Nghiên cứu dòng bão hòa trong điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu tại các ngã tư chính ở thành phố hồ chí minh

Nơi sinh : Bình Thuận Chuyên ngành : Cầu, tuynel và các công trình xây dựng khác trên đường ôtô và đường sắt TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU DÒNG BÃO HÒA TRONG ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG BẰNG ĐÈN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

- -

NGHIÊN CỨU DÒNG BÃO HÒA TRONG

ĐIỀU KHIỂN GIAO THÔNG BẰNG ĐÈN TÍN HIỆU TẠI CÁC NGÃ TƯ CHÍNH Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CHUYÊN NGÀNH: CẦU, TUYNEL VÀ CÁC CÔNG TRÌNH XÂY DỰNG

KHÁC TRÊN ĐƯỜNG ÔTÔ VÀ ĐƯỜNG SẮT MÃ SỐ NGÀNH: 2.15.10

ĐOÀN THANH SANG

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2004

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: Phó Giáo sư – Tiến sĩ Nguyễn Xuân Vinh

Cán bộ chấm nhận xét 1: ………

Cán bộ chấm nhận xét 2: ………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ……… tháng ……… năm 2004

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

Tp HCM, ngày tháng năm 2004

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : Đoàn Thanh Sang Phái : Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 17/03/1975 Nơi sinh : Bình Thuận

Chuyên ngành : Cầu, tuynel và các công trình xây dựng khác trên đường ôtô và đường sắt

TÊN ĐỀ TÀI : NGHIÊN CỨU DÒNG BÃO HÒA TRONG ĐIỀU KHIỂN GIAO

THÔNG BẰNG ĐÈN TÍN HIỆU TẠI CÁC NGÃ TƯ CHÍNH Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :

1- Nghiên cứu quãng cách thời gian t giữa các xe trong dòng xe tại nút giao thông có đèn tín hiệu giao thông

2- Nghiên cứu dòng bão hòa tại các nút giao thông có đèn tín hiệu

3- Phân tích, tính toán xác định hệ số qui đổi mới phù hợp với đặc trưng giao thông của Việt Nam

4- Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào việc xác lập công thức xác định khả năng thông hành tại ngã tư có đèn tín hiệu giao thông, ứng dụng kết quả nghiên cứu vào công tác phân luồng giao thông trong thành phố

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS-TS NGUYỄN XUÂN VINH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

Ngày tháng năm 2004

LỜI CẢM ƠN

Qua thực tế khai thác hệ thống cơ sở hạ tầng cho thấy có nhiều vấn đề như tình trạng kẹt xe ngày càng gia tăng, thời gian hành trình tăng lên, vận tốc xe chạy thấp, v.v… Để giải quyết vấn đề ùn tắc giao thông cần có những

cơ sở khoa học khi thiết kế bề rộng phần xe chạy, số làn xe, vạch sơn, phân luồng giao thông cũng như tính toán thiết kế làn sóng xanh để tiến tới xây dựng hệ thống giao thông thông minh, v.v…

Luận văn “Nghiên cứu dòng bão hòa trong điều khiển giao thông

vọng sẽ đưa ra được những số liệu ban đầu về khả năng thông hành và quãng cách thời gian giữa các xe trong dòng, để có thể sử dụng trong qúa trình thiết kế và tổ chức phân luồng giao thông ở khu vực thành phố Hồ Chí Minh

Có những kết quả trong luận văn này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các quí thầy giáo hướng dẫn, các đồng nghiệp và các cơ quan hữu quan

Tôi xin chân thành cảm ơn các giáo viên Bộ môn Đường bộ, Khoa Xây dựng Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh, Phòng cảnh sát giao thông Đường bộ TP Hồ Chí Minh, Khu quản lý giao thông đô thị, Sở Giao thông Công chánh, Công ty Ove Arup cùng các cơ quan hữu quan đã giúp đỡ chúng tôi trong quá trình điều tra thu thập số liệu

Xin chân thành cảm ơn PGS_TS Nguyễn Xuân Vinh đã nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ tôi, cho những ý kiến quí báu trong việc hoàn thành luận văn này

Trong khuôn khổ nội dung của một luận văn, chắc chắn chưa đáp ứng được một cách đầy đủ những vấn đề đặt ra, thêm vào đó, do trình độ của bản thân và điều kiện thực nghiệm còn hạn chế, tôi xin thành thật biết ơn và xin tiếp thu những ý kiến đóng góp của các nhà khoa học và các bạn

