V 11 meddelande
Nr 735 - 1995
tvärdering av påfartsreglering vid Lahäll
ans-Åke Cedersund
Väg- och transport-forskningsinstitutet
V T 1 meddelande
Nr 735 - 1995
Utvärdering av påfartsregering vid Lahäll
Hans-Åke Cedersund
div
transport-Utgivare: Publikation: VTI Meddelande 735 Utgivningsår: Projektnummer: Väg- och transport-Bforskningsinstitutet 1995 30073 581 95 Linköping
Utvärdering av påfartsreglering vid Lahäll
Författare: Uppdragsgivare:
Hans-Åke Cedersund Vägverket NA
Titel:
Utvärdering av påfartsreglering vid Lahäll
Referat (bakgrund, syfte, metod, resultat) max 200 ord:
VTT har medverkat vid utvärderingen av det första försöket med reglering av påfartstrafiken på en motorväg i Sverige. Sedan i slutet av februari 1994 har ett sådant system varit igång vid trafikplats Lahäll på E18 söder om Täby i riktning mot Stockholm. VTT har mätt hastigheter och trafikflöden på ett flertal punkter på motorvägen och på påfarten dels när systemet varit aktivt i april och dels när det varit avstängt för utvärdering en tid i maj. I april och maj gjorde VTT dessutom körförloppsstudier på motorvägen och på påfarten.
Genom att analysera hastighetsmätningarna uppströms och nedströms trafikplats Lahäll har tidsvinsterna kunnat uppskattats till ungefär 11 sekunder i genomsnitt per trafikelement under en period av 70 minuter på morgonen för båda körfälten på motorvägen. Med en beräknad restidskostnad på 31 kronor i timmen per person blir vinsten 740 kronor per dag. Om systemet antas vara effektivt 200 vardagar om året blir det 150 000 kronor i vinst per år för huvudledstrafiken. Förlusten för påfartstrafiken har beräknats vara 13,5 sekunder i genomsnitt per fordon under 70 minuter. Förlusten för påfartstrafiken blir 35 000 kronor.
Körförlopps- och bränsleförbrukningsmätningarna gav som resultat en mer utjämnad hastighetsprofil och något högre hastighet i kösituationerna. För både höger och vänster körfält på huvudled och på påfart har det gett en beräknad minskad bensinförbrukning på 110 liter och ett minskat koldioxidutsläpp på 269 kg per dag. På ett år ger det en vinst på drygt 70 000 kronor. Tillsammans med minskade tidskostnader blir första årets vinst ungefär 185000 kronor att ställa i relation till installationskostnaderna på 400 000 kronor och underhållskostnaderna för systemet.
Publisher:
Publication:
VTI Meddelande 735
Published: Project code: Swedish Road and
Å Transport Research Institute 1993 20077
S-581 95 Linköping Sweden Project:
Evaluation of ramp metering on the E18
Author: Sponsor:
Hans-Åke Cedersund Swedish National Road
Administration/AÄARENA
Title:
Evaluation of ramp metering on the E18
Abstract (background, aims, methods, results) max 200 words:
The VTI has taken part in the evaluation of the first test of ramp metering system in Sweden. Since the end of 1994, a system has been in use at the Lahäll interchange on the E18 at Täby just north of Stockholm. VTT has taken part in the evaluation by measuring speeds and traffic flows at a number of points on the motorway and the ramp, both when the system was active in April and when it was temporarily shut down for evaluation in May. During April and May, the VTI conducted fuel consumption studies on the motorway and ramp.
By analysing the speed measurements upstream and downstream of the Lahäll interchange, it has been possible to estimate the time savings. The saving for both lanes on the motorway has been calculated as approximately 11 seconds on average per traffic element during a period of 70 minutes in the morning.
Since nearly all travellers are assumed to be commuting to work and consequently have a travel cost of SEK 31 per hour, the saving will be SEK 740 per day. If the system is assumed to be effective for 200 days during the year, the annual saving for traffic on the main road will be SEK 150,000. The loss for ramp traffic has been calculated as approximately 13,5 seconds per vehicle during the 70 minutes when ramp traffic is at a significantly high level (800 vehicles). The loss for ramp traffic will be SEK 35,000.
The fuel consumption measurements resulted in a more uniform speed profile and somewhat higher speed in queue situations. For both left and right hand lanes on the main road and ramp, the measurements gave a calculated reduction in fuel consumption of 110 litres and a reduction in carbon dioxide emissions of 269 kg per day. In one year, this gives a saving of just over SEK 70,000. Together with the time costs, the first year's savings will be approximately SEK 185,000, to be seen in relation to installation costs of SEK 400,000 as well as maintenance costs for the system.
FÖRORD
VTI har medverkat vid utvärderingen av det första försöket med reglering av tra-fiken på en motorvägspåfart i Sverige.
Denna rapport avser en del i etapp 2 i projekt "Påfartsreglering" under Vägver-ket/ARENA. Etapp 1 bestod av en litteraturinventering och dokumenterades i re-ferens nummer 2 och en behovsinventering (5). I etapp 2 har påfartsregleringen implementerats och utvärderats. Detta dokument redovisar utvärderingen av effek-terna av påfartsregleringen vid Lahäll på E18 i riktning. mot Stockholm. VTI har gjort trafikstudier vid tre tillfällen, dels i december 1993 innan påfartsregleringen anlades, dels i april när regleringen varit aktiv i drygt en månad, dels i maj när systemet tillfälligt var avstängt av utvärderingsskäl.
Utvärderingsprojektet har bekostats av Vägverket/ARENA. Kontaktperson har varit Alf Peterson, PEEK-Traffic/Vägverket Region Stockholm som dessutom är projektledare för hela påfartsregleringsprojektet.
Projektledare för utvärderingen har varit Hans-Åke Cedersund. I fältarbetet har Mikael Bladlund, Håkan Wilhelmsson, Sven-Åke Lindén och projektledaren del-tagit. Håkan Wilhelmsson och Mikael Bladlund har också utfört förföljelsestudi-erna i fält.
Eva Gustavsson har gjort analysen av körförloppsstudierna och dokumenterat dessa i kapitlet om miljöeffekterna. Janet Yakoub har gjort databearbetningarna av förföljelsestudierna. Alexander Obrenovic har studerat indirekta trafiksäkerhets-mått. Ulf Hammarström skötte de inledande kontakterna med uppdragsgivarna och har fungerat som "bollplank" i projektet. Arne Carlsson har bistått med syn-punkter och kommentarer under det löpande dokumentationsarbetet.
Fotografierna på framsidan och i dokumentet har tagits på en TV-monitor från ut-värderingsfilmerna av Christer Tonström.
INNEHÅLLSFÖRTECKNING Sida
SAMMANFATTNING I
SUMMARY IV
1 INLEDNING 1
1.1 Beskrivning av påfartsreglering 1
1.2 Bakgrund och syfte 3
1.3 Datainsamling 5
1.4 Samband mellan hastighet och flöde på motorvägar 7 1.5 Trafikförhållanden på E18 mot Stockholm
under morgonrusningen 12
2 RESULTAT 14
2.1 Personbilshastigheter under ett dygn 14
2.2 Personbilshastigheter och trafikflöden 06.00 - 09.30 19
2.3 Effekter på motorvägskapacitet 23
2.4 Perioder när systemet tillfälligt släcks ner 26
2.5 Miljöeffekter av påfartsreglering 30 2.5.1 Metod 30 2.5.2 Databearbetning 31 2.5.3 Resultat 31 2.5.3.1 Bränsleförbrukning 31 2.5.3.2 Emissioner 34
2.5.4 Sammanfattande kommentarer och diskussion om miljöeffekter 34
2.5.5 Slutsatser om miljöeffekter 35
2.6 Körfältsbyten 35
2.7 Rödkörning 37
2.8 Kvantifiering av tidsvinster 38
2.9 Värdering av påfartsregleringens effekter 42
3 DISKUSSION d
REFERENSER 46
BILAGOR
Bilaga 1 Vägverkets information till bilisterna på E18 genom Täby Bilaga 2 Funktionsbeskrivning av styralgoritmer
Utvärdering av påfartsreglering vid Lahäll
av Hans-Åke Cedersund
Statens väg- och transportforskningsinstitut (VTT) 581 95 LINKÖPING
SAMMANFATTNING
System med reglering av motorvägspåfarter har med framgång prövats i bland an-nat USA, Holland och Frankrike. Syftet med att reglera påfartstrafiken är att ge en jämnare belastning av motorvägstrafiken, vilket idealt sett ska ge högre kapacitet, jämnare och bättre genomströmning, mindre emissioner och ökad trafiksäkerhet.
Sedan i slutet av februari 1994 har ett sådant system varit igång vid trafikplats La-häll på E18 söder om Täby i riktning mot Stockholm. Systemet är trafikstyrt. När hastigheten för huvudledstrafiken understiger en viss miniminivå samtidigt som trafikflödet överstiger en viss maximinivå aktiveras signalsystemet på påfarten och ett fordon släpps fram per grönperiod som är ungefär 2 sekunder. Omloppsti-den varierar med ett minimum av 4 sekunder och ett genomsnitt på ungefär 6 se-kunder. Blir påfartsmagasinet fyllt med köande fordon kopplas systemet tillfälligt ur under en given tidsrymd och magasinet törns.
VTT har utfört en utvärdering av systemet. VTT har mätt hastigheter och trafiktflö-den på ett flertal punkter på motorvägen och på påfarten dels två dagar när systemet varit aktivt i april och dels två dagar när det varit avstängt för utvärdering en tid i maj. Dessutom gjorde VTT en mindre omfattande förmätning i december 1993 när systemet ännu inte var uppmonterat. I april och maj gjorde VTI dessutom körförloppsstudie på motorvägen och på påfarten. Dessa gjordes med en specialutrustad mätbil. Därutöver har VTT videofilmat interaktionerna mellan påfartens och huvudledens trafikströmmar.
Ett system med påfartsreglering är en förhållandevis billig åtgärd. Systemet vid Lahäll kostade 400 000 kronor att installera. VTlIs utvärdering har syftat till att uppskatta miljö-, trafik- och trafiksäkerhetsmässiga effekter samt att värdera effekterna i monetära termer för att kunna ställa dessa i relation till installations-och underhållskostnader.
Sambandet mellan hastighet och flöde på motorväg kan relativt enkelt beskrivas för låga och normalhöga trafikflöden. Men för extremt höga flöden i närheten av kapacitetsgränsen är sambandet ytterligt instabilt. Det vill säga, ett givet mycket högt flöde kan under till synes likartade förhållanden ge antingen en fortsatt hög hastighetsnivå eller en instabil kösituation med låga hastighetsnivåer. Därför är det mycket vanskligt att utvärdera effekter på hastigheterna av exempelvis ett påfarts-regleringssystem, som ska påverka trafikförhållanden i just rusningstrafik med trafikflöden i närheten av kapacitetsgränsen. En tänkbar effekt kan vara att tid-punkten för den oftast oundvikliga kökörningssituationen kan förskjutas i tid och minskas i omfattning, vilket kan ge en stor effekt på trafikförhållandena.
Genom att analysera framkomligheten uppströms och nedströms trafikplats Lahäll har tidsvinsterna kunnat uppskattas. Tidsvinsten för båda körfälten på motorvägen har skattats till knappt 11 sekunder i genomsnitt per trafikelement under en period av 70 minuter på morgonen. Under dessa 70 minuter har över 4 300 personbilar med 1,2 pendlare i varje personbil passerat påfartsregleringens influensområde. Tillsammans med 55 ledbussar som i rusningstid antas ha 50 passagerare så berörs sålunda knappt 8 000 personer. Tidsvinsten blir alltså 24 timmar per dag. Efter-som alla antas vara arbetspendlare och följaktligen har en restidskostnad enligt EVA på 31 kronor per person och timme blir vinsten 740 kronor per dag. Om systemet antas vara effektivt 200 vardagar om året blir det 150 000 kronor i vinst per år för huvudledstrafiken.
Förlusten för påfartstrafiken skattats till 13,5 sekunder i genomsnitt per fordon under de 70 minuter som påfartstrafiken är betydande (750 fordon). Med samma antagande om 1,2 pendlare per personbil och 50 passagerare per ledbuss blir för-lusten för påfartstrafiken 35 000 kronor per år.
Bränsleförbrukningsmätningarna utförda som förföljelsestudier gav som resultat en mer utjämnad hastighetsprofil och något högre hastighet i kösituationerna. För både höger och vänster körfält på huvudled och på påfart har det gett en beräknad minskad bensinförbrukning på 110 liter och ett minskat koldioxidutsläpp på 269 kg per dag. Påfartsregleringen har dock bara gett obetydliga effekter på utsläppen av kolväten och NOx. Uttryckt i kronor ger den minskade bränsleförbrukningen (2,65 kronor per liter) 291 kronor per dag och koldioxid (0,25 kronor per kilo) 67 kronor per dag. På ett år ger det en vinst på drygt 70 000 kronor. Tillsammans med de minskade tidskostnaderna blir första årets vinst ungefär 185000 kronor att
II
ställa i relation till installationskostnaderna på 400 000 kronor samt underhålls-kostnaderna för systemet.
En översiktlig genomgång av antalet indirekta konfliktsituationer såsom körfälts-byten och rödkörning med och utan påfartsreglering har inte visat på någon märk-bar skillnad.
Kapaciteten, uttryckt som den maximala genomströmningen av fordon per 5 minuter, verkar inte ha påverkats av påfartsregleringen.
Kökörningstiden, d.v.s. den tid medelhastigheten på huvudleden var 40 km/h eller lägre, var 85 minuter i december, i april med aktivt signalsystem, 75 respektive 65 minuter per dag, och i maj 75 och 100 minuter per dag. Det får inte tolkas som att hela tidsvinsten ska tillskrivas påfartsregleringen. Den 17 maj, när det var kö i 100 minuter varnade lokalradion för trafikstörningar på alla infarter till Stockholm.
Antalet regelrätta rödkörningar vid påfartsreglering har varit litet, under 1 %. Där-emot försöker fordon hinna med på föregående fordons gröntid vilket inte är av-sikten. Denna kategoris andel understiger 10 %, vilket är lågt jämfört med exem-pelvis motsvarande system i Danmark.
Studier av trafikförhållandena på höger körfält under de tidpunkter när många for-don kommer ut på en gång visar att hastigheten visserligen successivt sjunker så länge fordon kommer ut från påfarten men att hastigheterna snart återgår till de normala när kömagasinet tömts. De 2,5 minutersperioder som systemet automa-tiskt släcks ner när kömagasinet varit fullt avviker inte från de övriga perioderna.
IV
Evaluation of ramp metering on the E18
by Hans-Åke Cedersund
Swedish Road and Transport Research Institute (VTT) S-581 95 LINKÖPING
Sweden
SUMMARY
Metering systems for motorway ramps have been tested with successful results in the U.S.A., the Netherlands, France and other countries. The systems are designed to regulate ramp traffic for more even traffic loading on the motorway, which would ideally lead to higher capacity, smoother and more efficient flows, reduced emissions and better road safety.
Since the end of 1994, a system has been in use at the Lahäll interchange on the E18 at Täby just north of Stockholm. The system is controlled by detectors in the road surface. When traffic speed on the main road falls below a certain minimum level and when the traffic flow exceeds a certain maximum level, the signal sys-tem for the ramp is activated and one vehicle is released per green time, which is 2 seconds. The cycle length varies by a minimum of 4 seconds, with an average of about 6 seconds. If the ramp magazine is full of queueing vehicles, the system is temporarily deactivated for a given length of time to allow the magazine to empty.
The VTI has conducted an evaluation of the system by measuring speeds and traffic flows at a number of points on the motorway and the ramp during when the system was active in April and two days when it was temporarily shut down for evaluation in May. In addition, the VTT has performed limited preliminary measurements in December 1993 before the system was installed. During April and May, the VTT conducted fuel consumption studies on the motorway and ramp using a specially equipped measuring vehicle and videofilmed the interactions between the traffic streams on the ramp and main road.
A ramp metering system is a relatively inexpensive type of control measure. The system at Lahäll cost SEK 400,000 to install. The Institute's evaluation aimed at estimating possible effects on the environment, traffic and road safety, as well as
V
determining the effects in monetary terms in order to relate them to installation and maintenance costs.
The relation between speed and flow on motorway can be described relatively easily for small and average traffic flows. However, the relation is highly instable for extremely large flows approaching the capacity limit. In other words, a given very large flow may, under apparently similar conditions, result in either a continued high speed level or a queue situation with low speed levels. Therefore, it is extremely difficult to evaluate the effects on speeds of, for example, a ramp system for regulating traffic conditions in peak periods with flows close to the capacity limit. A possible effect may be that the time of the usually inevitable queue situation can be shifted a number of minutes, which may have a considerable effect on traffic conditions.
By analysing the speed measurements upstream and downstream of the Lahäll interchange, it has been possible to estimate the time savings. The saving for both lanes on the motorway has been calculated as approximately 11 seconds on average per traffic element during a period of 70 minutes in the morning. During these 70 minutes, over 4,800 cars with 1.2 commuters in each car passed through the ramp metering inference zone. Together with 55 articulated buses, which at peak hours may be assumed to carry 50 passengers, a total of 8,000 persons are affected. The time saving will therefore be 24 hours per day. Since all travellers are assumed to be commuting to work and consequently have a travel cost of SEK 31 per hour, the saving will be SEK 740 per day. If the system is assumed to be effective for 200 days during the year, the annual saving for traffic on the main road will be SEK 150,000.
The loss for ramp traffic is assumed to be an average of 13.5 seconds per vehicle during the 70 minutes when ramp traffic is at a significantly high level (750 vehicles). On the same assumption of 1.2 commuters per car and 50 passengers per articulated bus, the loss for ramp traffic will be SEK 35,000.
The fuel consumption measurements resulted in a more uniform speed profile and somewhat higher speed in queue situations. For both left and right hand lanes on the main road and ramp, the measurements gave a calculated reduction in fuel consumption of 110 litres and a reduction in carbon dioxide emissions of 269 kg per day. Ramp metering has produced only negligible effects on emissions of hydrocarbons and NOx. The petrol saving (SEK 2.65 per litre) is SEK 291 per day
VI
and carbon dioxide (SEK 0.26 per kg) SEK 67 per day. In one year, this gives a saving of just over SEK 70,000. Together with the time costs, the first year's savings will be approximately SEK 185,000, to be seen in relation to installation costs of SEK 400,000 as well as maintenance costs for the system.
