tussen de runs als rijstrookbreedte of aandeel vrachtverkeer. Wat zal worden waargenomen is het gesuperponeerde effect van die twee oorzaken, zodat het gezochte effect (van rijstrookbreedte alleen) niet afzonderlijk waarneembaar is. In de volgende paragrafen wordt aangegeven hoe de wegconfiguraties van de verschillende versmallingen er in detail uitzien (2.4) en hoe de injectiefiles met verschillende percentages vrachtverkeer en met verschillende intensiteiten werden samengesteld (2.5). In hoofdstuk 3 over de simulatieresultaten wordt dan ingegaan op de manier waarop met de vergelijkbaarheid van varianten is omgegaan.
99/NK/072 12
2.4 Wegconfiguratie van de modelstudie
De wegconfiguratie van de wegversmalling van 3 naar 2 stroken is voorgesteld in figuur 2.6. Alle wegvakken in deze figuur hebben een lengte van 1000m behalve wegvak 4 dat 2000m meet. Een inrijstuk (L1) laat overgangsverschijnselen ten gevolge van de overgang van injectiefile naar gesimuleerd volggedrag uitdempen. Daarna volgt een wegvak (L2) waarop het inhaalverbod voor vrachtwagens (van kracht vanaf L3) wordt aangekondigd, zodat zij de meest links gelegen stroken kunnen verlaten. Tevens wordt aan het begin van L2 de wegversmalling (van L3 naar L4) reeds aangekondigd zodat auto’s 2000m de tijd hebben om de meest linkse strook te verlaten door in te voegen. Vervolgens volgt een overgangsstuk (L3) waarin de snelheidslimiet wordt ingesteld en daarna volgt het onderzochte wegvak (L4). Tot slot is er een uitrijwegvak (L5) die het onderzochte wegvak afschermt van mogelijke randverschijnselen (plots versnellen van voertuigen doordat hun voorganger uit de simulatie verdwijnt enz.).
L1 L2 L3 L4 L5 Inrijweg
vak Instellen inhaalverbod inhaalverbod +
(normale breedte: 3.5m) Uitrijweg
vak Figuur 2.6: Wegconfiguratie voor de referentievariant (2 stroken in het onderzochte wegvak) De wegversmalling van 3 naar 2 stroken wordt alleen gebruikt in de referentievariant. Voor de dwarsprofielen met versmalde stroken (minimumvariant en maximumvariant) wordt een weg- versmalling van 4 naar 3 (smalle) stroken gebruikt. Deze is afgebeeld in figuur 2.7. De lengte en functie van de verschillende wegvakken zijn dezelfde als bij de bottleneck van 3 naar 2 normale stroken.
L1 L2 L3 L4 L5 Inrijweg
vak Instellen inhaalverbod Inhaalverbod +
snelheidslimiet Onderzocht wegvak Uitrijweg
vak Figuur 2.7: Wegconfiguratie voor varianten met versmalde stroken (3 smalle stroken in onderzocht
wegvak) Op elk wegvak bevinden zich meetpunten. Deze liggen voor de beide wegconfiguraties op dezelfde longitudinale posities: op wegvakken 1, 2 en 5 bevindt het meetpunt zich 100 m na aanvang van het wegvak, op wegvak 3 ligt het 200 meter voor het einde van het wegvak en op het onderzochte wegvak
99/NK/072 13
4 liggen 2 meetpunten: een na 100 meter en een na 1900m (dus 100 meter voor het einde). Tabel 2.2 vat dit samen.
Tabel 2.2: Meetpunten
Afstand meetpunt t.o.v. aanvang van het wegvak
L1 1000 100 L2 1000 100 L3 1000 800 L4 2000 100
1900 L5 1000 100
Niet al deze meetpunten worden geanalyseerd, maar de data ervan zijn beschikbaar en kunnen desgewenst aan een meer gedetailleerde analyse onderworpen worden. Het meetpunt L3 is gekozen op 200 meter vóór het einde van wegvak L3, zodanig dat de rijstrookwisselingen ten gevolge van de wegversmalling van 4 naar 3 stroken van normale breedte plaatsvinden voor dit meetpunt en dus niet door dit meetpunt worden geregistreerd. Deze wegversmalling is immers alleen maar aan de wegconfiguratie van het model toegevoegd om de 3 stroken van normale breedte op wegvak 3 optimaal te kunnen vullen en maakt geen deel uit van de bottleneck waarop deze studie zich richt: de versmalling van 3 stroken van normale breedte naar 3 versmalde stroken. De keuze van de meetpunten op wegvak L3 en L4 is zodanig dat precies vóór en na deze versmalling gemeten wordt. Door deze keuze worden dus zowel de verkeersafwikkeling op de smalle stroken, als de verstoringen die ontstaan in de versmalling (overgang L3 naar L4) en die zich stroomopwaarts (op L3) verplaatsen, geregistreerd. 2.5 De verkeersvraag
2.5.1 Simulatie invoer: reële meetgegeven of synthetische data? MIXIC wordt gevoed door middel van zogenaamde ‘injectiefiles’. Dit zijn tekstbestanden waarin per regel een voertuig staat geregistreerd door middel van achtereenvolgens: tijdstip van registratie, snelheid, voertuiglengte en rijstrook. Het tijdstip bepaalt de intensiteit van het verkeer in de injectiefile en de voertuiglengte, op basis waarvan het voertuigtype wordt toegekend, bepaalt de verkeerssamenstelling. In vorige MIXIC studies werd gebruik gemaakt van individuele meetgegevens voor het samenstellen van deze injectiefiles. Deze werkwijze garandeert een realistische verkeersproductie maar daartegenover staat dat de intensiteit en de verkeerssamenstelling van het te simuleren verkeer afhankelijk is van de beschikbaarheid van grote hoeveelheden gedetailleerde meetgegevens.
99/NK/072 14
In de huidige studie is het de bedoeling om de verkeerssamenstelling precies te kunnen kiezen (0%, 10% en 20% vrachtverkeer) en dan intensiteiten in de buurt van de capaciteit van de wegversmalling te simuleren. Meetdata zijn hiervoor niet zonder meer beschikbaar, zodat ervoor gekozen werd gebruik te maken van synthetische data. Het verloop van de gemiddelde intensiteit in de tijd van zowel type A en type B injectiefiles werd in paragraaf 2.3 reeds toegelicht in figuren 2.4 en 2.5. Beide types kunnen relatief eenvoudig worden samengesteld uit een aantal basissets met constante gemiddelde intensiteit: voor type A zijn 3 van dergelijke basissets nodig, voor type B zijn dat er 8. Deze basissets werden gegenereerd door middel van de Random Traffic Generator. Deze wordt in de volgende paragraaf toegelicht.