CHƯƠNG MỞ ĐẦU

I SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU:

Thành phố Hồ Chí Minh có 1440 nút giao thông, trong đó có 744 ngã

ba, 480 ngã tư, 15 ngã năm, 2 ngã sáu và 1 ngã bảy, 9 công trường, tất cả các nút giao thông trong khu vực nội thành đều là các nút giao đồng mức, với hơn

380 nút giao thông được điều khiển bằng đèn tín hiệu giao thông

Khả năng thông hành là một trong những chỉ tiêu khai thác cũng như tiêu chuẩn kỹ thuật được định ra dùng để thiết kế đường mới, cải tạo và tổ chức phân luồng giao thông Khả năng thông hành và dòng bão hòa có quan hệ mật thiết với nhau, việc nghiên cứu dòng bão hòa sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về khả năng thông hành của đường

Ở nước ta tuy các nhà khoa học đã sớm quan tâm đến giao thông đô thị, nhưng do sự phức tạp của giao thông đô thị nên vẫn còn nhiều vấn đề tồn tại như: dùng những kết quả nghiên cứu thực nghiệm của nước ngoài có điều kiện giao thông khác nước ta để áp dụng cho điều kiện Việt Nam, dùng các tiêu chuẩn của nước ngoài (Pháp, Mỹ, Liên Xô Cũ) sửa đổi thành tiêu chuẩn Việt Nam

Trong thực tế khi thiết kế mới, cải tạo hay tổ chức phân luồng giao thông gặp không ít khó khăn và đôi khi phải dùng đến những kết quả nghiên cứu chưa được thống nhất

Các nghiên cứu thực nghiệm về dòng xe do không được tiến hành thường xuyên nên các qui định dễ bị lạc hậu, do các đặc trưng dòng xe cũng như giá trị năng lực thông xe thay đổi theo thời gian, đó là do hệ thống đường giao thông ngày càng tốt hơn, xe ngày càng hiện đại và chạy nhanh hơn, và đặc biệt là người lái xe ngày càng có kinh nghiệm trong điều kiện đường sá ngày càng đông đúc

Hiện nay để quy đổi lưu lượng của dòng xe hỗn hợp về dòng xe thuần nhất xe con tiêu chuẩn (PCU – Passenger Car Unit) chúng ta hiện còn dùng chung cho tất cả các trường hợp tính toán, không có hệ số qui đổi riêng cho các mô hình giao thông khác nhau như: giao thông trên đường quốc lộ, giao thông tại nút giao thông không có đèn tín hiệu giao thông, vòng xoay và tại nút giao thông có đèn tín hiệu, mặc dù đặc điểm của các dòng xe tại các loại nút giao thông này không giống nhau về tốc độ và mật độ

Do hệ số qui đổi của Việt Nam và của các nước có một số khác biệt do sự khác nhau về: điều kiện đường sá, thành phần xe tham gia lưu thông, đặc trưng của các phương tiện tham gia giao thông, hành vi của lái xe,… nên khi áp dụng các phần mềm thiết kế của nước ngoài vào điều kiện còn gặp nhiều trở ngại do đa số các phương tiện giao thông trên đường là xe 2 bánh (chiếm hơn 80%), dẫn đến kết quả tính toán bằng các phần mềm nước ngoài không phù hợp với thực tế Việt Nam Hệ số qui đổi là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu quá chu kỳ đèn tín hiệu giao thông hoặc ứng dụng trong việc thiết kế làn sóng xanh cho mạng lưới đường

Quy phạm kỹ thuật thiết kế 20 TCN-104-83 (Bộ Xây dựng) được ban hành từ năm 1983 có quy định hệ số qui đổi xe nhưng ban hành cách đây đã quá lâu, trong khoảng thời gian 20 năm qua rất nhiều yếu tố đã thay đổi như:

- Lượng xe tăng lên, bình quân hàng năm Mật độ giao thông cũng tăng dần lên ảnh hưởng đến năng lực của làn xe

- Chất lượng đường được cải thiện (mặt đường, vạch sơn, biển báo,…)

- Tỷ lệ các loại xe đã thay đổi so với trước đây (do sự gia tăng đột biến của lượng xe gắn máy trong hai năm vừa qua)

- Xe gắn máy hiện nay có công suất lớn hơn trước nhiều (bình quân là

100 phân khối so với trước đây chỉ có 50 phân khối), các xe gắn máy hiện nay có thể dễ dàng tăng tốc hơn trước

