Ontwerpregels voor kruispunten in stedelijke netwerken

Betrokkenen Erwin Bezembinder Luc Wismans Eric van Berkum Het onderzoek dat hier gepresenteerd wordt, wordt uitgevoerd in de vorm van een promotieonderzoek van de 1e auteur aan de Universiteit Twente. Het onderzoek wordt begeleid door Luc Wismans en Eric van Berkum. Het onderzoek wordt uitgevoerd op de Hogeschool Windesheim, waar de 1e auteur werkzaam is als onderzoeker en docent. Het onderzoek wordt gefinancierd door de NWO (via de promotiebeurs voor leraren) en de Hogeschool Windesheim.

1 2 3 4 Inhoud Ontwerpregels Onderzoeksopzet Stand van zaken Vragen & discussie

Ontwerpregels voor kruispunten Bestaande ontwerpregels Ontwerprichtlijnen bevatten regels Bepalen beste kruispuntontwerp Afweging van kruispuntvormen Verschillende afwegingsmethodieken Veel ontwerprichtlijnen voor het ontwerpen van wegen bevatten regels voor het ontwerpen van kruispunten. In Nederland zijn deze regels vooral te vinden in CROW-publicaties (ASVV 2012, Handboek Wegontwerp 2012, Turborotondes, enzovoort). Internationaal zijn daar vergelijkbare voorbeelden van te vinden. De regels zijn bedoeld om in een vroegtijdig stadium van het ontwerpproces (planvorming voor het ontwerp) te bepalen, welk kruispunt het beste is. Er wordt een afweging gemaakt welke kruispuntvormen wel en welke kruispuntvormen niet wenselijk zijn. Daarbij kunnen verschillende niveaus van toetsing gebruikt worden, van grof naar fijn.

Ontwerpregels voor kruispunten Vuistregels en rekenmethoden Intensiteitscriterium van Slop Macroscopisch rekenmodel 𝛼= 𝐼 𝑧 𝐼 1 −1+ 1+𝛽× 𝐼 ℎ ÷ 𝐼 𝑧 Al in 1975 opgesteld door ingenieur Slop. Voor een kruispunt wordt voor het 8e drukste uur een alpha waarde bepaald. Op basis van de intensiteit op de hoofdweg (drukst bereden richting), intensiteit op de zijweg en een serie parameters (m.b.t. stroken). Voor een vierarmig kruispunt: alpha kleiner dan 1,00 dan VRI ongewenst. Boven 1,33 noodzakelijk. Later ook gebruikt om rotonde aan te geven. Er zijn nog diverse andere regels te vinden, zoals allerlei opzoektabellen. Aan het andere eind van het spectrum: Rekenmodellen. Diverse soorten en maten. Van macroscopisch naar microscopisch. Hier een voorbeeld van de eerste. Veelal gericht op criteria ten aanzien van doorstroming. Slechts beperkt gericht op milieu en veiligheid. Uitstoot van schadelijke stoffen (NOx, PM10, etc.).

Ontwerpregels voor kruispunten Basisprincipe Criteria Intensiteiten Vuistregels/ Rekenmodel Beste ontwerp Ontwerpen Grenswaarden Basisprincipe van vuistregels en rekenmethoden is hetzelfde. Intensiteiten, berekening/regels, ontwerpen, criteria, grenswaarde(n) en RANDVOORWAARDEN. Bij vuistregels heb je eigenlijk geen ontwerpen die je er in stopt. Enkel intensiteiten. Randvoorwaarden

Ontwerpregels voor kruispunten Geen eenduidige ontwerpregels Verschillende methoden voor verschillende criteria Varianten opgeven beperkt de scope Voorkeuren/meerdere criteria in één regel Beperkingen en verschillen in kruispuntvormen Vuistregels en rekenmethoden worden door elkaar gebruikt voor verschillende doelen/criteria. Voor doorstroming wordt bijvoorbeeld een vuistregel gebruikt, terwijl voor milieu een rekenmodel noodzakelijk is. Om meerdere criteria mee te kunnen wegen wordt/moet daarom bij altijd gebruik gemaakt worden van rekenmodellen. Met rekenmodellen kunnen de indicatoren/prestaties beter bepaald worden, maar meer invoer en meer tijd. Daarnaast heeft zelf opgeven van varianten beperkingen. De kans is aanwezig dat de ‘beste’ oplossing niet gevonden wordt. Veel vuistregels bevatten vaak impliciet voorkeuren voor bepaalde kruispuntvormen. Voorkeuren zijn wel gebaseerd op onderzoek, maar geen garantie voor de beste oplossing. Voorbeeld: CROW GOW: Voorkeur voor rotonde tenzij verkeersafwikkeling of andere reden (kosten, ruimte) echt niet anders kan. Dit maakt het lastig de optimale oplossingen voor verkeersveiligheid en verkeersafwikkeling eenduidig te maken en af te wegen. Er zit al een weging/voorkeur in. Daarnaast ontbreken kruispuntvormen/instellingen van de verkeersvraag in vuistregels of zijn er voor elke vorm zeer verschillende soms tegenstrijdige criteria.

