Giáo án Tổ chức giao thông tại nút

hông bố trí đèn tín hiệu và khả năng thông qua. IV. Nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu. 1. Mục đích điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu. 2. Các loại đèn tín hiệu và phương thức hoạt động. 3. Các tham số điều khiển. 4. Xác định khả năng thông qua. V. Tính toán điều khiển nút đơn với chu kỳ cố định. 1. Thu thập số liệu đầu vào. 2. Tính thời gian chu kỳ đèn. 3. Thời gian chờ trung bình của xe tại nút. 4. Tính khả năng thông qua của xe rẽ trái. 5. Tính khả năng thông xe cả nút điều khiển bằng đèn tín hiệu. ************************ Chương 6: TỔ CHỨC GIAO THÔNG TẠI NÚT. §1. Tổ chức xe chạy tại nút Khái niệm chung. Nhiệm vụ cơ bản của tổ chức giao thông tại nút là đảm bảo an toàn cho xe và người đi bộ, nâng cao năng lực thông xe của nút bằng cách tổ chức tốt xe chạy theo các hướng (đi thẳng, rẽ trái, rẽ phải), bố trí hợp lý các đảo giao thông, các đèn tín hiệu và dấu hiệu, biển báo giao thông. Bố trí làn xe chuyên dùng. Khi số lượng xe chạy thẳng, rẽ trái, rẽ phải tương đối đều nhau và có số lượng nhất định, có thể bố trí các làn xe riêng cho xe chạy thẳng, rẽ trái, rẽ phải. Để tiết kiệm sử dụng đất, đặc biệt là khi chiều rộng đường không đủ, làn xe rẽ trái có thể bố trí lệch về phía trái (hình 8-18 trang 186). Đối với xe thô sơ có thể bố trí riêng và cách ly với phần xe cơ giới bằng dải phân cách. Nếu số lượng xe chạy thẳng tương đối lớn, có thể bố trí hai làn xe chạy thẳng. Nếu số xe rẽ trái nhiều, xe rẽ phải ít, có thể bố trí làn xe rẽ trái riêng, còn xe rẽ phải và xe chạy thẳng dùng chung một làn xe. Nếu xe rẽ trái và xe chạy thẳng ít, xe rẽ phải nhiều, có thể bố trí 1 làn xe rẽ phải riêng, và 1 làn xe dùng chung cho xe rẽ trái và xe đi thẳng. Nếu xe rẽ trái và rẽ phải đều ít có thể chạy chung với xe đi thẳng. Nếu chiều rộng mặt đường tương đối hẹp, khó có thể bố trí làn xe riêng cho từng loại, thì chỉ có thể phân chia phần đường cho xe cơ giới và phần đường cho xe thô sơ. Nếu bề rộng mặt đường quá hẹp, không thể phân chia các làn xe riêng kể cả cho xe cơ giới và xe thô sơ thì có thể cho chúng chạy chung, tuy nhiên rất kém an toàn. Mở rộng phần xe chạy, tăng số làn xe: khi mở rộng có thể mở rộng về hai phía hoặc một phía (trái hoặc phải). Tổ chức xe rẽ trái. Xe rẽ trái là nhân tố chủ yếu gây nên các điểm giao cắt, gây trở ngại và hạn chế khả năng thông xe. Vì thế tổ chức tốt cho xe rẽ trái là vấn đề mấu chốt để tăng khả năng thông xe tại nút. Một số biện pháp tổ chức xe rẽ trái như: Bố trí một đảo giao thông tròn nhỏ giữa nút (bán kính không nhỏ hơn 6m), xe rẽ trái chạy tới đảo, đỗ quanh đảo, chờ đèn xanh vượt qua. Xe rẽ trái có thể gây trở ngại cho xe chạy thẳng, trong trường hợp cần thiết phải mở rộng đường để giải quyết hạn chế này (hình trang 188). Bán kính của đảo được xác định trên cơ sở số xe được đỗ ở đảo để rẽ trái trong một chu kỳ đèn. Mỗi lần thường cho phép xe đỗ ở 1/3 chu vi đảo, do đó: (1/3)*(2 πR) = l*n è R = (3*l*n)/(2π) n – số xe rẽ trái cho phép đỗ ở đảo; l – chiều dài xe; R – bán kính đảo; Dùng đảo giao thông hẹp dài bố trí ở giữa nút cho xe rẽ trái. Đây là biện pháp được áp dụng khi xe rẽ trái nhiều. Khi đảo giao thông hẹp dài liên tục xe rẽ trái có thể chạy liên tục nhưng xe phải vòng xa. Xe chạy thẳng trong trường hợp này cũng phải vòng xa. Đảo giao thông có thể tách đôi để tạo điều kiện cho xe chạy thẳng khi lưu lượng xe chạy thẳng nhiều. Trong trường hợp này phải dùng đèn tín hiệu để điều khiển. Tuy nhiên để dùng phương pháp này đường phải có bề mặt tương đối rộng. Dùng nút giao thông hình xuyến: bố trí một đảo tròn hoặc bầu dục to ở giữa nút. Xe có thể chạy liên tục, không cần đèn tín hiệu, không có điểm giao cắt, chỉ có