2.5.2 Random Traffic Generator (RTG) Om flexibel te kunnen omgaan met het te simuleren verkeer in een microscopisch simulatiemodel, is TNO Inro gestart met de ontwikkeling van een random generator waarmee verkeer van de gewenste samenstelling en intensiteit kan worden gegenereerd met behoud van realistische snelheids- en volgtijdverdelingen (Tampère & Van der Vlist, 1999). Van deze zogenaamde Random Traffic Generator (RTG) is momenteel een prototype beschikbaar. De RTG bestaat uit 4 procedures: 1. de toedelingsmodule: in deze module wordt de totale verkeersstroom van de gewenste intensiteit
en samenstelling verdeeld over de verschillende voertuigtypes en stroken, zodat een juiste voertuigmix ontstaat (percentage vrachtverkeer) en een realistische verdeling van deze voertuigen over de stroken; deze module wordt één keer doorlopen om de rijbaanintensiteit te splitsen in strookintensiteiten met telkens de juiste samenstelling; dit in tegenstelling tot de volgende drie modules, die voor elk gegenereerd voertuig doorlopen wordt.
2. de typeloting: afhankelijk van het type van het laatst gegenereerde voertuig wordt het type van het nieuw te genereren voertuig bepaald; dit gebeurt op basis van een matrix met overgangskansen.
3. de volgtijdloting: de RTG bevat voor elke mogelijke combinatie van twee voertuigtypes (b.v. vrachtauto volgt auto) een volgtijdverdeling; hieruit wordt een volgtijd geloot; de verdelingen zijn zodanig opgesteld dat ze in combinatie met de typeverdeling de juiste gemiddelde intensiteit opleveren.
4. de snelheidsloting: de RTG bevat voor elk voertuigtype een snelheidsverdeling waaruit een snelheid geloot wordt.
2.5.3 Synthetische injectiefiles uitgaande van de RTG Het prototype RTG werd gebruikt om drie injectiefiles van type A te genereren: één voor elk te onder- zoeken percentage vrachtverkeer, telkens voor 3 stroken en met het intensiteitverloop van figuur 2.4.
99/NK/072 15
Tijdens de analyse waren ook injectiefiles nodig met hogere intensiteiten om de capaciteit van de wegversmallingen te bereiken. Deze werden tijdens een ‘trial and error’ proces aangemaakt door het evenredig reduceren van de volgtijden in de met de RTG samengestelde basissets. De fouten die hierdoor kunnen ontstaan (te korte volgtijden) worden in MIXIC echter onmiddellijk gecorrigeerd door het car-following model of - in het extreme geval van fysieke overlap - door het verwijderen van een voertuig uit de simulatie. Het eerste geval is in de simulatieresultaten zichtbaar in de vorm van een hoog aantal schokgolven op het inrijwegvak (L1); het tweede geval door een hoog aantal verwijderde voertuigen op dat wegvak. Op deze manier werden van de RTG-basissets andere injectiefiles van type A afgeleid. Op vergelijkbare wijze werden de RTG-basissets verwerkt tot type B injectiefiles. Tabel 2.3 geeft een overzicht van welk type injectiefiles gebruikt werden bij elke variant en welk intensiteitniveau daarbij gehanteerd werd. Bij de bespreking van de simulatieresultaten in hoofdstuk 3 wordt dan aangegeven wat de gevolgen van deze keuze zijn voor de vergelijkbaarheid van de simulaties.
Tabel 2.3: Specificatie van de verkeersvraag per variant
Type van Intensiteitver
Minimale intensiteit [ vtg/u ]
Tussenliggende Intensiteit [ vtg/u ]
Maximale intensiteit [ vtg/u ]
0% Type A 4000 5000 5500 10% Type A 4700 5000 6000
Referentie- variant (3 stroken) 20% Type A 4800 5500 6000
0% Type A 6500 7500 8500 10% Type B 6750 elke 30 min
oplopend met 250 8500
Minimum- Variant (type A: 3 stroken; type B: 4 stroken)
20% Type B 6750 elke 30 min oplopend met 250
8500
0% Type A 6500 7500 8500 10% Type B 6750 elke 30 min
oplopend met 250 8500
Maximum- variant (type A: 3 stroken; type B: 4 stroken)
20% Type B 6750 elke 30 min oplopend met 250
8500
3 SIMULATIERESULTATEN EN INTERPRETATIE
In dit hoofdstuk worden de simulatieresultaten geïnterpreteerd. Het is belangrijk om bij het bekijken van de resultaten goed te weten welke resultaten met elkaar vergeleken mogen worden om geldige conclusies te trekken en wat de statistische betrouwbaarheid ervan is. Daarom wordt aan deze aspecten van interpreteerbaarheid eerst een paragraaf (3.1) gewijd, alvorens in paragraaf 3.2 in te gaan op de resultaten zelf. 3.1 Handleiding bij de interpretatie van de simulatie resultaten
3.1.1 Vergelijkbaarheid van de verkeersvraag in de verschillende varianten Bij simulatiestudies als deze, waarin onder andere het effect van een maatregel op de capaciteit van de weg wordt onderzocht, moet het model worden gevoed met een verkeersvraag rondom deze capaciteitswaarde. Op deze manier kan men nagaan hoe de verkeersvraag vrijstromend afgewikkeld wordt, vanaf welke waarde de verkeersstroom ‘instort’ en hoe de verkeersafwikkeling dan verloopt. Aangezien deze capaciteitswaarde, waarom al deze fenomenen zich afspelen apriori onbekend is moeten op voorhand schattingen gemaakt worden van deze waarden. In onderhavige studie werden wat betreft de verkeersvraag in eerste instantie injectiefiles van type A gebruikt zoals beschreven in paragraaf 2.5. Uit de eerste simulatieruns die met deze verkeersvraag gedraaid werden bleek dat de hoogst waargenomen intensiteiten bij deze verkeersvraag nog relatief makkelijk verwerkt konden worden. Er werden daarom nieuwe injectiefiles aangemaakt (van type B), waarin de intensiteit van de verkeersvraag oploopt van waarden beneden de capaciteit tot waarden die duidelijk de capaciteit overschrijden. Door voor verschillende varianten een verschillende verkeersvraag te kiezen worden simulatieresultaten die betrekking hebben op de hele simulatieperiode (gemiddelde waarden of totalen) niet vergelijkbaar. Echter, er is bij de keuze van injectiefiles voor de varianten voor gezorgd dat voor alle te analyseren aspecten (rijbaanindeling, aandeel vrachtverkeer, snelheidslimiet) vergelijkingsmateriaal voorhanden is. Zo wordt bijvoorbeeld bereikt dat alle varianten met type B verkeersvraag onderling vergelijkbaar zijn door de intensiteiten voor alle type B injectiefiles gelijk te kiezen. Zo kan het effect van alle te analyseren aspecten worden onderzocht door de juiste varianten onderling met elkaar te vergelijken: • invloed van de rijbaanindeling: hier dient onderscheid gemaakt te worden tussen vergelijking van
de referentievariant met de varianten met een heringedeeld dwarsprofiel en een vergelijking van de heringedeelde varianten onderling:
99/NK/072 17
voor vergelijking van de doorstroming op 3 smalle stroken ten opzichte van 2 stroken van normale breedte volstaat het te bevestigen dat de piekintensiteiten verschillen; andere criteria dan piekintensiteit zijn in principe niet vergelijkbaar; de minimum- en maximumvariant maken gebruik van dezelfde injectiefiles indien het varianten
met een zelfde percentage vrachtverkeer betreft, waardoor de invloed van het dwarsprofiel, bij constante andere aspecten (snelheidslimiet en aandeel vrachtverkeer) onvertekend waar te nemen is.