A review of the number of indirect conflict situations, such as lane changes and red light infringements with and without ramp metering, has not demonstrated any marked difference.
Capacity, expressed as the maximum throughput of vehicles per 5 minutes, appear to be unaffected by ramp metering.
The queueing time, i.e. the time during which the mean speed on the main road was 30-40 km/h or lower, was 85 minutes in December, in April with the signal system active 75 and 65 minutes respectively, and in May 75 and 100 minutes. This must not be interpreted as indicating that the whole time saving should be attributed to ramp metering. On 17 May, when there was a 100-minute queue, the local radio station warned of traffic problems on all approaches to Stockholm.
The number of true red light infringements was small, less than 1 %. However, certain vehicles attempted to catch up with the preceding vehicle's green time, which is not the intention. This category's proportion was less than 10 %, which is low compared with similar systems in Denmark, for example.
Studies of traffic conditions in the right-hand lane during the periods when many vehicles are released at the same time show, however, that speed decreases successively as long as vehicles are leaving the ramp, but that speed immediately returns to normal when the queue magazine has been emptied. The 2.5-minute periods during which the system is automatically deactivated when the queue magazine has become full do not deviate from the other periods.
1 INLEDNING
1.1 Beskrivning av påfartsreglering
Syftet med "påfartsreglering", eller "påfartskontroll", är att man ska reglera, kon-trollera, dosera och styra påfartstrafiken att ansluta till motorvägen på ett optimalt sätt. Idag finns inget vedertaget begrepp på svenska. I Danmark kallas det för "rampdosering", d.v.s. man ser systemet som ett sätt att dosera påfartstrafiken. Den internationella benämningen är "ramp metering". Metering betyder ungefär mätning, mäta upp, dosera. I Vägverkets broschyr till bilisterna (se referens num-mer 1) kallar man det "påfartsstyrning", i andra sammanhang heter det "påfartskontroll" (2). I Sverige används i liknande sammanhang det trafiktekniska begreppet reglering, som i signalreglering och väjningspliktsreglering. Nackdelen med trafiktekniska termer är att de ofta är långa och därför inte används i dagligt bruk. I detta dokument benämnes det ändå huvudsakligen "påfartsreglering" alter-nativt "rampmetering" eller, för att undvika upprepningar och när inte miss-förstånd kan uppstå, det kortare uttrycket "systemet".
Den för bilisten synliga delen av ett på-fartsregleringssystem är två helt vanliga trafiksignallyktor med bakgrundsskärm
för att skilja från vanliga trafiksignaler. © Dessa är placerade knappt hundra meter
:
innan påfarten ansluter till motorvägen.
]
Bilisterna varnas 150 meter före sig-
| I drift vid gul
nalerna av en skylt med signallampor
blink
och med texten "I drift vid gul blink". Se
|
figur till höger.
o
På själva signalstolpen finns en skylt
O
med "en bil per grönperiod".
Grönperio-lT -
den är ungefär 2 sekunder. Se figur till
vänster.
Figurerna är hämtade
ur
En bil per
..
.
20
,;
grönperiod
Vägverkets information till trafikanterna.
Broschyren är kopierad i bilaga 1.
Systemet styrs av ett antal styralgoritmer som får indata från ett antal nedfrästa mätslingor i motorvägen runt Lahäll och på påfarten. Se figur 1 (se referens 5). Dessa syns som svarta rektanglar i figuren nedan.
Figur 1 Geometrisk och signalteknisk principlösning av södergående ramp i trafikplats Lahäll på E18 mot Stockholm.
Påfartsregleringen aktiveras enkelt uttryckt när ett antal kriterier är uppfyllda. Dels ska hastighetsnivån understiga en viss miniminivå, dels ska flödet på huvudleden överstiga en viss maximinivå. Däremot finns det inget kriterium som beror på
fartstrafiken. Indata är av naturliga skäl aggregerade och ger inte detaljerade uppgifter om stora för påfartstrafiken användbara vägluckor. När systemet är aktivt så släpper det igenom ett fordon per grönperiod. Omloppstiden varierar med ett minimum på ca 4 sekunder och en normaltid på ca 6 sekunder. En utförligare funktionsbeskrivning återfinns i bilaga 2.
För att ett påfartsregleringssystem ska var meningsfullt bör flödet på påfarten inte vara för stort. Med en genomsnittlig omloppstid på 6 sekunder kan systemet be-tjäna optimalt 600 fordon i timmen. Under kortare eller längre tid är flödet större än så. Oavsett hur långt kömagasinet än är riskerar det att bli fyllt av köande for-don. När kömagasinet på påfarten är helt fyllt så sätts signalsystemet tillfälligt ur spel en given tidsperiod, 2,5 minuter, och kömagasinet törns.
Styralgoritmerna kan självfallet modifieras och skräddarsys för varje påfarts spe-ciella förutsättningar. När utvärderingen av systemet i Lahäll gjordes hade syste-met bara varit igång drygt en månad.
1.2 Bakgrund och syfte
E18 från Täby galopp norr om Täby och in mot Stockholm har regelmässigt kö-bildningar på vardagsmorgnarna. Kökörningstiden, den tid som medelhastigheten är under 40 km/h, kan överstiga en timme. En av "flaskhalsarna" in mot Stock-holm är påfarten vid trafikplats Lahäll. Vägverket genomförde därför i samråd med Täby kommun, Polisen och SL ett försök att mildra problemet med köbild-ningen. Trafikplatsen vid Lahäll blev den första platsen i Sverige med en reglering av påfartstrafiken. Påfartsreglering är en beprövad metod utomlands att mildra köbildning och dess konsekvenser.
De första systemen med "rampmetering" är från slutet av 50-talet i USA. Ramp-metering har prövats i framförallt USA, Holland och Frankrike. Danmark har en anläggning mellan Helsingör och Köpenhamn. I examensarbetet av Max Sätter-lund, "Motorvägskontroll genom Sträckreglering & Tillfartskontroll" från 1992 (referens 2) diskuteras påfartsreglering och andra sätt att påverka förhållanden på och kring en motorväg.
Trafikplatsen vid Lahäll består av en påfart i riktning mot Stockholm. Påfarten är en förlängning av Ytterbyvägen som går parallellt med E18. Ytterbyvägen
förbin-der trafikplatsen Lahäll och den 1 000 meter uppströms Lahäll trafikplats Näsby. Se figur 2 ur bilaga 1. GRINDTORP NÄSBYDAL SÄGTORP ROSLAGS NÄSBY Sågtorpsvägen
_é
Sandbrovägg$
å/!
3:51?
5-D ZS
SA
Figur2 Karta över trafikplats Lahäll (inringad) och trafikplats Näsby ungefär
1000 meter uppströms Lahäll. Ytterbyvägen går parallellt med E18
ochmynnarutvidpåfartenvidLahäll.
Trafikanterna från Täby som ska ut påE18 vid Näsby trafikplats har tidigt
över-blick över kösituationen på E18 och kan, om de vill, åka "smitvägen" Ytterby-
vägentilldensöderutliggandepåfartenvidLahäll.
VTIMEDDELANDE735
Att installera en påfartsreglering är en relativt billig åtgärd, mycket billigare än en traditionell signalreglering i en tätortskorsning. Påfartsregleringen vid Lahäll kos-tade 400 000 kronor.
Syftet med detta projekt har varit att utvärdera effekten av påfartsregleringen vid Lahäll. Tonvikten har legat på att utvärdera de trafikala (hastighet, tidsåtgång, kapacitet m.m.) och miljömässiga (bensinförbrukning, avgasutsläpp m.m.) effek-terna samt att uttrycka dessa i monetära termer. Vidare har gjorts försök att utvär-dera indirekta trafiksäkerhetsmått såsom körfältsbyte och rödkörning.
1.3 Datainsamling
För att utvärdera effekten av påfartskontroll vid trafikplats Lahäll på E18 i rikt-ning in mot Stockholm har VTI gjort följande fältstudier:
1. En förstudie under ett dygn onsdag/torsdag i december 1993 då VTT mätte has-tigheter och flöden i sammanlagt 6 mätsnitt. Dels direkt på påfarten och 500 meter innan påfarten på Ytterbyvägen, dels i fyra mätsnitt på motorvägen. Den första mätplatsen ligger 2 kilometer uppströms Lahäll vid Täby galopp. Den andra 400 meter uppströms Lahäll (kallas Näsby). Den tredje 250 meter efter påfarten vid accelerationssträckans slut (benämns Lahäll) och den fjärde 950 meter nedströms Lahäll (benämns Danderyd). Se figur 3 över mätarrangemangen vid Lahäll.
Interaktionen mellan påfartens flöden och huvudledens flöden videofilmades från en plats belägen snett bakom trafikplatsen mellan 06.00 och 09.00. Se figur 3. Dessutom videofilmades trafiken uppströms Lahäll och vid föregående trafikplats Näsby med en handburen videokamera.
I slutet av februari 1994 aktiverades påfartsregleringen. När den varit i funktion ca 6 veckor gjorde VTI nästa mätning.