Ontwerpregels voor kruispunten Ontwerpregels volgens Vitins & Axhausen (2012) Totale intensiteit Aandeel doorgaand verkeer < 20% < 40% < 60% < 80% < 100% < 500   < 1000 < 1500 < 2000 > 2000  Het zou mooi zijn als je één eenduidige set van regels voor het ontwerpen van kruispunten kan bedenken. Data verzamelen is hele lastige klus. Maar… Aanzet/voorbeeld qua werkwijze/methode gedaan door Vitins & Axhausen (2012). Zij hebben op basis van HCM 2000/2010 voor een drie/viertal kruispuntvormen de vertragingen bepaald voor een hele set van verschillende kruispuntintensiteiten. Zo hebben gevarieerd met o.a. totale intensiteit, aandeel (recht)doorgaand verkeer enzovoort. Aannames over VRI-berekeningen, aantal stroken (1 per richting) enzovoort. Berekeningen voor zowel drie- als vierarmige kruispunten (maakte nogal veel verschil). Uit de analyse van de data leiden zij voor verschillende categorieën totale intensiteiten en aandelen doorgaand verkeer, de optimale kruispuntvorm af. Later een voorbeeld. Resultaat is deze tabel. Rondje is rotonde, plusje is voorrangskruispunt, vierkantje is VRI! In artikel foutje in legenda. Vervolgens hebben ze deze regels toegepast op diverse netwerken (met verschillende HB-tabellen?) en vergeleken met bijvoorbeeld allemaal rotondes, VRI’s en een (lokale) optimalisatie. Prestaties op netwerkniveau vergelijken (voertuigverliesuren). Kleine verschillende met optimalisatie. BEPERKT: Slechts beperkte set van kruispuntvormen, intensiteiten, instellingen (aantal stroken, VRI), één doel, geen daadwerkelijke netwerkoptimalisatie.

Ontwerpregels voor kruispunten Geen inzicht in netwerkeffecten Leveren (lokale) ontwerpregels met als doel het minimaliseren van de kruispuntvertragingen op netwerkniveau ook een optimale prestatie? Ten aanzien van het laatste punt uit de studie van Vitins & Axhausen. Er zullen verschillen zitten tussen lokale en netwerk optimalisatie. Netwerkoptimalisatie is echter nogal tijdrovend. Bijvoorbeeld 10 kruispuntontwerpen en 100 kruispunten, geeft al 10^100 mogelijk oplossingen. Rekentijd is gigantisch of minstens een hele klus. Het zou mooi zijn als de regels uitgebreid kunnen worden zodat ze ook bijdragen aan netwerkoptimalisatie. De vraag is of dit wel kan/lukt. Bijvoorbeeld door kenmerken van de positie van het kruispunt in het netwerk mee te nemen in de regels (aangrenzende kruispunten, wegen, routes).

Onderzoeksopzet Eén eenduidige set van regels Meerdere beleidsdoelen Uitgangspunten Eén eenduidige set van regels Meerdere beleidsdoelen Lokale en netwerk optimalisatie Nederland, binnen de bebouwde kom Modelaanpak Wat willen we met dit onderzoek? Eén eenduidige set van regels voor alle doelen, kruispuntvormen enzovoort. Op een systematische en eenduidige manier bepaald (voor alle vormen en doelen uit één en dezelfde bron, zelfde werkwijze). Voor meerdere doelen afzonderlijk. Zodat de vergelijking ‘schoon’ is. Dus voor doelen ten aanzien van het minimaliseren van de negatieve effecten van verkeer: congestie, verkeersongevallen, opwarming van de aarde, geluidhinder en luchtverontreiniging. Zowel lokale als netwerkdoelen/criteria/regels. Lokaal op basis van intensiteiten. Netwerk op basis van positie van kruispunt in netwerk. Beperking is dat het gedaan wordt voor Nederland, binnen de bebouwde kom. Daarom o.a. van belang om ook fiets, voetgangers mee te nemen. Vrachtverkeer. Turborotondes. Afhandeling van de fiets, voetgangers. De opzet gaat uit van een modelmatige exercitie. Modellen genereren data om regels te bepalen. In model alleen routekeuze. Geen modal split/distributie/ritgeneratie.

Onderzoeksopzet 1 2 3 4 5 Lokale regels Netwerkprestaties Stappen Lokale regels 1 Kruispuntmodel Effect modellen Regelimplementatie Toedelingsmodel Optimalisatiemodel Netwerkprestaties 2 Optimale netwerken 3 Netwerk regels 4 Toepassing 5 In paper uitgebreide beschrijving. In stap 1: Lokale effecten bepalen met kruispuntmodel. Uitdaging in het afleiden van regels uit gegenereerde data. Voor elk doel een set regels. In stap 2: Toepassing van de regels op netwerkniveau. Netwerkprestaties bekijken. Uitdaging in implementatie van regels: kip-ei met toedelingsmodel (statisch/dynamisch). Bestuderen effecten van bestaande regels! In stap 3: Optimalisatie met meerdere doelen. Gebaseerd op werk van Wismans. Bepalen van optimale netwerken (kruispuntontwerpen). In stap 4: Afleiden van nieuwe/aangepast regels op basis van netwerkprestaties en optimale inrichtingen. In stap 5: Toepassing van de regels in daadwerkelijke beleidssituatie, bestaand netwerk, maken van afweging oid, keuzes voor de inrichting.