• invloed van het aandeel vrachtverkeer: de varianten met 10 en 20% vrachtverkeer in de minimum- en de maximumvariant hebben allemaal een type B injectiefile met dezelfde intensiteiten (in vtg/u), waardoor bij constant houden van de andere aspecten (dwarsprofiel en snelheidslimiet) de simulaties onderling vergelijkbaar worden voor alle criteria. De variant zonder vrachtverkeer is echter niet vergelijkbaar met de ander varianten.
• invloed van de snelheidslimiet: voor elke combinatie van de andere aspecten (dwarsprofiel en aandeel vrachtverkeer) werden twee varianten gedraaid met dezelfde injectiefile en met als enige verschil de snelheidslimiet; deze runs zijn dus telkens paarsgewijs vergelijkbaar.
Om verwarring te voorkomen bij het trekken van conclusies uit de simulatieresultaten, zijn in bijlage 1 de simulatieresultaten weergegeven in afzonderlijke tabellen naargelang het gebruik van de tabel voor analyse van de invloed van het dwarsprofiel, de snelheidslimiet of het aandeel vrachtverkeer. In elke tabel staan dan alleen die resultaten die onderling vergelijkbaar zijn en wordt aangegeven welke kolommen of rijen met elkaar vergeleken worden.
3.1.2 Statistische betrouwbaarheid MIXIC is een stochastisch model. Op verschillende plaatsen wordt gebruik gemaakt van lotingen uit verdelingen en van random getallen om al te gelijkmatig gedrag van bestuurders, die immers in werkelijkheid stuk voor stuk verschillend zijn, te vermijden. Zo worden bijvoorbeeld de reactietijd van een bestuurder en de wenssnelheid bij aanvang van de simulatie getrokken uit een normale verdeling. Ook wordt bij een gedwongen rijstrookwisseling (omdat de strook verderop niet meer bestaat of niet meer toegelaten is voor het type voertuig) geloot hoe ver voor de discontinuïteit de bestuurder daadwerkelijk een hiaat in de doelstrook begint te zoeken. Voor al deze stochastisch processen wordt de uitkomst van de loting bepaald door het kweekgetal van de random generator, die als parameter in het invoerbestand van MIXIC wordt meegegeven. De simulatieresultaten verschillen (licht) naargelang de keuze van deze parameter. Indien de MIXIC output van verschillende varianten dus verschillen vertoont, dan kunnen deze te verklaren zijn aan de hand van de verschillen tussen de varianten, maar ook van toevallige verschillen. Om de statistische significantie van de resultaten te kunnen bewijzen moeten dus in
99/NK/072 18
principe voor elke variant een aantal stochastisch onafhankelijke runs gedraaid worden en de resultaten daarvan moeten strikt genomen volgens statistische methoden geanalyseerd worden. Vanwege het verkennende karakter van dit onderzoek, werd volstaan met een beperkte statistische analyse: voor de subvariant met 10% vrachtverkeer bij een snelheidslimiet van 90 km/u werden voor elke variant van het dwarsprofiel 5 stochastisch onafhankelijke runs gedraaid en de resultaten uitgedrukt in betrouwbaarheidsintervallen. Verschillen tussen de varianten werden getest op hun statistische significantie. Deze resultaten zijn beschreven in bijlage 2. Echter, dit hoeft niet te betekenen dat alle andere verschillen die geconstateerd worden aan de hand van de niet statistisch verwerkte simulatieresultaten in bijlage 1, evengoed aan de verschillen tussen de varianten als aan toeval toegeschreven kunnen worden. Voor alle aspecten die onderzocht worden, zijn immers verschillende subvarianten voorhanden die alleen maar verschillen wat betreft het onderzochte aspect, terwijl de andere aspecten paarsgewijs gelijk blijven. Zo kunnen de 18 subvarianten bijvoorbeeld beschouwd worden als 9 paar subvarianten waarbij binnen elk paar slechts de snelheidslimiet verschilt. Statistisch gezien zijn dit 9 onafhankelijke vergelijkingen, waarmee de statistische significantie van eventueel waargenomen verschillen vanwege de snelheidslimiet zou kunnen berekend worden. Dit is niet gedaan, maar de conclusies zijn wel slechts dan geformuleerd indien redelijkerwijs kon worden aangenomen dat de onafhankelijke vergelijkingen inderdaad systematische verschillen aan het licht brachten. Conclusies die eventueel door de lezer in twijfel getrokken worden kunnen echter ten allen tijde op hun statistische significantie gecontroleerd worden, aangezien alle getalwaarden waarop ze gebaseerd zijn in bijlage 1 zijn bijgevoegd. 3.2 Simulatie resultaten
De resultaten van de simulaties werden volgens de in paragraaf 3.1 genoemde combinaties vergeleken met betrekking tot een aantal verschillende criteria. Deze criteria kunnen grofweg in twee groepen worden onderverdeeld: criteria die indicaties zijn voor de veiligheid van de verkeersafwikkeling (paragraaf 3.2.1) en criteria die kenmerkend zijn voor de verkeersprestatie (paragraaf 3.2.2).
3.2.1 Veiligheid In deze paragraaf worden eerst de criteria die betrekking hebben op veiligheid toegelicht. Daarna volgt een vergelijking van de varianten volgens deze veiligheidscriteria.