Karmeraplats
mätplats Lahäll Kilen
Accelerations-sträcka
Figur 3 Mätarrangemang runt trafikplats Lahäll. Utmärkta är mätplatserna "Lahäll", (Lahäll) Kilen och (Lahäll) rampen. Kameraplatsen syns i figurens övre högra hörn.
2. Under 2 dygn söndag till tisdag vecka 16 mättes samma mätsnitt som i decem-ber 1993. Dessutom mättes hastigheter och flöden på motorvägen omedelbart innan påfarten ansluter (benämnd Kilen eller Lahäll Kilen). Under rusningstid utfördes förföljelsestudier med VTlIs specialutrustade bränslemätningsfordon som beskrivs nedan. Detta fordon har kört i höger respektive vänster körfält och på påfarten i speciella körslingor under tiden 07.00 till 09.00.
Därefter kopplades påfartsregleringen ur i 4 veckor och VTT gjorde ytterligare en trafikstudie.
3. Under 2 dygn, söndag till tisdag, vecka 20 mättes samma mätsnitt, utfördes samma förföljelsestudier och i princip samma videofilmningar som vecka 16. I samband med dessa mätningar gjorde VTT, i samarbete med KTH, ytterligare trafikstudier på trafikplats Näsby som är beläget ungefär 1 kilometer uppströms Lahäll. Förutom vanliga trafikstudier vid Näsby och på påfarten gjordes heli-kopterfilmning över Näsby trafikplats den första utvärderingsdagen.
Som underlag för utvärderingen finns alltså två dygn i april med påfartsreglerings-system och ett dygn utan någon anläggning uppsatt samt två dygn utan påfartsreg-lering.
VTls trafikanalysatorer, TA89-0r, samlar in trafikdata från sensorer som består av två gummislangar som spänns över vägbanan. Luftpulsen som uppstår när for-donen passerar slangarna omvandlas till en elektrisk impuls som lagras i TA89-an. I TA89 lagras uppgifter om exakt tid och vilken slang för samtliga axelpassager i mätsnittet. Konvertering av dessa uppgifter till enskilda fordon görs senare på VTI med hjälp av ett speciellt program PRECDIA. Uppgift om varje enskilt fordon ger maximal flexibilitet vid utvärderingen. Vid höga belastningar och vid höga krav på konverteringen, som här vid Lahäll, appliceras en TA89 för vardera körfältet. Under rimliga förhållanden, rullande fordon över 5 km/h utan större hastighets-variationer, är felet klart under 1 procent. Minneskapaciteten är för de mest ut-byggda trafikanalysatorerna över motsvarande 100 000 fordon.
VTT har en specialutrustad Volvo, modell 240 GL från 1982, för bränslemätningar och förföljelsestudier. Bilen följer slumpvis utvalda fordon på konstant avstånd med så kallad "shadowing car"-teknik. En datalogger registrerar tidpunkt, bränsle-förbrukning och bensintemperatur var tionde meter. Ur dessa registreringar kan man i efterhand, med hjälp av dataprogrammet PYTHITA, beräkna körförloppet, och VETO som med körförloppen som indata beräkna bensinförbrukning och olika emissioner för ett antal olika fordonstyper.
1.4 Samband mellan hastighet och flöde på motorvägar
Sambandet mellan flöde och hastighet kan relativt enkelt beskrivas för låga och normalhöga flöden. Sambandet, som det är beskrivet i Highway Capacity Manual
(HCM) (3), är välkänt för alla med trafikteknisk bakgrund. I trafikplanerings-sammanhang är modellen oftast tillfylles. Se figur 4.
& 8-Lanes D $lGN SPEEp
607-- pt NP H 4-Lapes Ä ---XJ'XGQ MPH Ä 50 XX ; and RSC-wp" Xx = 40 "-0 m
X
%
xx
d 30
-2
£
o
i
f
El 20 24 "&. g >» 2* £| & £ om I, 2| & 'I evLOQAIu' _å IO &#',_f 9 | # i 0 k====""TTF a 2 & 6 8 10 12 14 16 18 20 VOL/LN(IOOpeph ) (0.1) (0.2) (03) (04) (05) (0.6) (07) (0.8) (09) (10) we Ratio **Figur 4 Hastighets/flödessamband på ett körfält på motorvägar enligt Highway Capacity Manual 1985.
Om sambandet exakt ser ut som i HCM eller är flackare är då inte väsentligt. På de flesta gator och vägar är trafikförhållandena långt ifrån kapacitetsgränserna. Vid extremt höga flöden däremot är modellen inte överensstämmande med sven-ska förhållanden. Det visar mätdata från svenska trafikstudier. Hastig-hets/flödessambandet i HCM har ett relativt enkelt utseende, som är uttryckbart i ett matematisk samband. Hastigheten sjunker vid ökat flöde upp till maximala flödesnivån, som är lika med kapaciteten. Vid instabila flödesförhållanden anses både hastighet och flöde minska i ett med övre sambandet symmetriskt för-hållande enligt figur 4.
I HCM anges kapacitetsgränsen under helt ideala förhållanden, det vill säga motorvägsstandard, 0 % andel tung trafik, dagsljus, torr vägbana o.s.v., till 2 000 fordon per körfält och timme. Kapacitetsgränsen är det maximala trafikflöde som kan förväntas passera ett mätsnitt under en kvart. Däremot kan kapacitetsgränsen överskridas under kortare perioder och till och med enstaka 15-minutersperioder.
Enligt svenska trafikstudier har sambandet mellan hastighet och flöde på motor-vägar ett nästan helt plant utseende för flöden under 1 000 fordon per timme och körfält. Det vill säga: På en motorväg med dessa flöden kör de enskilda fordonen i sina önskade hastigheter relativt oberoende av den omgivande trafiken. Vid ökat flöde sjunker hastighetsnivån mycket långsamt och en hög hastighetsnivå behålls upptill kapacitetsgränsen, ända tills trafikprocessen övergår i det instabila flödes-tillståndet. Vid så extrema flöden och höga hastigheter blir trafikprocessen ytter-ligt känslig för störningar. På någon eller några enstaka minuter reduceras hastig-heten och flödesnivån ner i det instabila tillståndet. Se figur 5a och 5b.
HÄGGVIK, STOCKHOLM FRIDAY 16.30 - 17.30
hastighet LEFT LANE
km/h 1107 100; 90 7 80; 20-60 7 507 40 7 30 7rTY'''''''''''''''''| YYYYYYYYY ''''''''''IIIIIIIIII'IIIIIIII'
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500
timflöde fordon/timme Figur 5a Hastighetsflödessamband på E4 vid Häggvik riktning norrut från Stockholm juni 1990. Varje "+" är enminutersvärden för personbils-medelhastigheter och totalflöde uppräknat till timnivå. I figur 5a ses övergången från det stabila tillståndet till det instabila tillståndet. Övergångarnaskerpåen minut.
10 HÄGGVIK, STOCKHOLM hastighet )
gq
FRIDAY 17.30 - 18.30
LEFT LAÄNE
11074 +====cee=2
::. IFS:"! 1007d.ä.-#33; AR EE-,
90 -
v
80 -
E
i
*: 70". , få... 60 7 tili ___ åk? 4 *l'fv å X 50 7 +* 4 0 7 30-14 e re re r r r y 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 timflöde fordon/timmeFigur 5b Hastighetsflödessamband på E4 vid Häggvik riktning norrut från
Stockholm juni 1990. Varje "+" är enminutersvärden för personbils-medelhastigheter och totalflöde uppräknat till timnivå. Figur 5b visar övergången från instabila tillståndet till det stabila tillståndet. Över-gångarna sker på en minut.
Vid Lahäll sjunker hastighetsnivån abrupt från det stabila tillståndet med en has-tighetsnivå på cirka 90 km/h till det insatbila tillståndet med 30-40 km/h. De in-dividuella personbilshastigheterna uppvisar också det karaktäristiska vågmönstret för fordon i ett instabilt tillstånd. Se figur 6.
hastighet km/h 1 40 120 100 80 60 4 0 20 11 . 00 7 , 25 7 , 50 7,75 8.00 8.25 8.50 8.75 tidpunkt 100-dels timmar
Figur 6 Enskilda personbilshastigheter på mätplats Täby (galopp) på E18 mot Stockholm måndagen den 17 maj 1994. Varje punkt representerar hastigheten och passertiden för en personbil. Tiden uttrycks i 100-dels timmar. I figuren framträder de abrupta övergångarna mellan stabila och instabila tillstånden och vågrörelserna i det instabila tillståndet.
Trafiken blir kvar i det instabila tillstånd en kortare eller längre tid utan några återgångar till det stabila tillståndet. Slutligen löses det instabila tillståndet upp och trafiken återgår, också helt abrupt, till det ursprungliga stabila tillståndet om än oftast på en högre hastighetsnivå än tidigare.
Det är alltså mycket svårt att förklara sambandet mellan hastighet och flöde i det extremt instabila tillstånd som föregår trafiksammanbrott, där lika yttre för-hållanden och lika flöden kan ge antingen fortsatt stabilt tillstånd eller ett instabilt tillstånd. En skillnad i hastighetsnivå kan vara 50 km/h. Samma sak gäller för motsvarande perioder som föregår avveckling av de instabila tillstånden. Det finns alltså stora vinster att hämta om man kan påverka trafiken att ligga kvar i det stabila tillståndet så länge som möjligt.