- Hành vi của người lái xe đã ít nhiều có sự thay đổi, người lái xe đã phần nào thích nghi với việc lái xe trong điều kiện đường sá đông đúc như hiện nay, do mức độ tập trung của lái xe tăng lên tức thời gian phản ứng tâm lý ngày càng giảm nên khoảng cách an toàn giữa

2 xe giảm dần…

Do đó cần phải có một nghiên cứu mới để đưa ra một hệ số qui đổi mới phù hợp với tình hình giao thông hiện nay, đặc biệt là tại các nút giao thông có đèn tín hiệu giao thông – nơi có lưu lượng xe khá lớn và thường xuyên xảy

ra ùn tắc giao thông

Đề tài “Nghiên cứu dòng bão hòa trong điều khiển giao thông bằng

đèn tín hiệu tại các ngã tư chính ở Thành Phố Hồ Chí Minh” thông qua

phương pháp nghiên cứu thực nghiệm với mục tiêu:

1- Nghiên cứu quãng cách thời gian t giữa các xe trong dòng xe tại nút giao thông có đèn tín hiệu giao thông

2- Nghiên cứu dòng bão hòa tại các nút giao thông có đèn tín hiệu

3- Phân tích, tính toán xác định hệ số qui đổi mới phù hợp với đặc trưng giao thông của Việt Nam

4- Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào việc xác lập công thức xác định khả năng thông hành tại ngã tư có đèn tín hiệu giao thông, ứng dụng kết quả nghiên cứu vào công tác phân luồng giao thông trong thành phố

Thành phố Hồ Chí Minh cũng như các đô thị khác của Việt Nam có chung đặc điểm là giao thông đô thị là loại hỗn hợp với lượng xe máy chiếm tỷ trọng khá lớn, do vậy nội dung của luận văn mong muốn có những đóng góp một phần nhỏ vào việc nghiên cứu giao thông đô thị Trong khuôn khổ nội dung của một luận văn, khả năng thông hành thực tế và hệ số qui đổi xe được nghiên cứu ở khu vực nội đô TP HCM Tuy nhiên kết quả nghiên cứu mang tính tổng quát, do vậy cũng có thể áp dụng những kết quả nghiên cứu này cho những đô thị khác của Việt Nam khi thiết kế, cải tạo hoăïc tổ chức giao thông

II MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU:

Mục đích của luận văn là xác định được dòng bão hòa, khả năng thông thông hành của các đường phố vào nút giao, nghiên cứu quãng cách thời gian giữa các xe và hệ số qui đổi các loại xe khác nhau về xe con tiêu chuẩn Kết quả của luận văn sẽ đưa ra những dữ liệu cơ bản góp phần giải quyết các vấn đề đặt ra trong công tác tổ chức phân luồng giao thông và quy hoạch giao thông như: xác định số làn xe, xác định bề rộng đường, tổ chức giao thông, đánh giá tình trạng giao thông, xác định chu kỳ đèn, tính toán làn sóng xanh…

Thành phố có lượng xe 2 bánh rất nhiều và chiếm tỉ lệ cao nhưng lại thay đổi liên tục theo không gian và thời gian, vì thế kết quả nghiên cứu khả năng thông hành và hệ số qui đổi xe 2 bánh sang xe con tiêu chuẩn tại các vị trí ra vào nút giao thông có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:

Được thực hiện bằng khảo sát thực nghiệm kết hợp với lý thuyết

+ Để đạt được mục tiêu nghiên cứu nói trên tác giả đã tự thực hiện công việc khảo sát thực nghiệm dòng bão hòa thực tế ở các nút giao thông chính ở thành phố Hồ Chí Minh, xử lý các số liệu bằng toán học để tìm khả

năng thông hành của đường và hệ số qui đổi các loại xe khác nhau về xe con tiêu chuẩn

+ Các lý thuyết được áp dụng để tính toán, xử lý số liệu bao gồm:

- Lý thuyết dòng xe trong thiết kế đường ôtô

- Lý thuyết xác xuất thống kê

IV NỘI DUNG NGHIÊN CỨU:

(1) Nghiên cứu thời gian quãng cách giữa các xe trong dòng xe tại một số nút giao thông chính tại Thành phố Hồ Chí Minh có đèn tín hiệu giao thông