3.2.1.1 Veiligheidscriteria en hun betekenis
Schokgolven en conflicten Een schokgolf ontstaat wanneer een aantal elkaar kort volgende voertuigen binnen korte tijd sterk moet afremmen. Deze situatie is potentieel gevaarlijk vanwege de combinatie van korte volgtijden en sterke vertragingen, waardoor de ongevallenkans groot is. Een dergelijke verstoring plant zich met een bepaalde snelheid voort in de verkeersstroom, gewoonlijk in stroomopwaartse zin. De snelheid
99/NK/072 19
waarmee dit gebeurd is een maat voor de snelheid waarmee de verkeerssituatie plots verandert voor de betrokken bestuurders en daarom ook een maat voor de (on-)veiligheid. Samen met informatie over het aantal betrokken voertuigen en een maat voor de duur van de schokgolf geeft de schokgolfsnelheid een idee van het effect of de ‘zwaarte’ van de schokgolf. Sterke deceleraties, bijvoorbeeld in zware schokgolven, leiden soms tot ‘conflicten’: fysieke overlap van voertuigen. Het voertuig kan in dat geval volgens de modelregels een botsing met zijn voorganger niet meer vermijden en wordt uit de simulatie verwijderd. Het aantal om deze reden verwijderde voertuigen is dus ook een belangrijk veiligheidscriterium. Binnen MIXIC wordt een schokgolf gedefinieerd door een combinatie van minstens 3 voertuigen, die elkaar op minder dan 1 seconde volgen en die sterker vertragen dan –5 m/s2. Naast het totaal aantal van dergelijke volgsituaties en het totaal aantal conflicten gedurende de simulatieperiode bevat de MIXIC output ook informatie over de gemiddelde schokgolfsnelheid, het gemiddeld aantal voertuigen dat erbij betrokken was en hoe lang de schokgolf gemiddeld bleef bestaan. Dit wordt in bijlage 1 in een voetnoot kort toegelicht. Korte volgtijden en TTC Een andere maat voor de (on-)veiligheid van de verkeersafwikkeling is het aandeel korte volgtijden. Indien een voertuig een ander voertuig op erg korte afstand volgt is dat een potentieel onveilige situatie. Dit geldt zeker indien er tussen deze voertuigen nog een positief snelheidsverschil is, waardoor de volgtijd nog zal verkorten. Wellicht interessanter dan de volgtijd is daarom de Time To Collision of TTC. Dit is de tijd die twee elkaar volgende voertuigen nog zouden kunnen doorrijden indien ze hun huidige snelheid zouden aanhouden. De TTC kan dus ondanks een grote tussenafstand toch klein zijn indien de volger veel sneller rijdt dan zijn voorganger, of ondanks een klein snelheidsverschil bij een korte tussenafstand en zeker bij de combinatie van een korte tussenafstand met een groot snelheidsverschil. Binnen MIXIC wordt van zowel volgtijd als TTC de verdeling geregistreerd zoals die boven de meetpunten wordt waargenomen. Deze verdeling wordt per tijdsinterval van 5 minuten in een detail uitvoerbestand gelogd. In de samenvattende simulatie uitvoer wordt alleen het aandeel verkeer met volgtijd korter dan 0.75 seconden vermeld. Dit komt ongeveer overeen met een afstand van minder dan 20 meter bij 100 km/u. Ook voor de TTC wordt alleen de fractie kortste TTC vermeld, overeenkomend met een drempel van 4 seconden. Deze drempel wordt bijvoorbeeld bij een volgtijd van 0.75 seconden overschreden vanaf een snelheidsverschil van ongeveer 20 km/u. Snelheidsverschil tussen stroken Een homogene verdeling van de snelheid over de stroken leidt bij eventuele rijstrookwisselingen minder snel tot conflicten dan in het geval van grote snelheidsverschillen. In deze zin is het gemiddelde snelheidsverschil tussen de stroken een veiligheidscriterium.
99/NK/072 20
Voor de analyse hiervan beschikken we in de MIXIC uitvoer over de snelheden per strook, gemiddeld over de simulatieperiode.
3.2.1.2 Invloed van de snelheidslimiet
Voor deze analyse worden de 70 km/u en 90 km/u subvarianten van alle varianten paarsgewijs met elkaar vergeleken (zie tabellen B.1.1 en B.1.2 in bijlage 1). Schokgolven Op de versmalde stroken (wegvak 4) lijken meer schokgolven te ontstaan bij een limiet van 90 km/u in vergelijking met een limiet van 70 km/u, maar het aantal conflicten is niet wezenlijk hoger (over schokgolfsnelheid en aantal betrokken voertuigen is geen informatie beschikbaar op wegvak 4), wat erop kan wijzen dat de schokgolven bij een limiet van 90 km/u misschien wel talrijker maar niet zo sterk zijn dan bij 70 km/u. Ook in de aanloop naar de versmalling (wegvak 3) lijkt het aantal schokgolven eerder hoger bij een limiet van 90 km/u. Dit is zeker zo in het geval van een dwarsprofiel met smalle stroken. Er worden ook minder voertuigen uit de simulatie verwijderd bij een limiet van 70 km/u en over het algemeen zijn de schokgolfsnelheid, het aantal betrokken voertuigen en de duur van de schokgolf ook licht lager. De schokgolven lijken dus minder sterk te zijn bij deze lagere snelheidslimiet. Korte volgtijden en TTC De verschillen in de fractie korte volgtijden en TTC zijn weinig uitgesproken en wijzen bij de referentievariant en de minimumvariant niet in een specifieke richting, zodat er geen conclusies uit te trekken zijn. Bij de maximumvariant komen bij een limiet van 70 km/u over het algemeen meer korte volgtijden en TTC voor dan bij 90 km/u, hoewel de verschillen klein zijn. Dit geldt zowel voor de aanloop naar als in de versmalling zelf. Snelheidsverschil tussen stroken De verschillen in snelheid tussen de stroken zijn niet systematisch verschillend tussen de varianten. Conclusie Er blijken bij een hogere snelheidslimiet (90 km/u) meer schokgolven te ontstaan, zowel in de versmalling zelf als in de aanloop ernaar toe. In de aanloop naar de versmalling zijn de schokgolven lichter bij een limiet van 70 km/u.
3.2.1.3 Invloed van het aandeel vrachtverkeer
Voor het analyseren van deze invloed worden de 10% en de 20% varianten met elkaar vergeleken (zie tabellen B.1.3 en B.1.4 in bijlage 1).
99/NK/072 21
Schokgolven In de versmalling zelf (wegvak 4) worden minder schokgolven gegenereerd indien het aandeel vrachtverkeer lager is. Dit weerspiegelt zich niet merkbaar in een lager aantal verwijderde voertuigen. Vóór de versmalling (wegvak 3) is het beeld minder eenduidig: bij de minimumvariant komen er meer schokgolven voor bij 10% vrachtverkeer dan bij 20% maar ze lijken korter te duren en bij de maximumvariant suggereren de resultaten eerder de omgekeerde conclusie. In de aanloop naar de versmalling lijken de combinaties van weinig vrachtverkeer op smallere stroken of in mindere mate meer vrachtverkeer op bredere stroken dus het ontstaan van schokgolven te bevorderen. Korte volgtijden en TTC Duidelijke verschillen in volgtijden of TTC komen uit de simulaties niet naar voren. Snelheidsverschil tussen stroken Zowel vóór als in de versmalling zijn de snelheidsverschillen tussen de stroken bij de varianten met 20% vrachtverkeer groter dan bij 10%. Conclusie De invloed van het aandeel vrachtverkeer op de veiligheidscriteria is gering of niet eenduidig. Wel worden bij hogere percentages de snelheidsverschillen tussen de stroken groter en komen er in het smalle wegvak meer schokgolven voor.