12
Det här skapar problem vid utvärdering av åtgärder som syftar till att påverka tra-fiken vid kapacitetsgränsen. Situationen vid Lahäll är sådan att det nästan undan-tagsvis blir instabila flöden under en kortare eller längre tid i morgonrusningen. En åtgärd av typ påfartsreglering kan ge som effekt att kökörningstiden förkortas och/eller att köhastigheten höjs. Problemet är att urskilja effekten av en påfartsreg-lering ur de stora effekter som bara kan tillskrivas slumpvisa variationer.
1.5 Trafikförhållanden på E18 mot Stockholm under morgonrus-ningen
Under morgontimmarna trafikeras E18 förbi Täby huvudsakligen av pendlare från framförallt förorterna Vallentuna, Åkersberga och Vaxholm till arbetsplatser i Stockholm. Flödet på E18 vid Täby galopp är ca 5 600 fordon (måndag 16 maj 1994) mellan 07.00 och 09.00 i båda körfälten sammanlagt. Efter trafikplats Näsby, som är en komplett trafikplats med betydande framförallt påfartsflöden, är tvåtimmarsflödet uppe i 6 500 fordon.
Påfarten vid Lahäll har ett tvåtimmarsflöde på ungefär 1 000 fordon. Efter Lahäll är motorvägens tvåtimmarsflöde uppe i 7 500 fordon.
Vid lågtrafikförhållanden ligger huvuddelen av fordonen i höger körfält och vänster körfält används som omkörningsfält för de snabbare fordonen. Under rusningstid är båda körfälten ungefär lika utnyttjade. Eftersom hastigheten är högre i vänster körfält så bidrar det till att flödet är högre i vänster körfält. Se figur 7. Detta gäller motorvägar generellt.
13 timflöde
HÄGGWK juni 1990
fordon/timme
HOGER
3000 7
2750 1
2500
2250
-br
2000 7
1750 -
+ +
'
+ &+
93%
+
-T
1500 7
sp
_i,,;:5fiäqiftkäifärfqrifh
-ä
+
+
++ + 1250 - + * + + + + i 4+#ååä'
t' + T
1000 7
+ +
750 -
y
500 -
4
+
250
-llillllllllllllllllflllllllill I'llllIIIIIIIIIIIIIIIIIUIUIIIT O 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 timflöde VÄNSTER . fordon/timme Figur 7 Samband mellan trafikflöde i höger och vänster körfält Häggvik E4norrut från Stockholm juni 1990. Vid låga totalflöden används nästan uteslutande höger körfält.
Under den ena mätdagen när systemet var aktivt var påfartstrafiken betydande un-der 47 minuter, 07.18 till 08.05. Därefter var systemet aktivt ytterligare 23minuter till 08.28 dock utan att någon kö av betydelse uppstod på påfarten. Systemet var under dessa 47 minuter uppkopplat under 32 minuter, det vill säga det var avstängt under 6 stycken 2,5-minutersperioder.
Under den andra mätdagen var påfartstrafiken betydande under en längre tid, 07.18 - 08.27 alltså 69 minuter. Regleringen varaktiv redan från 07.13 p.g.a. den höga belastningen på huvudleden och släcktes för dagen 08.33 när både påfarts-trafiken och motorvägstrafiken var obetydligaigen. Under den tiden var systemet avstängt 7 gånger sammanlagt 18 minuter.
14
2 RESULTAT
2.1 Personbilshastigheter under ett dygn
Figurerna 8a, 8b och 8c visar enskilda personbilshastigheter under ett helt dygn på tre utvalda mätsnitt på E18. Som framgår av figurerna är trafikförhållandena så-dana att kö normalt uppstår på E18 mot Stockholm åtminstone från den nordli-gaste mätplatsen "Täby galopp" till dess sydlinordli-gaste motsvarighet "Danderyd". Även om E18 är hårt belastad större delen av dygnet är det bara under en begrän-sad del av dygnet som det finns kapacitetsproblem. Det instabila tillståndet, eller kötillståndet, uppstår som framgår av figurerna mycket abrupt och försvinner lika snabbt. Kökörningstiden är ungefär lika lång på de olika mätplatserna. När trafi-ken inte befinner sig i kö kör fordonen i önskad hastighet. Denna "fria" hastighet varierar som synes inom ett vintergatsliknande intervall som är 20-30 km/h brett.
NÅSBY vänster hastighet km/h 140 120 100 80 60 4 0 20 Figur 8a 4 6 8 10 12 1 4 16 18 20 2 2 TIDPUNKT
Enskilda personbilshastigheter under ett helt dygn från E18 måndagen 18 april 1994 med påfartsregleringen. Vänster körfält vid "Näsby" 250 meter uppströms trafikplats Lahäll. Den tomma spalt som återfinns mellan 14.00 och 16.00 är mätbortfall då mätteknikerna gör översyn av trafikanalysatorerna.
VTI MEDDELANDE 735
hastighet km/h 1 40 120 100 80 60 4 0 20 0 2 4 6 8 10 12 1 4 16 18 20 2 2 2 4 TIDPUNKT DANDERYD vänster hastighet km/h 140 120 100 80 60 4 0 20 0 2 4 6 8 10 12 1 4 16 18 20 2 2 2 4 - TIDPUNKT
Figur 8b-c Enskilda personbilshastigheter under ett helt dygn från två mätsnitt utmed E18 måndagen 18 april 1994 med påfartsregleringen. Höger körfält vid "Lahäll" vid accelerationssträckans slut och vänster körfält vid "Danderyd" ungefär 1000 meter nedströms Lahäll. Den tomma spalt som återfinns mellan 14.00 och 16.00 är mätbortfall då mättek-nikerna gör översyn av trafikanalysatorerna.
16
Figurerna 9a, 9b och 9c visar motsvarande figurer för det ur utvärderingssynpunkt intressantare tidsintervallet 07.00 till 09.00. Samtliga är från höger körfält vid "Lahäll" men från tre olika mättillfällen. I dessa figurer framgår än tydligare hur snabbt och entydigt det instabila tillståndet uppstår och löses upp. Under vissa omständigheter framträder de karaktäristiska vågrörelserna tydligt. Upplösningen illustreras på bilderna på nästa sida som visar utsikten över trafikplats Lahäll 08.18.01 respektive 08.18.52 den 19 april 1994.
LAHÄLL höger hastighet km/h 140 120 100 80 60 40 20 0 - . 00 7 . 25 7 . 50 7.75 8.00 8 . 25 8 . 50 8.75 tidpunkt 100-dels timmar
Figur 9a Enskilda personbilshastigheter över tiden 07.00 till 09.00 från höger körfält på E18 vid mätsnitt "Lahäll" in mot Stockholm 9 december 1994. Tidpunkterna är uttryckta i 100-dels timmar. "7.25" motsvaras av klockan 07.15 o.s.v.
VTI MEDDELANDE 735
17
Bilderna visar förhållandet omedelbart före och efter att trafiken lämnar det in-stabila tillståndet. 08.18.01 respektive 08.18.56 tisdagen 19 april 1994.
hastighet km/h 1 40 120 100 80 60 4 0 20 7 . 00 7 . 25 7 . 50 7 . 715 8.00 8.25 8.50 8.75 9 . 00 tidpunkt 100-dels timmar
seden LAHÄLL höger
äåääét 140 120 100 80 60 4 0 20 7 ,. 00 7 , 25 7 . 50 7,75 8.00 8.25 8.50 8.75 9.00 tidpunkt 100-dels timmar
Figur 9%-c Enskilda personbilshastigheter över tiden 07.00 till 09.00 från höger körfält på E18 vid mätsnitt "Lahäll" in mot Stockholm. 9b måndagen 18 april och 9c tisdagen 17 maj 1994. Tidpunkterna är uttryckta i 100-dels timmar. "7.25" motsvaras av klockan 07.15 o.s.v.
19
2.2 Personbilshastigheter och trafikflöden 06.00-09.30
Figurerna 10a, 10b och 10c nedan visar medelhastigheterna för personbilar under alla femminutersperioder från 06.00 till 09.30. Perioder med påfartsreglering, från 2 dagar i april, är markerade med fylld ring även om påfartsregleringen varit ned-släckt just vid tillfället. Perioder utan påfartsreglering, från 2 dagar i maj, och från förmätningen, en dag i december 1993 är markerade med en ofylld ring.
hastighet Lahäll höger
120 110 100 90 80 7
60?
50'5 O o e 40% ogåogo * 8 :OO g o 30 4O"8©gsgégqggd ä
20 7
10
-o 4
I'U'UIIYI"I""V'U"UIUIIIVUIIIWVVIIIII"UITIIUUI'Y'I'l'l'V'T'l'l'l'Ur tidpunkt 6.00 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50 7.75 8.00 8.25 8.50 8.75 9.00 9.25 9.50 100-delstimmar Lahäll vänster hastighet km/h 1207110?
1001
90?
80?