các điểm tách, nhập. Tuy nhiên nút chiếm nhiều diện tích, xe chạy thẳng và rẽ trái đều phải vòng xa. Tận dụng tiểu khu sẵn có cho xe rẽ trái bằng cách rẽ phải quanh tiểu khu. Sử dụng phương án này không tốn kém, nhưng xe phải vòng xa, thường được áp dụng ở đường phố cũ khó cải tạo. Bố trí đảo tròn được cắt làm đôi hay làm bốn có kết hợp với đèn tín hiệu. Phương án này thích hợp với trường hợp có đường tàu điện hoặc số xe chạy thẳng nhiều. Xe rẽ trái chạy vòng quanh đảo và chờ đèn xanh để vượt qua đường. Bán kính đảo được xác định như sau: (1/4)*(2 πR) = l*n è R = (2*l*n)/π Bố trí làn xe rẽ trái riêng ở tim đường. Trường hợp có dải phân cách ở giữa rộng tối thiểu 3,5m, có thể bố trí một làn xe rẽ trái vào dải phân cách. Chiều rộng làn xe rẽ trái tối thiểu là 3,0m, chiều dài phụ thuộc vào số xe rẽ trái. Dùng dèn tín hiệu riêng cho xe rẽ trái. Phương án này có nhược điểm là xe rẽ trái xếp hàng chờ đèn xanh thường ảnh hưởng bất lợi đối với xe chạy thẳng và kéo dài chu kỳ đèn. Việc chọn giải pháp nào đối với xe rẽ trái phải căn cứ vào những điều kiện cụ thể mà quyết định. Để xác định kích thước đoạn chờ cho xe rẽ trái, cần phải biết số xe rẽ trái thiết kế. Tổ chức giao thông xe đạp tại nút. Để giải quyết xe đạp qua nút có thể có một số phương án sau: Phương án 1: tất cả các phương tiện giao thông đều bình đẳng khi đi qua nút. Các phương tiện cùng một lúc vào và ra khỏi nút. Đây là cách tổ chức lâu nay vẫn được áp dụng ở đô thị nước ta. Cách tổ chức này đơn giản, không cần có biện pháp gì đặc biệt, nên không tốn kém, nhưng kém an toàn, giảm tốc độ xe chạy, dễ ùn tắc, nhất là khi lưu lượng xe cao, đặc biệt là vào giờ cao điểm. Phương án 2: tổ chức cho xe đạp qua nút trước xe cơ giới bằng cách dùng đèn tín hiệu điều khiển. Cách tổ chức cụ thể như sau: - tại nút, đèn tín hiệu 2 và 3 đặt cách mép nút chừng 10m, đèn 1 đặt trước dải đi bộ qua đường. - đèn 1 dành cho xe đạp, đèn 3 dành cho xe cơ giới, khi đèn 1 và đèn 3 cùng đỏ, xe cơ giới phải dừng trước vạch dừng ở đèn đỏ 3; - trong khi đèn 1 và đèn 3 đỏ, thì đèn 2 xanh báo hiệu xe đạp có thể đi tiếp và phải dừng trước đèn đỏ 1. Như vậy khu vực giữa đèn 1 và 3 dành riêng cho xe đạp đỗ chờ qua đường. - đèn 1 sẽ bật xanh trước đèn 3 để cho xe đạp qua nút trước. Cách tổ chức như vậy xe đạp và xe cơ giới không chạy chung, độ an toàn cao hơn, tốc độ xe chạy qua nút cũng cao hơn, cũng không cần mở rộng thêm đường. Tuy nhiên yêu cầu phải có hệ thống đèn tín hiệu và kéo dài chu kỳ đèn. Phương án 3: tổ chức cho xe đạp chạy theo hệ thống đường riêng. Khi bố trí cần đảm bảo cho đường xe đạp chạy thẳng góc với đường xe cơ giới để người đi xe đạp định lượng dễ dàng tốc độ xe cơ giới và có thể quyết định dừng lại hay vượt qua, đồng thời chiều dài qua đường là ngắn nhất. Trước khi qua đường có một đoạn đường vòng ngắn rộng tối thiểu 3m, bán kính R = 3-5m để xe đạp có thể chờ qua nút. Tại nút có thể bố trí đèn tín hiệu hoặc không tùy thuộc vào lưu lượng xe chạy. Theo kinh nghiệm của Pháp, cách tổ chức giao thông như vậy tương đối an toàn, đảm bảo tốc độ xe cơ giới, tuy nhiên cần diện tích lớn hơn, xe đạp rẽ trái phải vòng xa hơn. Chọn phương án nào tùy thuộc vào lưu lượng xe cơ giới và xe đạp, điều kiện đất đai. Khi lưu lượng xe không lớn, có thể dùng phương án 1. Phương án 2 áp dụng khi lưu lượng xe đạp lớn, cần được ưu tiên. Phương án 3 áp dụng khi lưu lượng xe cơ giới lớn, cần được ưu tiên. Tổ chức giao thông đi bộ tại nút. Nút giao thông là nơi tập trung xe và người đi bộ, càng vào trung tâm đô thị, số lượng xe và người càng nhiều. Người đi qua đường gây cản trở cho xe, làm giảm vận tốc và dễ phát sinh tai nạn. Và ngược lại, các phương tiện giao thông khi vào và ra khỏi nút nếu không quan sát kỹ sẽ là mối nguy hiểm cho khách bộ hành. Để nâng cao khả năng thông xe và phòng ngừa tai nạn, ngoài các biện pháp tổ chức giao thông cho các phương tiện, còn cần phải bố trí chỗ qua đường và tổ chức phương thức qua đường hợp lý cho khách bộ hành. Chỗ qua đường phải có vạch sơn rõ ràng, có thể phát hiện từ xa, chiếu sáng tốt vào ban đêm. Chỗ qua đường cần thẳng góc với đường xe chạy để khoảng cách là ngắn nhất, đồng thời người đi đường dẽ định lượng được tốc độ xe chạy cũng như đảm bảo tầm nhìn tốt hơn. Khi lưu lượng xe rất ít, lối qua đường có thể thẳng hàng với đường bộ hành trên hè phố. Khi lưu lượng xe vừa phải, lối qua đường nên lùi xa mép đường khoảng 3 – 5m. Nếu lưu lượng xe và khách bộ hành đều lớn, nên bố trí lối qua đường xa nút hoặc tính đến phương án lối qua đường khác mức. Khi lòng đường rộng (trên 12m), phải bố trí đảo an toàn để cho khách bộ hành tạm trú chân. Khi cần có thể bố trí lan can, cột có dây xích trên hè phố để hướng dẫn người đi và bố trí đèn tín hiệu riêng cho khách bộ hành. Chiều rộng lối qua đường tùy thuộc vào số lượng khách bộ hành, thường từ 4 – 10m. Tại nút, để thuận tiện cho khách bộ hành, lối qua đường nên bố trí ở tất cả các nhánh. Trường hợp cần ưu tiên cho xe chạy thì có thể bố trí theo hình chữ T hoặc H. Lối qua đường dạng này có nhược điểm là hành trình dài, chia thành nhiều chặng. Khi nút giao thông quá rộng, xe cộ và người đi lại nhiều, tốc độ xe lớn cần xét đến phương án dùng cầu vượt hoặc đường hầm. Cầu vượt bất tiện cho khách bộ hành vì phải lên xuống tương đối cao, ảnh hưởng đến mỹ quan đường phố, nhưng thi công đơn giản. Hầm thuận tiện cho khách bộ hành hơn, nhưng thi công phức tạp, phụ thuộc vào địa chất. Thông thường ở các nước có xu thế làm đường hầm nhiều hơn. Tuy nhiên theo phân tích từ số liệu thống kê của nhiều nước trên thế giới thì phương pháp này không thực sự hiệu quả đối với các tuyến phố có bề rộng nhỏ hơn 18m. Tại những nơi này vẫn xảy ra tai nạn do khách bộ hành không sang đường đúng nơi quy định (không theo hầm hay cầu vượt do tâm lý ngại hao tốn sức lực). Thậm chí tai nạn xảy ra có mức độ nặng hơn tại những lối sang đường thông thường. Điều này được giải thích do tâm lý của người điều khiển phương tiện cảm thấy an toàn hơn (vì cho rằng khách bộ hành đã có lối đi riêng) nên thường đi với tốc độ cao. Trong việc lựa chọn lộ trình của khách bộ hành, nhân tố quyết định chính là sự hao tổn về sức lực và thời gian. Điều này cần được tính toán trong quá trình thiết kế. Theo số liệu điều tra của các nhà khoa học Finland nếu tỷ lệ thời gian của hai lộ trình vượt quá 1,2 thì sự lựa chọn chệnh lệch rõ rệt. Tương tự độ cao cũng có một ý nghĩa quan trọng. Tuyến đường tăng độ cao 0,5m tương đương với việc kéo dài lộ trình thêm 5 – 10m. §2. Các đại lượng cơ bản của dòng xe. I. Các khái niệm cơ bản. 1. Lưu lượng xe: Lưu lượng xe là số lượng xe thông qua mặt cắt ngang của đường (hoặc của làn xe) trong một đơn vị thời gian: N = M/T (xe/h) Trong đó: N – lưu lượng xe, (xe/h) T – thời gian thông qua mặt cắt ngang, (h) M – số lượng xe thông qua mặt cắt ngang, (xe) 2. Mật độ dòng xe: Mật độ dòng xe là số lượng xe trên một đơn vị chiều dài, thường lấy 1km: (xe/km) Trong đó: D – mật độ dòng xe (xe/km) N – số lượng xe, (xe) L – chiều dài dòng xe, (km) 3. Vận tốc dòng xe: Vận tốc dòng xe là quãng đường xe đi được trong một đơn vị thời gian (thường là 1 giờ, 1 giây). Người ta phân ra thành vận tốc theo vị trí và vận tốc theo thời điểm. Vân tốc theo vị trí: là vận tốc các xe đo được tại một mặt cắt xác định trong một khoảng thời gian nào đó. Vận tốc vị trí trung bình được xác định theo công thức: (m/s hoặc km/h) Trong đó: N : là số giá trị đo được Vli : là vận tốc vị trí của xe thứ i Vận