3.2.1.4 Invloed van het dwarsprofiel
Bij deze vergelijking worden alleen de minimum- en maximumvarianten in detail met elkaar vergeleken (zie tabellen B.1.5 en B.1.6 in bijlage 1) omdat voor de referentievariant andere injectiefiles gebruikt moesten worden. Schokgolven In de aanloop naar de versmalling (wegvak 3) komen er duidelijk meer schokgolven voor bij de minimumvariant in vergelijking met de maximumvariant. De schokgolven zijn hier ook zwaarder, wat zich uit in een groter aantal uit de simulatie verwijderde voertuigen en een grotere snelheid van de schokgolven. In het versmalde wegvak zelf (wegvak 4) wordt dit verschil niet waargenomen, en is het aantal schokgolven zelfs kleiner bij de smalste variant indien er vrachtverkeer in de verkeersstroom aanwezig is. In alle varianten is het aantal uit de simulatie verwijderde voertuigen in het smalle wegvak niet afhankelijk van de mate van versmalling van de stroken. Korte volgtijden en TTC In de minimumvariant komen, zowel op wegvak 3 als wegvak 4, minder extreem korte volgtijden voor.
99/NK/072 22
Verschillen in TTC zijn nauwelijks merkbaar in het smalle wegvak zelf, terwijl in de aanloop er naartoe nadrukkelijk meer korte TTC voorkomen in de smalste variant. Dit hangt dan ook sterk samen met het veel vaker voorkomen van schokgolven in dit geval. Snelheidsverschil tussen stroken In de smalste variant zijn de snelheidsverschillen tussen de stroken systematisch kleiner dan in de maximumvariant. Dit verschil is wel meer uitgesproken in het smalle wegvak zelf (wegvak 4) dan stroomopwaarts ervan (wegvak 3). Conclusie Te oordelen aan het optreden van schokgolven wordt door het extreem versmallen van de stroken niet zozeer de verkeersafwikkeling in het versmalde wegvak zelf, als wel in de aanloop er naartoe, sneller onstabiel. De simulaties wijzen zelfs uit dat in het smalle wegvak zelf de verkeersafwikkeling minder verstoord wordt in de smalste variant: er zijn minder extreem korte volgtijden en de snelheids- verschillen tussen de stroken zijn er kleiner.
3.2.2 Verkeersprestatie In deze paragraaf worden eerst de criteria die betrekking hebben op de verkeersprestatie toegelicht. Daarna volgt een vergelijking van de varianten volgens deze criteria.
3.2.2.1 Criteria voor kwaliteit van de verkeersprestatie en hun betekenis
Capaciteit Een belangrijk gegeven met betrekking tot de verkeersprestatie is de capaciteit. Hiervan bestaan echter verschillende definities. In deze studie wordt verondersteld dat als maat voor de capaciteit kan beschouwd worden de hoogst waargenomen 5-minuten intensiteit in de versmalling (eerste meetpunt op wegvak 4; zie paragraaf 2.3.3). Het maakt daarbij niet uit of die intensiteit optreedt in vrijstromend regime, op de grens van congestie of als stroom uit het stroomafwaartse front van een file op wegvak 3 (‘flow out of the queue’). Om foute conclusies op basis van toevallige uitschieters te vermijden, worden de 3 hoogste 5-minuten intensiteiten vergeleken. Gemiddelde intensiteit Indien dezelfde verkeersvraag aan de basis van een simulatie ligt, kan de gemiddelde intensiteit over de gehele simulatieperiode in de versmalling gezien worden als een maat voor de doorstroming over een langere tijdsspanne. Reistijd en gemiddelde snelheid Naast intensiteit is ook de snelheid van de verkeersstroom belangrijk als kwaliteitsindicator. De gemiddelde snelheid boven de meetpunten is hiervoor een goede maat. Dit is dan een tijdsgemiddelde over de hele simulatieperiode. Om ook het ruimtelijk gemiddelde in te kunnen schatten wordt binnen
99/NK/072 23
MIXIC de reistijd van alle voertuigen per wegvak geregistreerd en het gemiddelde van deze reistijd wordt in de uitvoer opgenomen. Indien de snelheid bij het meetpunt representatief is voor de snelheid op het wegvak, is er een sterke (omgekeerde) correlatie tussen de gemiddelde snelheid en de gemiddelde reistijd: in het extreme geval dat de snelheid over het hele wegvak constant zou zijn, zijn ze omgekeerd evenredig met als evenredigheidsfactor de lengte van het wegvak.
3.2.2.2 Invloed van de snelheidslimiet
Voor deze analyse worden de 70 km/u en 90 km/u subvarianten van alle varianten paarsgewijs met elkaar vergeleken (zie tabellen B.1.1 en B.1.2 in bijlage 1). Capaciteit Vergelijking van de drie hoogst waargenomen intensiteiten leert in elk geval dat de simulaties geen grote capaciteitseffecten voorspellen als gevolg van een andere snelheidslimiet. In de referentievariant met normale strookbreedte is de maximale doorstroming hoger bij een limiet van 90 km/u. Bij de minst extreme variant met versmalde stroken (maximumvariant) geldt dit alleen nog indien er voldoende vrachtverkeer voorkomt (20%), terwijl bij afwezigheid van vrachtverkeer de conclusie omgekeerd is: daar levert een limiet van 70 km/u duidelijk hogere doorstroming op. Bij de smalste stroken in de minimumvariant tenslotte is de doorstroming bij een limiet van 70 km/u steeds hoger dan bij een limiet van 90 km/u. Hierbij is het verschil des te meer uitgesproken naarmate het aandeel vrachtverkeer lager is. Wat betreft de snelheden die in combinatie met de piekintensiteiten voorkomen is er geen systematisch verband merkbaar. Gemiddelde intensiteit De gemiddelde intensiteit over een langere tijdsperiode en met dezelfde intensiteiten in de injectiefiles blijkt, net zoals de piekintensiteiten, bij de referentievariant hoger te liggen bij een limiet van 90 km/u, bij de breedste rijbaanindeling echter lager en bij de minimumvariant is er nauwelijks van enig verschil in één van beide richtingen sprake. Daarbij is er geen onderscheid tussen de gemiddelde intensiteit vóór of in de versmalling. Dit laatste is ook begrijpelijk aangezien gemiddeld over een langere periode de hoeveelheid verkeer over wegvak 3 en 4 wel gelijk moeten zijn op de wegens conflicten verwijderde voertuigen na. Reistijd en gemiddelde snelheid Zoals te verwachten is uit de manier waarop de opvolging van een snelheidslimiet is gemodelleerd is de gemiddelde snelheid op de meetpunten op wegvak 3 en 4 systematisch lager in het geval van een strengere snelheidslimiet. Daaruit volgt ook een langere gemiddelde reistijd over de wegvakken vanwege de omgekeerde correlatie tussen de gemiddelde snelheid en de reistijd.