70 -
©
9
e
Th
e
O
C
O
Q
O
Ve
O
CD
»
e
60"; 0 © e 50 -i 0080 ? d 8$ * o 40 7OOdgsgåq .82050600
1
* 0 o
0
30 1
0
20 7
10? 4 O "ITYIVI'll!||IIll'fllUIF'TIIIIIIIUII"II'llIIIIYIIIIVUIIIUV'Y'IIIIUIrT tidpunkt 6.00 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50 7.75 8.00 8.25 8.50 8.75 9.00 9.25 9.50 100-dels timmar Figur 10a-b Medelhastighet för personbilar för varje 5-minutersperiod från 06.00till 09.30 på E18 höger och vänster körfält vid mätplats "Lahäll" Fyllda ringar är från aprilmätningen med påfartsreglering. Ofyllda ringar är mätdatafrån december 1993 och maj 1994 utan
påfartsreg-20
hastighet N
asby hoger
km/h
120
110
100
90
1998 deg e
3
80 7
&
Q g 9
08g
0 980 6
70% 2 e 60 1 2 o 503 0 ..(30 40-5 dQ 30 % 0 0 o 3 20 3 10 71 0 4 tidpunkt 'YI'U'YF'III'I"Ullll'llfil'l""TIU'U'I'II'I'I'IIIIIIUFI'VIUIIT'IUI"ij lmd e -dels timmar 6.00 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50 7.75 8.00 8.25 8.50 8.75 9.00 9 ,.25 9.50 äFigur 10c Medelhastighet förpersonbilarför varje5-minutersperiod från 06.00 till 09.30 påE18 från höger körfält vid mätplats "Näsby" 250 meter uppströms Lahäll. Fylldaringar ärfrån aprilmätningen med påfarts-reglering. Ofyllda ringar är mätdata från december 1993 och maj 1994 utan påfartsregleringen. Tidpunkterna uttryckta i 100-dels tim-mar.
Ur figurerna framgår, som väntat, inga hastighetsskillnader mellan perioder med
och utan påfartsreglering innan denna aktiveras på morgonen, ungefär07.15. Det vill sägadet verkar inte finnas någon "ovidkommande" yttre faktorer, som väder, väglag som skulle kunna ge olika förhållanden för trafiken, åtminstone inte före 07.15.
Ur figur 10 a, b ochc urskiljs treeffekter som allakan varatypiska resultat av en
påfartsreglering.
För det första reduceras medelhastigheten för "utan påfartsreglerings"-perioder tidigare på morgonen än "med"-perioderna. Det gäller åtminstone för maj-perio-derna. För det andra är medelhastigheterna högre under själva kökörningsperio-derna med påfartsreglering än utan.För det tredje avvecklas kösituationen snabbare, vilket är den tydligaste utläsbara effekten. Bilderna på nästa sida
illu-strerar förhållandena klockan 08.20 dels för tisdagen den 19 april med påfarts-reglering ochdels förtisdagen den 17 maj 1994.
et
5
Bilderna illustrerar förhållandena klockan 08.20 dels för tisdagen den 19 april med påfartsreglering och dels för tisdagen den 17 maj 1994 utan påfartsreglering.
22
Ur motsvarande figurer 11 a, b och c från samma körfält och mätsnitt framgår ingen större skillnad i flödesnivåer mellan de olika mättillfällena. Observera att de högsta trafikflödesnivåerna uppnås ungefär klockan 07.00, det vill säga innan tra-fiken lämnar det stabila tillståndet och påfartsregleringen aktiveras. Det är alltså inte ett tillräckligt villkor att trafikflödet överstiger en viss nivå för att aktivera
påfartsregleringen. se ce Lahäll höger fordon/timme 3000"j 2750 7 2500 7 2250 7 2000 -1750 7 © 1500 - 9 1250 -1000 #34 750 7 O e 0 0 O O 0 0 0 e d D 0 P O 0 IW © D e C 0 C Q O e 500 7 250 7 o J 6.00 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50 7.75 8.00 8.25 å.50 8.75 9.00 9.25 9.50 100-dels timmar timflöde v vänster fordon/timme 3oooj 2750 2500 2250 -i H 2000 7 O 1750 - 0 1500 -12507] _1 © 100041 *S 9 3 & 8 © DE e C 888 * 750 7 e + 3% 50013 250 -Osel II'.'ITT'IlfIIIIUUIIIIIIIIjI|"II'|'l'iTri'l'llI'll'l'l'll'Ul'lll'llll' 6.00 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50 7.75 8.00 8.25 8.50 8.75 9.00 9.25 9.50 100-dels timmar Figur 11a-b Totalt trafikflöde uppräknat till timnivå för varje 5-minutersperiod
från 06.00 till 09.30 på E18 höger och vänster körfält vid mätplats "Lahäll". Fyllda ringar är från aprilmätningen med påfartsreglering. Ofyllda ringar är mätdata från december 1993 och maj 1994 utan påfartsregleringen. Tidpunkterna uttryckta i 100-dels timmar.
timflöde fordon/timme 3000 7 2750 7 2500 7 2250? 2000 7 O O 1750 7 Q 1500 7 1250 7 6.00 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50 7.75 8.00 8.25 8.50 8.75 9.00 9.25 9.50 tidpunkt 100-dels ti Figur 1 1 c _
Totalt trafikflöde uppräknat till timnivå för varje 5-minutersperioa es Hmmar
från 06.00 till 09.30 på E18 från höger körfält vid mätplats "Näsby" 250 meter uppströms Lahäll. Fyllda ringar är från aprilmätningen med påfartsreglering. Ofyllda ringar är mätdata från december 1993 och maj 1994 utan påfartsregleringen. Tidpunkterna uttryckta i 100-dels timmar.
2.3 Effekter på motorvägskapacitet
En tänkbar effekt av ett system med påfartsreglering är att kapaciteten på motor-vägen skulle kunna öka. Då påfartstrafiken konvergerar med framförallt höger körfält under kontrollerade former är det inte orimligt att motorvägstrafiken åt-minstone momentant "vågar" köra i något högre hastighet, vilket med oförändrade avstånd mellan fordonen automatiskt ger högre flöde.
I trafiktekniska termer är kapacitet lika med det trafikflöde som maximalt kan för-väntas betjänas under 15 minuter uppräknat till timnivå. Kapaciteten är alltså inte lika med absolut maximalt trafikflöde utan kapaciteten kan överskridas under kortare eller längre period. Som tidigare beskrivits är enligt HCM (3) kapaciteten på en motorväg under helt perfekta förhållanden, inga tunga fordon, dagsljus, torr vägbana m.m., 2 000 fordon per körfält och timme. HCM utkom 1985. Idag anses kapaciteten på motorvägar ha underskattats och ska revideras i de fortlöpande re-videringar som görs av HCM.
Effekter på kapaciteten av en åtgärd kan analyseras på flera olika sätt. Här har
24
trafikmätningar. Avsikten är att studera om sambanden för de 2 dygn med påfarts-reglering avviker från de övriga dygnen. Om det tycks finnas en avvikelse kan man genomföra en mer förfinad analys.
Figurerna 12 a, b, c och d nedan visar hastighet/flödessamband för mätplatserna uppströms och nedströms Lahäll.
hastighet Lahäll
höger
km/h
120 7
11
100 7
1i
80 7
60j 40 7 20 7 timflöde [I'll|!'vv'v'lulvvlllvu'I'vvvvluvuvrullv|vvvlll'lv||I'llvvvlr fordon/timme 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000hastighet Lahäll vänster
km/h 120 7 i 100 7 80 60 7 f a 2 1 . 2 . 2 . 2 . 1 . 2 2 2 . 2 . 4 02 2 2 2 s t e l n a t d a t e O '...'"[VIII"'|'".l'l'Ulv'VYIVUIUITIVV"TTYIUVIVIVVUI'I'VTYT timnöde 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 & fordon/timme Figur 12a-b Hastighets/flödessamband församtligamättillfälleninritade i samma
figur från Lahäll höger och Lahäll vänster. Sambanden från de två mättillfällena i april med påfartsreglering är de sammanhängande kurvparen. Sambanden från de övrigatre mättillfällena visas i de tre punkterade kurvorna. Övergången från stabilt till instabilt tillstånd sker i figurens högra del. Övergången från instabilt till stabilt till-stånd sker i figurens mittdel. Kurvorna visar kontinuerligt samman-bundna5-minutersintervall.
25 Näsby höger hastighet km/h lzoj 100 7 80% 60% 40 7 20 -i timflöde
o -rfTT'lY'V'l ' ' ["V'rv-- "IIYI' --- fordon/timmeL ' ' 0 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 hastighet km/h 1207 40-1 207 J timflöde
0d' vF V F ' vov TT l v T F-F1VV TF l vF TOY|v F T T |v V vF l v VoFT' v TVTI v v F' v4 P F 'vV VT fordomtlmme O 250 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000
Figur 12c-d Hastighets/flödessamband församtligamättillfällen inritade i samma figur från Näsby höger respektive vänster. Sambanden från de två mättillfällena i april med påfartsreglering är de sammanhängande kurvparen. Sambanden från de övriga tre mättillfällena visas i de tre punkterade kurvorna. Övergången från stabilt till instabilt tillstånd sker i figurens högra del. Övergången från instabilt till stabilt till-stånd sker i figurens mittdel. Kurvorna visar kontinuerligt samman-bundna 5-minutersintervall.
26
Vid låga trafikflöden kör alltså fordonen på motorvägen i önskad hastighet obero-ende av omgivande fordon. Vid höga och mycket höga trafikflöden bibehålls en hög hastighetsnivå i ett svagt lutande samband. Vid extremt höga trafikflöden blir, som tidigare nämnts, trafikprocessen ytterligt känslig för störningar och has-tigheten och trafikprocessen övergår i ett instabilt tillstånd. Detta tillstånd råder under en längre tid och övergår slutligen, som regel i ett steg, så småningom till-baka till det stabila tillståndet.