tốc theo thời điểm: là vận tốc của các xe trong cùng một thời điểm trên một quãng đường xác định. Vận tốc thời điểm trung bình được tính theo công thức: (m/s hoặc km/h) Trong đó: N : là số giá trị đo được Vmi : là vận tốc vị trí của xe thứ i II. Quan hệ giữa các đại lượng cơ bản của dòng xe. 1. Phương trình liên tục Dòng xe chuyển động trên đường, một cách gần đúng, được mô phỏng như dòng chuyển động của chất lỏng, hay chất khí. Do đó, các đại lượng cơ bản của dòng giao thông có quan hệ với nhau tương tự như các đại lượng của các dòng chất lưu. Vận tốc xe chạy trên đường thay đổi theo thời gian, vì vậy để miêu tả cần có các điều kiện sau: Phải có đủ các số liệu thống kê. Dòng giao thông phải ổn định, các tham số về mật độ giao thông, lưu lượng và vận tốc phải được thống kê độc lập. Nếu số lượng xe là M (xe), thời gian là T (h), chiều dài của đường là L (km), và vận tốc trung bình của các xe là (km/h), thì tại mỗi thời điểm bất kỳ ta luôn có quan hệ sau: M*(L/T) = M* hay M/T = (M/L)* Người ta định nghĩa: N = M/T – (xe/h) là lưu lượng (cường độ) xe chạy trên đường. D = M/L – (xe/km) là mật độ dòng giao thông trên đường. Ta có quan hệ sau: N = D * gọi là phương trình chuyển động liên tục của dòng xe. Ví dụ: trên đường có mật độ xe là 4 xe/km, các xe chạy với vận tốc trung bình là V=50 km/h, ta sẽ có cường độ (lưu lượng) xe chạy trên đường N = 4x50=200 xe/h. 2. Quan hệ giữa mật độ và vận tốc xe chạy trên đường: Khi nghiên cứu phương trình toán học giữa mật độ xe và vận tốc xe, ta phải quan tâm tới các điều kiện thực tế sau: Khi D ® 0 thì , tức khi đó xe có thể chạy với vận tốc tối đa theo đặc tính động lực (không bị ảnh hưởng bởi các xe khác), với là vận tốc xe chạy, được tính theo đặc tính động lực và điều kiện trên đường. Khi mật độ D tăng lên thì vận tốc giảm. Mật độ đạt được giá trị tối đa nếu các xe đứng yên, tức , thì D ® Dmax Từ quan hệ trên ta có mối quan hệ tuyến tính giữa vận tốc và mật độ dòng xe hay Trong thực tế quan sát trên các tuyến đường, người ta thấy rằng dòng giao thông không đạt được quan hệ tuyến tính mà tuân theo hàm mũ. Bằng thực nghiệm, Kladek tìm được quan hệ giữa và D như sau: Trong đó: g là hệ số thực nghiệm. Dmax = 80 xe/km, khi xe tải chiếm 0-10% Dmax = 150 xe/km, khi xe tải chiếm 10-20% Dmax = 200 xe/km, khi xe tải chiếm 20-30% Quan hệ giữa « D là cơ sở để tính khả năng thông qua của đường phố. Quan hệ tuyến tính giữa vận tốc và mật độ dòng xe còn được đưa ra công thức sau: Mối quan hệ giữa điều kiện xe chạy, mật độ và vận tốc xe được đánh giá theo bảng dưới đây. Phạm vi Điều kiện Mật độ, xe/km Vận tốc, km/h I Xe chạy tự do 0-15 >60 II Các xe có ảnh hưởng lẫn nhau 15-35 40-60 III Dòng xe liên tục 35-50 25-45 IV Dòng xe đầy >50 0-30 III. Khả năng thông qua của mặt cắt ngang đường. 1. Khái niệm chung Việc nghiên cứu khả năng thông qua của làn xe và mặt cắt ngang đường với mục đích đánh giá tuyến đường hiện có hoặc thiết kế đường mới. Khả năng thông qua của đường phụ thuộc vào: Điều kiện của đường như là chiều rộng làn xe, độ dốc dọc, bán kính đường cong nằm, bán kính đường cong đứng, trạng thái mặt đường, dải phân cách, lề đường, số làn xe, nút giao thông... Điều kiện giao thông như: tính chất xe, thành phần xe, mức độ thỏa mãn (mức độ căng thẳng thần kinh của người lái). Các điều kiện khác như: luật giao thông, thời tiết, thời gian trong ngày, trong tuần. Mỗi yếu tố trên có mức ảnh hưởng khác nhau tới khả năng thông xe của làn và của mặt cắt ngang đường. 