(2) Nghiên cứu dòng bão hòa của dòng xe hỗn hợp tại các nút giao thông có đèn tín hiệu

(3) Phân tích, tính toán xác định hệ số qui đổi mới phù hợp với đặc trưng giao thông của Việt Nam

(4) Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào công tác phân luồng giao thông trong thành phố

CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH CHUNG VỀ VIỆC NGHIÊN CỨU DÒNG XE Ở TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC, CÁC PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU DÒNG BÃO HÒA

I/ CÁC CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ DÒNG XE TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC:

Để xác định được khả năng thông hành lý thuyết, các tác giả đã mô hình hóa dòng xe dựa vào lý thuyết động lực học, lý thuyết xe bám xe, lý thuyết thủy động học vv để xác định khả năng thông hành

1.1.Các mô hình động lực học đơn giản: theo [6]

Với giả thiết là dòng xe thuần nhất, các xe chạy trên đường có cùng kích thước, cùng một tốc độ v, bám đuôi nhau và cách đều nhau 1 đoạn S thì khả năng thông hành của một làn xe được tính :

Trong đó:

P: Khả năng thông hành của làn xe

v: Vận tốc chuyển động trung bình của dòng xe (km/h)

d: Khổ động học, hay quãng giữa các xe chạy nối tiếp nhau (m)

Căn cứ vào giả thiết ban đầu về chiều dài d, có thể phân ra một số nhóm như sau:

* Nhóm 1: Không kể đến chiều dài hãm xe

Các tác giả đi theo hướng nghiên cứu này gồm: B Greenshields, V.Svanter, Yu.M.Dadencôv,…

Khoảng cách an toàn tối thiểu giữa các xe (khổ động học của xe) tính theo công thức:

* Nhóm 2: Bao gồm các tác giả A.K Birulia, G.Berman, Iu.S.Crưlôv,

k: hệ số sử dụng phanh

: hệ số bám của bánh xe với mặt đường

f : hệ số sức cản lăn

i : độ dốc dọc (lên dốc mang dấu (+), xuống dốc (-))

lf : Quãng đường xe sau chạy được trong thời gian phản ứng tâm lý của người lái (m)

Năng lực thông hành:

lo lx

lh lf

v

* Nhóm 3: Được biết đến bởi các tác giả M.S Fiselson, A.A Poliacôv,

D.Allea, D.P Velikanôv,…

Nhằm đưa ra công thức chính xác hơn mô hình của nhóm 2 bằng cách xét đến hiệu quả hãm xe của cả 2 xe đi trước và đi phía sau Đó là hiệu số quãng đường hãm của xe trước và xe sau

d = lx + (lh1 - lh2 )+ lf + lo

lh1: Quãng đường hãm phanh của xe trước (m)

lh2: Quãng đường hãm phanh của xe sau (m)

Năng lực thông hành:

Mô hình này xét tác động qua lại giữa các xe chạy nối đuôi nhau một cách chính xác hơn, và mô hình này cho ra kết quả sát với thực tế nếu lựa chọn các yếu tố ban đầu (như thời gian phản ứng tâm lý, hệ số sử dụng phanh và hệ số bám, ) thì kết quả tính toán sẽ sát với thực tế

* Nhóm 4: Trên cơ sở quan trắc rộng rãi quãng cách giữa các xe trong

các điều kiện đường sá thực tế, nhóm này (Các tác giả Mỹ, N.F.Khorosưlov, V.A.Yudin ) đã lập các quan hệ thực nghiệm và lập biểu đồ về quãng cách giữa các xe và tốc độ Thông qua khảo sát thực nghiệm khả năng thông hành của nút trong điều kiện chuẩn, sau đó dùng hệ số chiết giảm để tính khả năng thông hành theo kinh nghiệm từng nơi

1.2 Mô hình xe bám xe (car following): theo [6], [31]

Mô hình xe bám xe (car following) là sự phát triển của lý thuyết mô hình động học đơn giản nhằm nghiên cứu chi tiết tác động qua lại của các xe chạy nối tiếp nhau để giảm bớt số tai nạn trên đường Mô hình xe bám xe do các nhà khoa học ở California đề xướng, nghiên cứu ảnh hưởng của xe trước tới hoạt động của xe sau