I figurerna 12 a till 12 d är hastighets/flödessambanden för alla fem mättillfällena inritade i samma figur. De två heldragna kurvorna är från april med påfartsregle-ringen, de 3 prickade kurvorna är från övriga mättillfällen. Ur dessa figurer går det inte att se att de heldragna kurvorna har ett avvikande utseende då motorvägen är extremt belastad. De maximala trafikflödena synes vara av storleksordningen 4 800 fordon för båda körfälten och 2 100 för höger och 2 700 för vänster körfält.
2.4 Perioder när systemet tillfälligt släcks ner
När kömagasinet fylls med köande fordon så släcks, som tidigare beskrivits, sig-nalsystemet tillfälligt ner och fordonen på påfarten får köra ut på motorvägen. Självfallet finns det risk att den positiva effekt som uppnås av påfartsregleringen förloras när allt för många fordon ska sammanvävas på en gång med fordon i kö i högerkörfältet. Det skulle till och med kunna vara så att de tillfälliga nedsläck-ningsperioderna permanent förvärrar kösituationen på motorvägen. Därför måste dessa tillfällen granskas speciellt noga.
Trafikmätningarna från de två dagarna i april med påfartsregleringen visar att an-talet nedsläckningar blev 6 respektive 8 under den en till en och en halv timme som systemet var aktiverat. Tiden som systemet var nedsläckt var fixerad till 2,5 minut. Nedsläckningen behöver inte vara längre än ungefär 60 sekunder för att tönma kömagasinet. Det är för den skull inte självklart att nedsläckningstiden ska vara 60 sekunder. Eftersom kömagasinet just blivit fyllt är påfartstrafiken stor. En kort nedsläckningstid skulle kunna ge täta nedsläckningsperioder med den på-frestning som det skulle kunna ge på kösituationen på motorvägen. I figur 13 på nästa sida framgår tidluckan mellan två fordon som ska ut på motorvägen van-ligtvis är 4-6 sekunder eller högre under den tid ,07.15 till 08.30, som systemet är aktivt.
27 TIDLUCKA 20 7 + 1 + + + + 18 7i # + + + + + F + 7 + + - de k + + 14 7 * T +4+ * 0 o ä +-12] + + » + t ++ + * +'tl- i 10 7 t + # + + + + + + p
.
+; + +
++ F
*; & t
tt
++
++
4
+
+
++i +++ + + + + x+ T + + + * + sdt + "X [4 % t, t #lagt334 4 + #0 ,å + +
d
"met 4
Fast FX din
+
+
20 dr
TP,9 hå to
R agt W +
3
d. t
S-
+F
+
+
4 1+ +
|
+ TH
# + T
+
++i?" tot "P,+F
"-
+
4 +
;
å, +
*+ +
t
7
++
+
++
241 ' ## +
14
*
+
+
+
++
l
+
#4
% +
:
+
t
+
0 -
WE +;
4
+
r llllllll l IIIIIIIII I '''''''' rl '''''''' I lllllllll I lllllllll I 7 25 7 50 7,75 8 . 00 8.25 8.50 8 75 tidpunkt 100-dels timmar Figur 13 Tidsluckamellan två på varandra följande fordon på påfarten vidLa-häll. Mätvärdena är från den 19 april 1994 07.15 - 08.45. Tidsluckan mäts från front till nästa front. Mätplatsen ligger 75 meter efter signal-regleringsstolparna. Tiden uttrycks i 100-dels timmar.
Mätpunkten ligger ungefär 75 meter efter signalstolparna. Nedsläckningarna syns som 6 stycken hopningspunkter med tidluckor runt två sekunder.
I figuren 14 nedan visas de enskilda personbilshastigheterna mellan 07.15 och 08.00 den 19 april 1994 vidmätplats "Lahäll" som ligger i slutet av accelerations-sträckan.
Samtliga fordon från påfarten har alltså redan konvergerat med motorvägens huvudström.
28
hastighet Lahäll
höger
kIIl/h . 70 60 50 4 0 30 20 10 7 . 1 7 . 2 7 , 3 7 . 4 7 , 5 7 . 6 7 ,. 7 7 . 8 7 . 9 8 . 0 tidpunkt 100-dels timmar
Figur 14 Individuella personbilshastigheter i höger körfält på E18 vid mätplats
Lahäll från den 19 april 1994 klockan 07.10 - 08.00. De inritade
rutorna visar mätdata från de 6 tillfällen när påfartsreglering tillfälligt
var nedsläckt. Tid uttrycks i 100-dels timmar. "7.5" motsvaras av
klockan 07.30.
Samtliga fordon från påfarten har alltså redan konvergerat med motorvägens
huvudström.
»
I rutorna ser man att de individuella personbilshastigheterna reduceras i början av
perioden men att de som regel går upp igen efter halva perioden, det vill säga efter
ungefär en minut när kömagasinet är tönt. Trafikapparaten verkar alltså kunna
återhämta sig efter varje period.
I figur 15 är varje 5-minutersperiods personbilsmedelhastighet markerad från
perioder med påfartsreglering (fyllda ringar) och perioder utan påfartsreglering
(ofyllda ringar). Figuren överensstämmer med figur 10b som visats tidigare i
dokumentationen. Här har dessutom de 6 nedsläckningsperioderna inritats
(2,5-minutersperioder). De syns som fylld ring med en yttre ring. Dessutom har de
markerats med en pil.
29 Lahäll höger hastighet km/h 120 71
110?
100?
90% o so ft 88 * 70 7 -© & O Q » W Q e O O Ö D e 8558 O e P .O 8 00 Et" e .(3/ååågä/å
e
7
0
40 7j
&
C; O i?g d 8 ge
8 o
30 7
g 0
O
20
-2
o
60 7
O
50 -
0
00
10
A L A L A J A A 0 'rllllfl'erllIIIIIIIIUIIIIIIIIYYTTITIUI'UIUIIIUIIIIIIIlllill'lllllilrr 6.00 6.25 6.50 6.75 7.00 7.25 7.50 7.75 8.00 8.25 8.50 8.75 9.00 9.25 9.50 tidpunkt 100-dels timmarFigur 15 Medelhastigheten för personbilar för 5-minutersperioder med (fylld ring) och utan (ofylld ring) påfartsreglering mellan 06.00 och 09.30. Dessutom har de sex 2,5-minutersperioderna inritats där påfartsregle-ringen tillfälligt har släcks ner.
Som synes avviker inte perioderna med nedsläckt påfartsreglering från de övriga 5-minutersperioderna utan hastigheten ligger väl i höjd med perioderna från tiden med påfartsreglering.
Utan att testa detta statistiskt verkar det klartatt perioder där påfartsregleringen är nedsläckt inte stör förhållandena på motorvägen mer än momentant och att tra-fikprocessen snabbt återgår till tidigare förhållanden.
30
2.5 Miljöeffekter av påfartsreglering (Eva Gustavsson)
Påfartsregleringen vid Lahäll har utvärderats med avseende på energiförbrukning och avgasemissioner. En specialutrustad mätbil har registrerat körförlopp och bränsleför-brukning både med och utan påfartsreglering.
VTT har genomfört undersökningen bl.a. för att se om påfartsreglering uppfyller för-väntningarna på att minska bränsleförbrukning och avgasutsläpp i påfartsregleringens influensområde.
2.5.1 Metod
Två typer av hastighetsmätningar är nödvändiga som indata till utvärderingsmodel-lerna, dels trafikmätningarna och dels körningar med mätbil. Trafikmätningarna ger fordonstypsfördelning i mätpunkterna. Bränslemätningsbilen registrerar körförlopp och mäter bränsletemperatur och bränsleförbrukning.
Den första mätserien gjordes med påfartsreglering i april 1994, den andra då den varit avstängd i ca 4 veckor. Här kan det inte uteslutas att mätningen utan påfartsreglering påverkades av att bilisterna vant sig vid trafikljusen under några veckor. Vissa refe-rensmätningar existerar emellertid även från december 1993 innan trafikljusen togs i drift. De utgör den absoluta referensen för helt opåverkad trafik.
Mätbilen har kört tre olika sträckor (se figur 2 tidigare i dokumentationen): 1. längs Ytterbyvägen, påfarten och E18 (2 460 meter)
2. högerfilen på E18 (3 760 meter) 3. vänsterfilen på E18 (3 760 meter)
Med mätbilen har körförloppen studerats för dessa tre sträckor. Resultatet har använts som indata till VTIs VETO-modell (4). VETO beräknar emissionerna av HC, CO, NO,, och CO, för utvalda körsträckor. Därigenom erhålls en validering av bränslebe-räkningen i VETO genom jämförelsen med uppmätta värden. VETO ger generellt något högre värden för bränsleförbrukning än mätbilens resultat när mätbilens körcykel använts för beräkningarna. För Ytterbyvägen, emellertid, är skillnaden mellan de båda beräkningssätten mycket liten eftersom den har en lång uppförslutning som vi inte tagit hänsyn till i VETO-beräkningarna. Vid jämförelser mellan faktiskt uppmätta värden och indirekt beräknade värden i VETO syns samma tendenser för tillfällena med och
31
utan påfartsreglering. Vid beräkningarna utgår vi därför från de uppmätta mätresul-taten.