2. Các phương pháp tính khả năng thông xe a. Phương pháp HCM-1950 (Highway Capacity Manual-1950) Ở Mỹ, từ lâu người ta đã có nghiên cứu về khả năng thông qua của làn xe và của mặt cắt ngang đường và đã đưa ra khả năng thông xe lý thuyết cũng như thực tế của làn xe và của mặt cắt ngang như ở bảng dưới đây Khả năng thông qua theo HCM 1950 Khả năng thông qua Khả năng thông qua của đường 2 làn xe, xe/h Khả năng thông qua của 1 làn xe ở đường nhiều làn, xe/h Khả năng thông qua lý thuyết 2 000 2 000 Khả năng thông qua thực tế của đường ngoài đô thị 900 1 000 Khả năng thông qua thực tế của đường thành phố 1 500 1 500 Trong bảng trên, khả năng thông qua được tính ở vận tốc 60 km/h đối với đường ngoài đô thị 50 km/h đối với đường thành phố. b. Phương pháp HCM-1965 Trong phương pháp HCM-1965 người ta đưa ra khả năng thông xe và các chất lượng phục vụ khác nhau, trên cơ sở của biểu đồ quan hệ giữa vận tốc - cường độ (lưu lượng). Đồng thời, người ta cũng đưa ra khái niệm độ đầy Xg tương ứng với mức độ phục vụ: , 0 < Xg < 1 Trong đó M : là cường độ xe chạy thực tế trên đường, xe/h Cm : là khả năng thông qua lý thuyết, xe/h Các mức độ phục vụ như sau: Mức độ phục vụ Điều kiện xe chạy Độ đầy A xe chạy tự do, lưu lượng nhỏ, tốc độ lớn, chỉ phụ thuộc vào đường, hiệu quả khai thác không kinh tế. 0<Xg< 0,3 B dòng xe ổn định, người lái chỉ hạn chế tốc độ trong một số trường hợp, đối với đường cấp cao sử dụng mức độ này là hợp lý. 0,3<Xg<0,5 C dòng xe vẫn còn ổn định, tốc độ và khả năng thao tác đã bị hạn chế, mức độ này nên chọn ở đường phố. 0,5<Xg<0,75 D tốc độ bị hạn chế nhiều, xe tắc nghẽn tạm thời, thao tác bị hạn chế. 0,75<Xg<0,9 E dòng xe không ổn định, luôn tắc xe, có khi kéo dài, lưu lượng tới mức tối đa. Xg > 0,9 F tắc xe, các xe nối đuôi nhau trên đường, lưu lượng vượt khả năng thông xe của đường. - c. Công thức chung tính khả năng thông qua: Để tính khả năng thông qua của mặt cắt ngang đường, người ta dùng công thức tổng quát sau: Ctt = Clt.r1.r2...rn Trong đó: Clt : khả năng thông qua lý thuyết của làn xe hay mặt cắt ngang đường (tra sổ tay) Ctt : khả năng thông qua thực tế r1, r2, ..., rn :các hệ số phụ thuộc vào điều kiện đường và giao thông trên đường. Chú ý: - Khả năng thông qua ở trên tính cho xe con, các loại xe khác phải tính đổi ra xe con. - Hệ số quy đổi các nước là khác nhau, đặc biệt là với xe đạp và xe máy công suất nhỏ như trên các đường phố ở nước ta. Ví dụ: Theo báo cáo khoa học của trường Đại học Đà Nẵng, nếu dùng hệ số tính đổi xe máy k=0,5, xe đạp k = 0,3 thì nhiều đường phố ở Đà Nẵng bị tắc nghẽn, nhưng thực tế không phải vây, các xe có bị giảm tốc độ nhưng vẫn thông hành bình thường. Vấn đề giao thông hỗn hợp ở nước ta các nước cũng ít gặp, vì vậy đây là vấn đề cần nghiên cứu. §3. Nút giao thông không bố trí đèn tín hiệu và khả năng thông qua. Tại các nút giao thông không bố trí đèn tín hiệu, phương tiện thông qua nút phải chạy theo luật và các biển báo tương ứng. 1. Nút giao thông chạy theo quy luật phải trước trái sau: Khi giao nhau giữa hai đường cùng cấp thấp mà không có biển báo thì người lái xe phải chạy theo luật phải trước trái sau. Theo luật này, khi gần vào nút, lái xe nhìn về phía bên phải, nếu có xe thì phải ưu tiên cho xe đó đi trước. Nhìn chung, các nút loại này lưu lượng giao thông nhỏ, vì vậy không tính toán khả năng thông xe. 2. Nút giao thông giữa đường chính và đường phụ: Loại nút giao thông này thường áp dụng cho những nút có sự chênh lệch lớn về lưu lượng giữa các dòng xe vào và ra nút. Tại phạm vi nút phải cắm biển báo đường chính, đường phụ. a. Thứ tự ưu tiên các dòng xe tại nút có đường chính, đường phụ. Nguyên tắc chạy xe tại các nút giao thông loại này là xe chạy hết trên đường chính thì xe trên đường phụ mới được chạy. Trên mỗi hướng, xe đi thẳng và rẽ phải đi trước, xe rẽ trái đi sau. Tại ngã 4 thứ tự ưu tiên như sau: Ưu tiên 1: đường chính đi thẳng, rẽ phải. Ưu tiên 2: đường chính rẽ trái, đường phụ rẽ phải. Ưu tiên 3: đường