Khoảng cách tối thiểu giữa các xe tính theo công thức:

h h

l

v P

)(

.1000

2 1

(xe/giờ) ; (1.4)

lx : chiều dài của xe

lo : cự ly tối thiểu giữa 2 xe đỗ

( tf vn): cự ly giữa các xe phụ thuộc vào tốc độ xe chạy

tf : thời gian phản ứng của lái xe, biểu thị độ nhạy cảm của

lái xe, và thường lấy tf bằng 1 giây

Gọi C là độ nhậy cảm của xe bằng nghịch đảo của thời gian phản ứng (C= 1/ tf ), thời gian phản ứng nhỏ có nghĩa là nhậy cảm lớn, từ phương trình trên ta có phương trình vi phân của Lý thuyết I xe bám xe:

PHẢN ỨNG = ĐỘ NHẠY CẢM x TỐC ĐỘ TƯƠNG ĐỐI

Phản ứng ở đây chính là gia tốc của xe sau, nên

GIA TỐC = ĐỘ NHẬY CẢM x TỐC ĐỘ TƯƠNG ĐỐI

Quan hệ cơ bản theo lý thuyết I:

P = C (1- q/q’)

+ Lý thuyết II do D.Gazis, R Herman, R.Pots đề nghị độ nhậy cảm phải kể tới khoảng cách của hai xe:

HỆ SỐ NHẬY CẢM

GIA TỐC = ––––––––––––––––– x TỐC ĐỘ TƯƠNG ĐỐI

QUÃNG GIỮA 2 XE Mệnh đề này được phát biểu dưới dạng toán học:

x"n = [C/(xn+1 –xn)] x (x’n+1 –x’n)

Quan hệ cơ bản theo lý thuyết II:

P = C.q ln(q’/q)

+ Lý thuyết III: Năm 1961 L.Edie đề nghị bổ sung thêm vào Lý thuyết

II, yếu tố về khoảng cách không gian:

GIA TỐC = –––––––––––––––––––––––––––––– -––– x TỐC ĐỘ TƯƠNG ĐỐI

QUÃNG KHÔNG GIAN x QUÃNG THỜI GIAN

Quan hệ cơ bản theo lý thuyết III:

P = v q e-Cq

1.3 Mô hình thủy động học: theo [7]

Phương trình cơ bản:

4

q V

1

q V

N t u với n = 1 ; (1.9)

Trong đó :

N : Năng lực thông hành

Vt.u : Tốc độ ứng với năng lực thông hành

qmax : Mật độ tối đa ứng với V = 0

e : Cơ số loga tự nhiên

n : Số mũ của khoảng cách giữa các xe

1.4 Các kết quả nghiên cứu ở trong nước:

1.4.1 Đối với dòng thuần xe máy

Ở các nuớc phát triển phương tiện giao thông trên đường chủ yếu là ô tô, xe máy chiếm một tỷ lệ rất nhỏ Vì vậy, người ta không bố trí đường xe máy riêng Tuy nhiên xe máy là một loại phương tiện trên đường, nhất là đối với các nước ở Đông Nam Á, tỷ lệ xe máy trên 1000 người cũng cao Vì vậy nó đã được các nước quan tâm ở một mức độ nhất định Tuy nhiên, mối quan tâm này chủ yếu ở dưới góc độ môi trường, tai nạn giao thông vv

Nước ta có tỷ lệ xe máy tham gia lưu thông khá cao, theo các cuộc điều tra của tổ chức Jica thì lượng xe gắn máy chiếm tỷ lệ 80%, xe gắn máy đông góp phần làm gia tăng ùn tắc giao thông tại thành phố

+ Theo kết quả nghiên cứu của Thạc sĩ Trần Văn Thuần về dòng thuần

xe máy thì phân bố tốc độ của dòng xe là theo luật chuẩn và quan hệ giữa tốc độ (V) và cường độ (N) là quan hệ tuyến tính [10]

V = 40.20 – 0.00143 N ; xe/h ; (1.10)

Kết quả nghiên cứu của Thạc sĩ Trần Văn Thuần về khả năng thông hành của dòng thuần xe máy trong khu vực nội thành như sau: [10]

Pmax= 2600 n k ; xe/h ; (1.11)

Trong đó: n: Số làn xe máy (qui ước)

k: hệ số xét đến bề rộng một làn xe (B = 1 – 1.2m)

(k=1, khi B=1.2m) Thạc sĩ Trần Văn Thuần cũng đề nghị sử dụng hệ số quy đổi = 0.2 khi qui đổi xa máy về xe con tiêu chuẩn (tốc độ dòng xe từ 25 km/h - 30km/h)