Vädret var likartat vid alla mättillfällen och bör alltså inte ha gett upphov till nämn-värda skillnader i mätningarna. Mätbilen som användes var en Volvo 240 GL årsmo-dell 1982.
Tunga fordon utgör ca 7 % av trafiken i högerfilen på E18. Separata mätningar för lastbilars körförlopp har inte gjorts, eftersom påfartsregleringen bara är i drift då det är så mycket trafik att personbilar och lastbilar inte kan ha alltför olika körförlopp. Det fel som skulle kunna uppstå är att de tunga fordonens acceleration överskattas. Samtliga typer av lastbilar och bussar ersätts i beräkningarna med VETO-modellens 14 tons lastbil. P.g.a. den ringa andelen tung trafik bör felet bli av mindre betydelse. Beräk-ningar för tung trafik har vi endast gjort för höger körfält på E18, då den tunga trafiken är mycket marginell i vänster körfält och på Ytterbyvägen.
2.5.2 Databearbetning
Bränslemätningarna har med hjälp av programmet PYTHITA korrigerats till en bränsle-temperatur av 20*C, för att inte ev. olika utebränsle-temperatur under olika mätningar ska leda till skillnader i mätresultaten.
Med hjälp av mätbilens körförlopp har bränsleförbrukning och emissioner beräknats i VETO-modellen för den bilpark som fanns 1993. Dessa emissionsvärden har multipli-cerats med antalet fordon på de olika sträckorna enligt trafikmätningarna och på så vis har de totala emissionerna beräknats för tiden mellan klockan sju och nio på morgonen, dels med påfartsregleringen och dels utan påfartsreglering.
2.5.3 Resultat
2.5.3.1 Bränsleförbrukning
Några betydande skillnader i fordonsfördelning har inte noterats med och utan påfarts-reglering. Jämförelsen gjordes också mellan trafikmätningar som utfördes i december innan påfartsregleringen sattes upp och de trafikmätningar som gjordes i anslutning till mätningar av körförlopp och förbrukning. Bilisternas val av färdväg kan därför
bedö-32
mas vara ungefär desamma vid mätningarna utan påfartsreglering, som innan påfarts-regleringen sattes upp i december 1993.
Bränsleförbrukningen går ner i högerfilen på E18 med påfartsreglering jämfört med utan påfartsreglering, se figur 16. Det är framförallt mellan 07.30 och 08.30 då påfarts-regleringen med säkerhet varit aktiv som det föreligger en tydlig skillnad. På Ytterby-vägen och i vänsterfilen på E18 skiljer sig förbrukningen mycket lite med och utan på-fartsreglering. Våra beräkningar rör hela förbrukningen i ena riktningen på knappt fyra km av E18 samt Ytterbyvägen med ramp mellan klockan sju och nio två morgnar i rad. De två figurerna, figur 16 och 17, visar att VETO-beräkningarna återger verkligheten väl.
Påfartsregleringen vid Lahäll sparar enligt beräkningarna in totalt ca 220 liter bränsle på två dagar, d.v.s. ca 110 liter per dag. Fördelat på de ca 6 150 personbilar som kör förbi på E18 varje dag mellan kl 07.00 och 09.00 i riktning mot centrum blir det i genomsnitt 0,018 liter, d.v.s. nästan en femtedels deciliter för varje bil som kör genom detta område i denna riktning. De som kör i högerfilen på E18, där besparingen är störst, spar en tredjedels deciliter i genomsnitt, vilket är ungefär 10% av förbruk-ningen. Detta tal är ett genomsnitt för alla bilar mellan 07.00 och 09.00 trots att påfarts-regleringen inte har varit igång hela tiden. Sträckan är knappt 4 km.
Koldioxiden som släpps ut är proportionell mot den förbrukade bränslemängden och följer således samma mönster som bränsleförbrukningen.
Tabell 1 Bränsleförbrukning enligt VTlIs beräkningar på berörda sträckor för per-sonbil (mätvärden) och lastbil (modellberäkningar) under en mätdag mellan klockan 7 och 9. Skillnaden i förbrukning och i koldioxidutsläpp med och utan påfartsreglering återfinns i andra och tredje raden. Ett negativt värde anger att förbrukningen är mindre med påfartsreglering än utan.
Ramp E18 högerfil E18 vänsterfil Summa personbil personbil lastbil personbil personbilar pb+1b
bränsleförbr. utan 238 889 180 1278 2404 2585
reglering (dm?)
skilln bränsleförbr +6 -90 -] -26 -110 -111
.med-utan pfreg] (dm?)
skillnad (%) +2,7 -10,2 -0,5 -2, 1 -4,6 -4,3
CO,, skillnad med - +561 -2101 -471 -3022 -5680 -6107
utan pf-reg] (kg)
VTI MEDDELANDE 735 Figur 17
cyklerna.
Bränsleförbrukning mellan klockan 07.00 och 09.00 med respektive utan påfartsreglering enligt VETO-beräkningar på de uppmätta
kör-Br än sl ef ör br uk ning kl 7-9 (l it er )
.
>
8
8
8
8
E
$
n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n __ M 1[] utan trafikljus I med trafikljus (Ib)är de beräknade med VETO-modellen.
Bränsleförbrukning mellan klockan 07.00 och 09.00 med och utan påfartsreglering. Värdena för personbil (pb) är mätvärden, för lastbil Figur 16 B r ä n s l e f ö r b r u k n i n g k l 7 -9 ( l i t e r ) l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l l 33
34
2.5.3.2 Emissioner
Emissionerna av NO,, CO och HC uppvisar olika mönster. Några stora effekter på emissionerna har inte kunnat beräknats av dessa tre ämnen. Den procentuella föränd-ringen totalt för alla mätsträckor tillsammans är under 3 %. För de enskilda mätsträck-orna är skillnaderna större, men som framgår av figur 19 tar de ut varandra. Observera att emissionerna inte mätts, utan beräknats med hjälp av VETO-modellen.
G 15,00 -0 7 i
g
10,00 +
M Hc
[J]co
:0
'
C
5,00 +
0
i
e 2
7
s
6 G
I
S
35 # -5,00 "" m * -10,00 4 a) J 2 7 å -15,00 T & 20,00-Yv pb El18h pb E18h Ib El8v pb pb pb+Ib
igur 18 Diagrammet visar de procentuella förändringarna i emissionerav
kol-väten (HC), koloxid (CO) och kväveoxider (NOx) på de olika mät-sträckorna. Värdena är beräknade modellvärden utgående från den körcykel som registrerats med mätbilen (personbil).
2.5.4 Sammanfattande kommentarer och diskussion om miljöeffekter
Det är i bränsleförbrukningen och i utsläppen av CO,, som de mest påtagliga miljö-mässiga effekterna av påfartsreglering uppträder. Resultaten vad gäller utsläpp av HC, CO och NO, är mera svårtydda och delvis motstridiga.
Den största miljömässiga effekten av påfartsregleringen återfinns i högerfilen på E18. Effekterna i vänsterfilen på E18 och på Ytterbyvägen är mindre.
I beräkningarna av bränsleförbrukningen i VETO har växlingsbeteendet ganska stor betydelse. Under acceleration väljs den växel som ger bästa prestanda. Då eftersträvad
35
hastighet uppnåtts väljs högsta möjliga växel. Om växlingspunkterna sätts lägre kan re-sultatet delvis bli annorlunda.
Videoinspelning av trafikförloppet mellan kl 07.00 och 09.00 på morgonen visar att växlingarna i hastighet verkar vara ganska måttliga. Hastigheten är också låg på motorvägen då trafiken är som tätast. Med påfartsregleringen förblir genomsnittshas-tigheten något högre och stockningen löses upp snabbare. Bränslebesparingen beror sannolikt på att hastigheten förblir högre under den tätaste rusningen. Denna slutsats dras av det faktum att modellberäkningarna för lastbil med samma körcykel som mätbilen, visar att lastbilen inte alls spar så mycket bränsle.
Den procentuella minskningen av bränsleförbrukningen på drygt 4 procent är beräknad på påfartsregleringens förmodade influensområde, d.v.s. på 3,7 km av motorvägen och 2,4 km av Ytterbyvägen i riktning mot centrum. Procenttalet är av intresse för att jäm-föra de olika körcyklerna i området.
2.5.5 Slutsatser om miljöeffekter
Påfartsreglering på påfarter kan spara en viss mängd bränsle, framför allt hos de bilar som kör i högerfilen på motorvägen. Besparingen åstadkoms framför allt genom att på-fartsregleringen förmår fordonen att hålla en hastighet som ligger närmare den ur for-donskostnadssynpunkt optimala och genom att den bidrar till att lösa upp köerna snab-bare .
På själva påfarten ökar bränsleförbrukningen och emissionerna obetydligt av påfarts-regleringen.
Emissionerna av NO,, CO och HC påverkas endast marginellt.
Påfartsregleringen borde energimässigt löna sig att införa på alla motorvägspåfarter där dagligen stockning förekommer.
2.6 Körfältsbyten
Att studera direkta trafiksäkerhetseffekter i form av trafikolyckor och skadade av en påfartsreglering är omöjligt ur de inmätta materialet Även antalet