phụ đi thẳng. Ưu tiên 4: đường phụ rẽ trái. Tại ngã 3, thứ tự ưu tiên như sau: Ưu tiên 1: đường chính đi thẳng, rẽ phải. Ưu tiên 2: đường chính rẽ trái, đường phụ rẽ phải. Ưu tiên 4: đường phụ rẽ trái. b. Cơ sở tính toán - Khả năng thông xe của nút giao thông không có đèn tín hiệu được nhiều tác giả quan tâm giải quyết như Gabe (1954), Harders (1968), Sieloch (1972). - Cơ sở tính toán dựa trên lý thuyết quãng thời gian trống, có thể được tóm tắt như sau: giữa các xe chạy trên đường của dòng xe có thứ tự ưu tiên cao hơn có khoảng thời gian trống, khoảng thời gian trống này phụ thuộc vào lưu lượng dòng xe và được phân bố theo quy luật xác suất nhất định. Các xe của dòng xe có thứ tự ưu tiên thấp hơn thông qua quãng thời gian trống này để vượt nút nếu người lái xe thấy khoảng thời gian này là đủ lớn và không gây nguy hiểm. - Số lượng xe có thể thông qua trong khoảng thời gian trống phụ thuộc vào chiều dài quãng thời gian trống của dòng xe được ưu tiên cao hơn và thời gian cần thiết để một xe có thể đi qua. Quy luật này được mô tả ở hình sau: - Từ biểu đồ, ta có công thức chung để tính số lượng xe thông qua là: n=0 khi t tg n = khi t > tg Trong đó: + tg là khoảng thời gian trống (trên dòng chính) tối thiểu để một xe ở dòng thứ tự ưu tiên thấp hơn có thể vượt qua, xác định bằng thực nghiệm. + tf là khoảng thời gian cần thiết để một xe (trên dòng phụ) đi qua khi nối đuôi nhau ở dòng ưu tiên thấp hơn, xác định bằng thực nghiệm. Các giá trị tg và tf phụ thuộc vào thứ tự các dòng xe, có thể tham khảo ở bảng dưới đây: Thứ tự dòng ưu tiên tg (s) tf (s) Dòng ưu tiên thứ 2 Dòng ưu tiên thứ 3 Dòng ưu tiên thứ 4 5,2 6,0 7,0 2,7 3,2 4,0 Quy luật phân bố quãng thời gian trống của dòng xe được xác định tuân theo quy luật phân bố xác suất hàm số mũ Poisson như sau: Trong đó: P(Zt) : xác suất xuất hiện quãng thời gian trống t : quãng thời gian trung bình, = 3600/N q : lưu lượng xe trong 1 giây (xe/s) M : lưu lượng của dòng xe (xe/h) Ví dụ: Tính số xe có thể cắt qua dòng xe có lưu lượng M=600 (xe/h), t0=6s, tf=3s. Giải: Với N=600 (xe/h), ta tính được quãng thời gian trung bình: = 3600/N = 6s Kết quả tính toán ở bảng sau: Thời điểm ti Khoảng thời gian (ti, ti+1) Số lượng xe thông qua Pi(z³t) p=Pi-Pi-1 Số lần xuất hiện khoảng Số xe qua Gi (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) 0 1.0000 0-6 0 0.6321 379.2723 0 6 0.3679 6-9 1 0.1447 86.8496 87 9 0.2231 9-12 2 0.0878 52.6769 105 12 0.1353 12-15 3 0.0533 31.9502 96 15 0.0821 15-18 4 0.0323 19.3788 78 18 0.0498 18-21 5 0.0196 11.7538 59 21 0.0302 21-24 6 0.0119 7.1290 43 24 0.0183 24-27 7 0.0072 4.3240 30 27 0.0111 27-30 8 0.0044 2.6226 21 30 0.0067 30-33 9 0.0027 1.5907 14 33 0.0041 33-36 10 0.0016 0.9648 10 36 0.0025 36-39 11 0.0010 0.5852 6 39 0.0015 39-42 12 0.0006 0.3549 4 42 0.0009 42-45 13 0.0004 0.2153 3 45 0.0006 Vậy tổng số xe mà dòng phụ có thể cắt qua dòng chính có lưu lượng 600 (xe/h) là G @ SGi = 556 xe. Ghi chú: Bảng trên có làm tròn số ở cột (7) Cột (1) là thời điểm t. Cột (2) là khoảng thời gian (ti, ti-1). Cột (3) là số xe có thể thông qua trong khoảng thời gian (ti, ti+1). Cột (4) là xác suất hiện khoảng thời gian z³t. Cột (5) là xác suất xuất hiện khoảng thời gian (ti, ti+1). Cột (6) là số lần xuất hiện khoảng thời gian (ti, ti+1) trong 1 giờ. Cột (7) là số xe có thể thông qua trong các khoảng thời gian (ti, ti+1) trong thời gian 1 giờ. 3. Các phương pháp tính khả năng thông qua: a. Phương pháp của Harders Theo phương pháp này, công thức tổng quát xác định khả năng thông qua của dòng xe bất kỳ đối với dòng ưu tiên lớn hơn nó là: (xe/h) Trong đó: Cm : khả năng thông qua lý thuyết của dòng xe phụ (xe/h) M : lưu lượng của dòng xe chính (xe/h) tg, tf : như đã được