Onderzoeksopzet 1 doel 2 ontwerpen 33 intensiteitensets Voorbeeld: Stap 1 1 doel 2 ontwerpen 33 intensiteitensets Eenvoudig voorbeeld ter illustratie van stappen 1 en 3. Voor nu: 1 doel: Kruispuntvertraging/voertuigverliesuren. 2 ontwerpen: rotonde, voorrangskruispunt met linksafvakken op de hoofdweg. 33 intensiteitensets: totale intensiteit (3) en het aandeel rechtdoorgaand verkeer (op de zijweg) (11). Verkeer van 1 naar 3 en 3 naar 1. Verkeer van 2 naar 4 (en vice versa) of van 2 naar 1 (en vice versa). Doorrekenen met OmniTRANS Dan krijg je dus 33*2 ‘getallen’. Voor elk van die 33 situaties zou je de optimale kruispuntvorm kunnen bepalen, maar het zou aardig zij die tabel te vereenvoudigen.

Onderzoeksopzet Voorbeeld: Stap 1 Leid regel af. Data analyse Nu met de hand!

Onderzoeksopzet Intensiteitenset Ontwerpregel Beste ontwerp Voorbeeld: Stap 1 Intensiteitenset Ontwerpregel Beste ontwerp Totale intensiteit Aandeel rechtdoorgaand verkeer zijweg < 40% ≥ 40% 1500  2000  2500 Eenvoudige weergave. Strikt genomen zouden we meer totale intensiteiten moeten checken en die ook in een lijn moeten zetten, zodat er grenzen duidelijk worden.

Onderzoeksopzet 1 netwerk 3 kruispunten 2 ontwerpen 1 HB-matrix Voorbeeld: Stap 3 1 netwerk 3 kruispunten 2 ontwerpen 1 HB-matrix In stap 2 pas je de regels toe op een netwerk (in combinatie met een toedelingsmodel). Nu gaan we even direct toe naar stap 3 om de netwerkeffecten inzichtelijk te maken. 1 eenvoudige netwerk met drie kruispunten. Wederom deze keuze tussen rotonde of voorrangskruispunt. De weg 1->3 is een hoofdweg. 1 HB-matrix (is erg eenvoudig). VA-toedelinsgmodel (statisch) met BPR-functies op wegvakken om ook wegvakvertragingen te bepalen. Wegvak- en kruispuntvertraging wordt meegenomen in routekeuze. Nu de luxe om alle mogelijke combinaties door te rekenen, waardoor we even geen optimalisatiemodel nodig hebben.

Onderzoeksopzet Voorbeeld: Stap 3 2^3 combinaties: 2x2x2=8. RVR heeft de laagste totale VVU. RVV heeft de laagste VVU voor kruispunten. RRR heeft de laagste VVU voor wegvakken. Eén van deze oplossingen zal uit stap 2 komen. Op basis van de regels.

Stand van zaken Intensiteiten Ontwerpen Model Prestaties Afleiden ontwerpregels Intensiteiten Ontwerpen Model Prestaties Optimale oplossingen Data analyse Hoe staat het er nu voor? Raamwerk aan het bouwen voor het genereren van de datasets. Uiteindelijk veel intensiteitensets (250 oid), inclusief totaal, afslaand, verdeling hoofd-zij. 40-80 ontwerpen: Bijvoorbeeld variaties in type, opstelstroken, breedte middenberm, type VRI, rotonde. In totaal 250*40=10.000 records. Worden er nog meer: fiets, voetganger, vracht. Uiteindelijk 100.000-1.000.000.000 Prestaties: vertraging, maximum, gewogen gemiddelde, totaal, wachtrij, berekende VRI, etc. Randvoorwaarden toepassen: Onlogische ontwerpen, kosten/ruimte categorieën. Data analyse: Data mining -> Beslisbomen. Decision tree learning. Nog geen tree te tonen, ivm VRI-optimalisatie. Instellingen nog niet goed.

Stand van zaken Afleiden ontwerpregels

Stand van zaken Afleiden ontwerpregels

Stand van zaken Afleiden van ontwerpregels Size cat.1 Total demand <=1250 Minor road share <=30% Junctiontype 201 (100%) Minor road share >30% Junctiontype 101 (100%) Total demand 1250-2000 Minor road share <=10% Junctiontype 201 (52%) Minor road share >10% Junctiontype 301 (36%) Total demand 2000-3250 Total demand >3250

Tijd voor vragen en discussie