99/NK/072 24
Conclusies Het opleggen van een strengere snelheidslimiet heeft geen systematische invloed op de intensiteiten in die zin dat de ene limiet systematisch betere doorstroming oplevert dan de andere. Het blijkt afhankelijk te zijn van de combinatie van rijstrookbreedte en aandeel vrachtverkeer of een lagere snelheidslimiet een hogere of lagere piek- of gemiddelde intensiteit tot gevolg heeft. Voor de piekintensiteit is het gunstig indien smallere stroken vergezeld worden van een strengere snelheidslimiet. Vooral bij de afwezigheid van vrachtverkeer leidt het homogeniserende effect van deze strengere limiet tot hogere piekintensiteiten. Op de gemiddelde intensiteit heeft de snelheidslimiet geen duidelijk systematisch effect. Voor de individuele voertuigen valt vooral de lagere gemiddelde snelheid en dus de langere reistijd bij een limiet van 70 km/u op. Gezien vanuit dit standpunt vermindert dus de kwaliteit van de verkeersprestatie bij een strengere snelheidslimiet.
3.2.2.3 Invloed van het aandeel vrachtverkeer
Voor het analyseren van deze invloed worden de 10% en de 20% varianten met elkaar vergeleken (zie tabellen B.1.3 en B.1.4 in bijlage 1). Omdat de intensiteit in de injectiefile van de 0% variant afwijkt, wordt deze variant alleen in de vergelijking betrokken voor de criteria hoogst waargenomen intensiteiten en de daarbij horende snelheid. Capaciteit De piekintensiteiten zijn des te hoger naarmate er meer vrachtverkeer in de verkeersstroom voorkomt. Dit lijkt een vreemd resultaat, dat zich echter snel laat verklaren: de intensiteiten in de uitvoer van MIXIC zijn steeds uitgedrukt in personenauto equivalenten (pae/u in het Nederlands of pcu/h in het Engels). De zware vrachtauto’s krijgen bij de omrekening naar pae een gewicht van 2, alle andere types 1. Blijkbaar zijn de piekintensiteiten, uitgedrukt in voertuigen per uur, in de simulatie vrij ongevoelig voor de samenstelling van het verkeer en leveren ze vergelijkbare waarden op. Bij de omrekening naar pae voor de MIXIC uitvoer treden er dan lichte vertekeningen op, en des te meer naarmate er meer zware vrachtauto’s voorkomen. Geconcludeerd moet dus worden dat de piekintensiteit in de simulaties ongevoelig blijkt voor de verkeerssamenstelling. De snelheden die in combinatie met de piekintensiteiten voorkomen blijken lager naarmate er meer vrachtverkeer voorkomt. Gemiddelde intensiteit Wat betreft de gemiddelde intensiteit geldt dezelfde conclusie als voor de piekintensiteit: buiten de vertekening ten gevolge van de omrekening naar pae zijn er geen systematische verschillen merkbaar vanwege de verkeerssamenstelling.
99/NK/072 25
Reistijd en gemiddelde snelheid Een toenemend aandeel vrachtverkeer oefent geen duidelijke invloed in één richting uit op de gemiddelde snelheid en de gemiddelde reistijd in de simulatie, terwijl vrachtverkeer nochtans gemiddeld een lagere wenssnelheid heeft. Vermoedelijk wordt dit verschil echter uitgevlakt in het dichte verkeer, waarin de effectief gerealiseerde snelheid meer bepaald wordt door de heersende drukte dan door de wenssnelheid. Conclusies De samenstelling van het verkeer heeft geen aantoonbare systematische effecten op de intensiteiten in die zin dat een hoger percentage vrachtverkeer systematisch betere of slechtere verkeersprestaties veroorzaakt. Dit is een verrassend resultaat, te meer omdat bijvoorbeeld het ‘aarzelen’ van bestuurders bij het inhalen op smalle stroken afhangt van de eigen voertuigbreedte en die van het in te halen voertuig, die toch duidelijk afhankelijk is van de verkeerssamenstelling. Voor een verklaring van dit resultaat is aanvullend onderzoek naar het effect van de verkeerssamenstelling op de verkeersstroom in MIXIC noodzakelijk. Ook de reistijd van individuele voertuigen wordt door de aanwezigheid van meer of minder vrachtverkeer niet beïnvloed.
3.2.2.4 Invloed van het dwarsprofiel
Bij deze vergelijking worden alleen de minimum- en maximumvarianten in detail met elkaar vergeleken (zie tabellen B.1.5 en B.1.6 in bijlage 1) omdat voor de referentievariant andere injectiefiles gebruikt moesten worden. De referentievariant wordt echter wel gebruikt als referentie voor het vergelijken van grootteorden van verwerkbare intensiteiten (maximaal en gemiddeld). Om de invloed van het dwarsprofiel nader te onderbouwen wordt ook verwezen naar de statistische vergelijking van de varianten met 10% vrachtverkeer en een limiet van 90 km/u (zie bijlage 2). Capaciteit Ten opzichte van de referentievariant met 2 stroken van normale breedte laten de varianten met 3 weliswaar smallere stroken duidelijk hogere piekintensiteiten toe (toename tussen 35 en 50%). Dit wordt ook bevestigd bij de stochastische onderbouwing, waarbij het 90%-betrouwbaarheidsinterval van de referentievariant ver gescheiden is van dat van zowel de maximum- als de minimumvariant (toename van 30%). Tussen de minimum- en de maximumvariant onderling is er geen verschil in piekintensiteit. Dit wordt bevestigd bij de statistisch onderbouwde varianten met 10% vrachtverkeer bij een limiet van 90 km/u waar de 90%-betrouwbaarheidsintervallen elkaar ruim overlappen.
Wat betreft de snelheden die in combinatie met de piekintensiteiten voorkomen lijkt de maximumvariant hogere waarden toe te laten dan de referentie- en de minimumvariant (die onderling
99/NK/072 26
weinig verschillen) hoewel bij de statistische onderbouwing de betrouwbaarheidsintervallen niet gescheiden zijn, zodat deze resultaten eerder een aanwijzing dan een statistisch bewezen conclusie vormen. Gemiddelde intensiteit De gemiddelde intensiteit is bij de smalste uitvoering van de rijstroken systematisch lager dan bij de maximumvariant, zowel vóór als in de versmalling. Ook de statistische onderbouwing van de variant met 10% vrachtverkeer met een limiet van 90 km/u wijst uit dat de gemiddelde intensiteit van de maximumvariant hoger is. Reistijd en gemiddelde snelheid De gemiddelde snelheid ligt bij de maximumvariant uitgesproken hoger dan bij de minimumvariant. Wegens de inverse correlatie tussen gemiddelde snelheid en reistijd geldt dan ook dat de reistijd bij de maximumvariant gevoelig lager is. Ook deze conclusie wordt bevestigd bij de statistische onder- bouwing. Conclusie Hoewel de piekintensiteit bij de maximumvariant niet hoger is dan bij de minimumvariant, laten de resultaten met betrekking tot de gemiddelde verkeersprestatie (gemiddelde snelheid en intensiteit) toch toe te besluiten dat de doorstroming beter is bij de breedste uitvoering van het profiel. De belangrijkste conclusie is echter dat beide varianten duidelijk betere verkeersprestaties leveren (toename van zo’n 30% in piekintensiteit) dan de referentievariant met 2 normale stroken.