quy định ở trên. Với công thức này, kết quả của ví dụ trên là: (xe/h) Trường hợp tổng quát, khả năng thông xe của dòng ưu tiên thứ k là: (xe/h) Trong đó: P0i : là xác suất của trạng thái không ùn tắc của dòng ưu tiên thứ i. , Mi là lưu lượng của dòng thứ I có thứ tự ưu tiên cao hơn dòng k. Trong đó: b. Phương pháp của Sieloch Phương pháp này đơn giản hơn và cho kết quả tương tự, khả năng thông xe của dòng xe thứ k là: Trong đó: Cmk là khả năng thông qua của dòng xe thứ k P0i là xác suất xuất hiện dòng xe thứ i không ùn tắc Ni lưu lượng thực tế của dòng xe thứ i Cmi khả năng thông xe lý thuyến của dòng thứ i Chú ý: theo phương pháp của Sieloch, lưu lượng xe M chỉ tính cho dòng ưu tiên thứ nhất. Ví dụ: Ta có thể so sánh kết quả của hai phương pháp Harders và Sieloch ở ví dụ sau: tính khả năng thông qua của dòng xe ưu tiên thứ 2 cắt qua dòng xe của đường chính với lưu lượng M = 100 -:- 1000 xe/h, tg = 6s; tf = 3s; t0 = 6-3/2=4,5s; Bảng so sánh khả năng thông xe với 2 phương pháp Harders và Sieloch Phương pháp Khả năng thông qua của dòng phụ tương ứng với lưu lượng của dòng chính M (xe/h) 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Harders 1059 933 823 724 638 561 493 433 381 334 Sieloch 1059 935 825 728 642 567 500 441 390 344 Với kết quả trên ta thấy 2 phương pháp cho kết quả tương ứng. Khả năng thông xe thực tế lấy bằng 80% khả năng thông xe lý thuyết: Ctt = 0.8xCm (xe/h) c. Thời gian chờ trung bình của phương tiện Thời gian chờ xe trung bình tại nút được tính theo công thức: trong đó: N là lưu lượng xe trên dòng phụ Thời gian phải chờ tại nút có ảnh hưởng tới tâm lý người lái xe. Khi phải chờ lâu, người lái xe có thể xử lý tình huống giao thông không hợp lý: cho xe cắt qua dòng xe chính khi khoảng thời gian trống cần thiết không đủ lớn, dễ gây tai nạn. Qua thống kê cho thấy rằng: + Thời gian chờ từ 0 – 20 s: người lái xe không cảm thấy khó chịu + Thời gian chờ từ 20 – 45 s: người lái xe bắt đầu cảm thấy khó chịu + Thời gian chờ lớn hơn 45s, đa số lái xe cảm thấy khó chịu, có thể dẫn đến xử lý tình huống không hợp lý, có thể dẫn đến tai nạn giao thông. Khi đó nên chuyển sang hình thức điều khiển bằng đèn tín hiệu để khống chế. d. Ví dụ: Ví dụ 1: Xác định khả năng thông xe của dòng xe rẽ trái trên đường phụ của ngã ba trong hình vẽ, biết: Đường chính rẽ trái (ưu tiên 2) có: tg = 5s; tf = 3s. Đường phụ rẽ trái (ưu tiên 3) có: tg = 6s; tf = 3s. Giải: Xác định khả năng thông xe của ưu tiên 2 (hướng Đông rẽ trái) s Dòng xe này cắt qua dòng ưu tiên 1 gồm hướng Tây đi thẳng và rẽ phải: lưu lượng của dòng ưu tiên 2: N2D = 300 xe/h lưu lượng của dòng chính (ưu tiên 1): M=360+120=480 xe/h Khả năng thông xe lý thuyết của hướng Đông rẽ trái là: xe/h Xác suất không xuất hiện ùn tắc của dòng xe hướng Đông rẽ trái là: Xác định khả năng thông xe của ưu tiên 3 (hướng Nam rẽ trái): Vì chỉ tính lưu lượng của dòng chính nên M=360+360=720 xe/h s Khả năng thông xe của ưu tiên 3 là: xe/h Nhận xét: Đối với dòng phụ khi tương tác với dòng chính, ảnh hưởng của một điểm nhập dòng và điểm cắt dòng là như nhau. Vấn đề này cần được xem xét lại, có thể có những nghiên cứu cụ thể theo hướng quan sát và đánh giá các kết quả của một dòng cắt thuần nhất, và một cho nhập thuần túy. Ví dụ 2: Cho sơ đồ nút như hình vẽ. Xác định khả năng thông qua của nút như hình vẽ dưới đây, các số liệu tf và t0 đã cho trước: Giải Xét dòng ưu tiên thứ 2 (hướng Bắc rẽ phải), ta có: N2B = 100 xe/h M = 300 xe/h t0 = 3,85 s tf = 2,70 s Khả năng thông qua của dòng xe này là: xe/h Xác suất không xuất hiện ùn tắc của dòng xe hướng Bắc rẽ phải là: Xét dòng ưu tiên thứ 2 (hướng Đông rẽ trái), ta có: N2D = 100 xe/h M = 200 xe/h t0 = 3,85 s tf = 2,70 s Khả năng thông qua của dòng xe này là: xe/h Xác suất không xuất hiện ùn tắc của dòng xe hướng Đông rẽ trái là: Xét dòng ưu tiên 3 (hướng Bắc đi thẳng), ta có: N2B = 150 xe/h M = 300+200=500 xe/h t0 = 4,40 s tf = 3,20 s Khả năng thông qua của dòng xe này là: xe/h Xác suất không xuất hiện ùn tắc của dòng xe hướng Đông rẽ trái là: Xét dòng ưu tiên 4 (hướng Nam rẽ trái), ta có: Cm4N = ? xe/h M = 300+200=500 xe/h t0 = 4,40 s tf = 3,20 s Khả năng thông qua của dòng xe này là: xe/h Tổng khả năng thông qua lý thuyết của nút: Cm = 200+300+100+100+150+362=1212 xe/h Khả năng thông xe thực tế của nút: Ctt = 0.8xCm = 0.8x1212 = 970 xe/h Nhận xét: Khi xét tổng khả năng thông qua của nút, ta thấy rằng chỉ có ưu tiên cuối cùng là đạt đến khả năng thông qua tối đa. Điều này có thể được giải thích là: khi các dòng ưu tiên cấp cao hơn đạt đến khả năng thông qua tối đa thì xác suất không ùn tăc sẽ tiến tới 0, tức là chắc chắn sẽ xảy ra ùn tắc, và khi có bất cứ dòng nào bị ùn tắc thì nút sẽ bị ùn tắc. Lưu ý là luôn tính toán với lưu lượng của dòng ưu tiên 1 và ảnh hưởng của điểm nhập dòng và điểm cắt dòng là như nhau. §4. Nút giao thông điều khiển bằng đèn tín hiệu. 1. Mục đích điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu. Như đã nêu ở phần trên, nếu nút giao thông điều khiển theo luật đường chính-đường phụ mà lưu lượng xe trên đường chính quá lớn, xe trên đường phụ phải chờ lâu, lái xe sẽ có cảm giác khó chịu và có thể dẫn đến những xử lý không đúng. Đối với các trường hợp này thì tốt nhất là nên chuyển sang điều khiển nút giao thông bằng cảnh sát hoặc đèn tín hiệu để nâng cao an toàn cho người lái xe. Điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu còn làm tăng khả năng thông qua của nút, giảm tai nạn giao thông, giảm hiện tượng ùn tắc. Qua khảo sát thực tế người ta thấy rằng khả năng thông qua của nút điều khiển bằng đèn tín hiệu lớn hơn rất nhiều so với nút giao thông không có đèn tín hiệu. Đồng thời giảm được được số tai nạn giao thông một cách ấn tượng, kiểm soát tốt trạng thái các dòng xe ở các hướng, giảm thiểu hiện tượng ùn tắc do mất trật tự giao thông. Điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu làm tăng văn minh đô thị. Nói chung, đèn tín hiệu kết hợp với kỹ thuật hiện đại mang lại hiệu quả rất lớn cho quản lý giao thông đô thị. Nếu được liên kết điều khiển theo mạng lưới nút giao, thì mỗi nút giao có đèn tín hiệu có thể coi như một cửa ngõ để điều tiết giao thông và phối hợp với các ntú khác trong toàn mạng để giảm thiểu sự ùn tắc giao thông trong đô thị và nó có thể nâng cao chất lượng dòng xe, ngoài ra nó có thể đưa ra các thứ tự ưu tiên hợp lý đối với các loại hình phương tiện giao thông khác nhau, ví dụ ưu tiên đi bộ, xe đạp, xe công cộng, sau đó mới đến các loại xe cơ giới khác, tạo cho người sử dụng đường có cảm giác yên tâm khi vượt qua nút giao. 2. Các loại đèn tín hiệu và phương thức hoạt động. Về cơ bản hệ thống điều khiển nút giao thông gồm có thiết bị điều khiển (tủ điều khiển) và hệ thống đèn. Tủ điều khiển được cài đặt các chương trình điều khiển tín hiệu tự động hoặc không tự động, nếu nút được điều khiển theo mạng lưới thì toàn bộ thông tin này được truyền về trung tâm điều khiển để xử lý thông tin kết hợp với các nút khác trong mạng lưới. Vị trí của tủ điều khiển được đặt gần phạm vi nút. Hệ thống đèn điều khiển bao gồm đèn cho xe và đèn cho người đi bộ (nếu có xe điện, thì tại nút còn có hệ thống đèn dành riêng cho xe điện). Một cụm đèn dành cho người đi bộ gồm có 1 đèn xanh và 1 đèn đỏ (vì tốc độ thấp, nên không cần bố trí đèn vàng). Ngoài ra, còn có cụm đèn phụ, các đèn này chỉ có tác dụng nhắc lại. Điều kiện đặt đèn tín hiệu ở nút chủ yếu do cường độ xe chạy quyết định. Ở Pháp quy định khi cường độ