99/NK/072 27
4.1 Conclusies
Een eerste maar niet onbelangrijke vaststelling is dat de conclusies die getrokken kunnen worden uit deze simulaties slechts opgevat mogen worden als aanwijzingen, omdat de modeluitbreidingen aan MIXIC ten behoeve van het simuleren van verkeer op smalle stroken nog niet gevalideerd werden met bijvoorbeeld rijsimulator onderzoek of praktijkervaring. Daarnaast moet ook rekening gehouden worden met het stochastische karakter van het simulatiemodel, waardoor resultaten weliswaar bruikbaar zijn maar in strikte zin pas statistisch betrouwbaar na een statistische onderbouwing. Het blijkt dat het mogelijk is om met behulp van een microsimulatiemodel de effecten van het versmallen van rijstroken in te schatten. Het bestuurdersmodel is voldoende fijn en gevoelig om gedragswijzigingen ten gevolge van de rijstrookbreedte te simuleren. Het onderscheid tussen de verschillende varianten en subvarianten blijkt in deze studie echter nog weinig onderscheidend te zijn: verschillen zijn over het algemeen klein, al wijzen ze vaak wel in dezelfde richting. Vervolgonderzoek na een grondige validatie van het model zal moeten bevestigen of de verschillen tussen varianten inderdaad klein zijn of te wijten zijn aan de huidige kalibratie van het model, waardoor de bestuurdersreacties mogelijk nog te ‘ongevoelig’ zijn.
4.1.1 Snelheidslimiet Als invloed op de veiligheidscriteria blijkt vooral dat er bij een hogere snelheidslimiet (90 km/u) meer schokgolven ontstaan, zowel in de versmalling zelf als in de aanloop ernaar toe. Wat betreft de verkeersprestatie heeft het opleggen van een strengere snelheidslimiet geen systematische invloed op de intensiteiten in die zin dat de ene limiet systematisch betere doorstroming oplevert dan de andere. Het blijkt afhankelijk te zijn van de combinatie van rijstrookbreedte en aandeel vrachtverkeer of een lagere snelheidslimiet een hogere of lagere piek- of gemiddelde intensiteit tot gevolg heeft. Voor de piekintensiteit is het gunstig indien smallere stroken vergezeld worden van een strengere snelheidslimiet. Vooral bij de afwezigheid van vrachtverkeer leidt het homogeniserende effect van deze strengere limiet tot hogere piekintensiteiten. Op de gemiddelde intensiteit heeft de snelheidslimiet geen duidelijk systematisch effect. Voor de individuele voertuigen valt vooral de lagere gemiddelde snelheid en dus de langere reistijd bij een limiet van 70 km/u op. Gezien vanuit dit standpunt vermindert dus de kwaliteit van de verkeersprestatie bij een strengere snelheidslimiet.
99/NK/072 28
4.1.2 Aandeel vrachtverkeer De invloed van het aandeel vrachtverkeer op de veiligheidscriteria is gering of niet eenduidig. Wel worden bij hogere percentages de snelheidsverschillen tussen de stroken groter en komen er in het smalle wegvak meer schokgolven voor. Voor de verkeersprestatie is de conclusie dat de samenstelling van het verkeer geen aantoonbare systematische effecten heeft op de intensiteiten in die zin dat een hoger percentage vrachtverkeer systematisch betere of slechtere verkeersprestaties veroorzaakt. Het aandeel vrachtverkeer heeft wel effect in specifieke combinaties met snelheidslimiet of dwarsprofiel. De reistijd van individuele voertuigen wordt door de aanwezigheid van meer of minder vrachtverkeer niet beïnvloed. De geringe invloed van het aandeel vrachtverkeer is een eerder verrassende modeluitkomst. Mogelijk kunnen volgende modelaannamen hiervoor een verklaring bieden: - De verschillen in wenssnelheid van personenauto’s en vrachtverkeer worden gedeeltelijk
uitgevlakt door de achtereenvolgende aanpassingen van de wenssnelheid aan de rijstrookbreedte en aan de snelheidslimiet (zie paragraaf 2.2.3.1); de snelheidsverdeling – en daarmee de verkeersafwikkeling – wordt hierdoor homogener en dus minder afhankelijk van het voertuigtype.
- De standaard deviatie van de laterale beweging binnen de strook wordt kleiner naarmate een voertuig breder is ten opzichte van de rijstrookbreedte (dus bij vrachtverkeer, zie paragraaf 2.2.3.2); hierdoor wordt de verwachte grotere hinder van vrachtverkeer op smalle stroken mogelijk gedeeltelijk gecompenseerd en is de invloed minder groot dan verwacht.
- De snelheidskeuze tijdens passeren (zie paragraaf 2.2.3.3) is duidelijk afhankelijk van de keuze van parameters die het gemiddelde en de amplitude van de laterale positie en de gevoeligheid voor lateraal nabije voertuigen instellen. Mogelijk is de keuze van deze parameters – nu grotendeels een ‘best guess’ – niet goed, waardoor er te sterke of te zwakke interactie tussen de voertuigen is. Te sterke interactie zou leiden tot homogeniseren van de verkeersstroom, te zwakke interactie tot ongevoeligheid voor brede voertuigen in de verkeersstroom. In beide gevallen vervaagt dan de invloed van het vrachtverkeer.
4.1.3 Het dwarsprofiel Bij analyse van de veiligheidscriteria blijkt dat door het extreem versmallen van de stroken in de minimumvariant niet zozeer de verkeersafwikkeling in het versmalde wegvak zelf, dan wel in de aanloop er naartoe, sneller onstabiel wordt. De simulaties wijzen zelfs uit dat in het smalle wegvak zelf de verkeersafwikkeling minder verstoord wordt in de smalste variant: er zijn minder extreem korte volgtijden en de snelheidsverschillen tussen de stroken zijn er kleiner. Hoewel de piekintensiteit bij de maximumvariant niet hoger is dan bij de minimumvariant, laten de resultaten met betrekking tot de gemiddelde verkeersprestatie (gemiddelde snelheid en intensiteit) toch toe te besluiten dat de doorstroming beter is bij de breedste uitvoering van het profiel.
99/NK/072 29
Wellicht de belangrijkste conclusie is echter dat beide varianten met 3 smalle stroken gevoelig betere verkeersprestaties leveren (toename van zo’n 30% in piekintensiteit) dan de referentievariant met 2 normale stroken. Het geringe verschil van de varianten met smalle stroken onderling, en het grote verschil van deze varianten met de referentievariant, zijn mogelijk verklaarbaar vanuit de modelaannamen. Met name de aannamen over de interacties vanwege de geringere laterale afstand bij smalle stroken zijn hier bepalend, maar ook de verdeling over de stroken kan een invloed hebben: - De snelheidskeuze tijdens passeren (zie paragraaf 2.2.3.3) is duidelijk afhankelijk van de keuze
van parameters die het gemiddelde en de amplitude van de laterale positie en de gevoeligheid voor lateraal nabije voertuigen instellen. Mogelijk is de keuze van deze parameters – nu grotendeels een ‘best guess’ – niet goed, waardoor er een te sterke of een te zwakke interactie tussen de voertuigen is. In beide gevallen vervaagt het onderscheid tussen de varianten met smalle stroken omdat ofwel de verkeersstroom even homogeen wordt ofwel zich nauwelijks nog onderscheidt van de situatie met 3 brede stroken, wat het grote verschil tussen referentievariant en de varianten met smalle stroken kan verklaren.
- De verdeling over de stroken wordt niet in de samengevatte simulatieresultaten van tabellen B.1.1 tot en met B.1.6 en B.2.1 en B.2.2 gegeven, maar is wel beschikbaar in de ruwe modeloutput. Hieruit blijkt dat bij alle varianten met smalle stroken de verdeling bijna gelijkmatig is over de stroken. Dit is niet noodzakelijk realistisch en beïnvloedbaar via de parameters die de inhaalbeslissingen sturen (zie paragraaf 2.2.3.4). Het gevolg is wel dat de benutting van de drie smalle stroken bijna optimaal is, wat het grote verschil met de referentievariant helpt verklaren.
4.2 Open vragen: vervolgonderzoek
Na deze verkennende studie blijven er nog veel vragen voor vervolgonderzoek. Vooral moeten de resultaten uit dit onderzoek bevestigd te worden met behulp van een goed gevalideerd model. Hiervoor zijn drie stappen noodzakelijk: een gevoeligheidsanalyse naar de belangrijkste (nieuwe) parameters en nieuwe deelmodellen, een validatie en een statistisch onderbouwde studie. In deze studie moeten dan ook de niet verklaarde conclusies uit dit verkennend onderzoek bevestigd en onderbouwd worden.
4.2.1 Gevoeligheidsanalyse en validatie van het model Naar aanleiding van deze verkennende studie werd het model MIXIC uitgebreid met een aantal modules die betrekking hebben op: de laterale positie, opvolgen van een snelheidslimiet, snelheidskeuze op smalle stroken, snelheidskeuze tijdens inhalen, inhaalbeslissingen. In deze nieuwe modules komen nieuwe parameters voor en nieuwe deelmodellen.
99/NK/072 30
Het is interessant om na te gaan welke de invloed is van de waarde van de verschillende parameters en van de vorm van de verschillende deelmodellen. In een gevoeligheidsanalyse kunnen die parameters en deelmodellen geïdentificeerd worden die een significante invloed hebben op de uiteindelijke simulatieresultaten. In de huidige studie zijn een aantal deelmodellen, parameters of groepen van parameters naar voren gekomen die zeker reeds nadere aandacht verdienen: - De keuze van de wenssnelheid bij smalle stroken en/of snelheidslimiet. Met de huidige modellen
en parameters hebben beide het effect dat de verschillen in wenssnelheid uitgevlakt worden. Hierbij zijn bij gebrek aan gedegen onderzoek over de invloed van smalle stroken op zich en in combinatie met een snelheidslimiet aannamen gedaan over de manier waarop, de mate waarin en de volgorde waarin de wenssnelheid wordt aangepast (zie paragraaf 2.2.3.1 en Hogema & Brouwer, 1999). Deze aannamen hebben een belangrijke invloed op de simulatieresultaten. Vooral de grootte van de aanpassingen en de verschillen tussen bestuurders (zowel naargelang voertuigtypes als binnen een zelfde voertuigtype) moeten gekwantificeerd worden.
- De invloed van de rijstrookbreedte op de vetergang (gemiddelde en amplitude van de laterale positie) is bij gebrek aan voldoende relevant studiemateriaal slechts matig onderbouwd (zie paragraaf 2.2.3.2 en Hogema & Brouwer, 1999). Zowel de gemiddelde laterale positie als de amplitude van de laterale beweging hebben een grote invloed op de interacties tussen voertuigen tijdens het inhalen en daardoor op de simulatieresultaten. Dit aspect dient nader te worden onderzocht in samenhang met het volgende punt.
- De snelheidskeuze tijdens passeren (zie paragraaf 2.2.3.3 en Hogema & Brouwer, 1999) is niet alleen afhankelijk van het gemiddelde en de amplitude van de laterale positie van de betrokken voertuigen (zie vorige punt), maar in vergelijkbare mate van de gevoeligheid voor lateraal nabije voertuigen. Kennis over de individuele gedragsaanpassingen ten gevolge van kleine laterale afstanden tot andere voertuigen ontbreekt, zowel wat betreft de manier waarop (kwalitatief) als wat betreft de mate waarin het gedrag wordt aangepast (kwantitatief). Meer kennis omtrent kwalitatieve aspect is onontbeerlijk om meer realistische en betrouwbare simulaties te kunnen doen. Het kwantitatieve aspect is even cruciaal, maar dient nader te worden onderzocht in samenhang met het vorige punt.
Wat betreft de laatste twee aspecten, namelijk het kwantificeren van de laterale beweging en van de interactie tijdens passeren, is het voor betrouwbare simulatieresultaten vooral belangrijk om het gecombineerde effect kwantitatief juist te beschrijven. Het is immers vanuit het model gezien minder relevant of een bepaalde snelheidsaanpassing geïnitieerd is door een kleine wijziging in laterale afstand met een sterke reactie op die wijziging, dan wel door een grote wijziging in laterale afstand met een relatief zwakke reactie op die wijziging. Het is de mate waarin de snelheid verandert die voor de doorstroming belangrijk is. Uiteraard kan voor bepaalde veiligheidsaspecten (zoals risico op aanrijdingen in laterale zin) de laterale afstand op zich ook van belang zijn. Nadat in de gevoeligheidsanalyse de relevante parameters en deelmodellen geïdentificeerd zijn, kan validatie plaatsvinden van die parameters of deelmodellen. Dit kan bijvoorbeeld gebeuren door een
99/NK/072 31
gericht literatuuronderzoek, door observatie van proefpersonen in een rijsimulator of in een g