1.4.2 Đối với dòng thuần ô tô:

Khi xe chạy trên đường, vận tốc của xe chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố phức tạp Do đó việc nghiên cứu cùng một lúc từng yếu tố ảnh hưởnh là vô cùng phức tạp Vì vậy các tác giả thường nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ đến tốc độ được thực hiện trên một điều kiện đường nhất định , thành phần dòng xe nhất định

Mối quan hệ giữa tốc độ và cường độ đã được nghiên cứu ở trong và ngoài nước khá nhiều Thực chất quan hệ “tốc độ – cường độ “là quan hệ phi tuyến Dòng xe tồn tại một hay nhiều nhóm tốc độ thì quan hệ “ tốc độ - cường độ “có thể xem gần đúng là quan hệ tuyến tính Điều này được thể hiện qua một số công thức quan hệ “tốc độ – cường độ “của một số tác giả sau:

+ GS –TS Đỗ Bá Chương: Xác lập công thức xác định tốc độ theo cường độ dùng hình thức hồi quy

+TS Nguyễn Quang Đạo nghiên cứu trên các tuyến đường của thành phố Hà Nội kết luận vận tốc có quan hệ tuyến tính so với cường độ xe chạy

+ Theo kết quả nghiên cứu của Thạc sĩ Nguyễn Việt Sơn về tần suất mật độ trung bình của các đường trong khu vực nội thành Thành phố Hồ Chí Minh Phương trình biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và mật độ như sau:

Đối với đường chỉ có xe máy và xe thô sơ :

V = 32.597 - 0.236X - 0,005935Nxcqđ ; km/h ; (1.12) V: Vận tốc dòng xe (km/h)

X: Tỉ lệ xe thô sơ trong dòng xe

Nxcqđ: Cường độ xe chạy qui đổi

1.4.3 Đối với dòng xe hỗn hợp:

Việc nghiên cứu quy luật phân bố tốc độ của dòng xe hỗn hợp đã được vài tác giả trong nước nghiên cứu

+ Theo kết quả nghiên cứu của Thạc sĩ Nguyễn Việt Sơn về dòng xe hỗn hợp thì tần suất mật độ trung bình của các đường trong khu vực nội thành Thành phố Hồ Chí Minh khoảng từ 30-50 xe/km/làn xe Phương trình biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và mật độ như sau:

- Kết quả khảo sát trên đường Điện Biên Phủ:

+ Theo kết quả nghiên cứu của Thạc sĩ Đặng Việt Hưng về dòng thuần

xe máy thì hệ số qui đổi xe gắn máy ra xe con tiêu chuẩn là 0.2 và diện tích mặt đường tối thiểu dành cho xe máy lưu thông tại nút trong điều kiện dòng

xe bão hòa là 5 m2/xe (sử dụng giả thiết quãng cách thời gian trung bình ôtô qua vạch dừng là 3 giây để tính toán, tương tự đối với xe gắn máy là 1 giây)

Phương pháp xác định hệ số qui đổi ra xe con tiêu chuẩn của tác giả Đặng Việt Hưng sử dụng là phương pháp phân tích năng lực thông hành của làn xe tại nút giao thông (có xét tới thời gian đèn tín hiệu đỏ)

Theo kết quả nghiên cứu của Thạc sĩ Đặng Việt Hưng, tốc độ trung bình khi thông qua nút của ôtô và xe gắn máy tương đương nhau và bằng 20km/h, quãng cách thời gian giữa các xe khi thông qua nút: ôtô 3-5 giây, xe gắn máy 0.6 – 1.0 giây [10]

+ Theo kết quả nghiên cứu của Thạc sĩ Vũ Bá Sơn về dòng xe hỗn hợp trong khu vực nội thành Thành phố Hồ Chí Minh Phương trình biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và mật độ như sau:

V=31.499-0.262 X-0.00132 Nxcqđ ; km/h ; (1.13) V: Vận tốc dòng xe (km/h)

X: Tỉ lệ xe thô sơ trong dòng xe

Nxcqđ: Cường độ xe chạy qui đổi

Thạc sĩ Vũ Bá Sơn đề nghị khi tính toán số làn xe trong thiết kế đường mới, hoặc cải tạo đường cũ nên xác định trị số KNTH tính toán được xuất phát từ KNTH lớn nhất với mức làm việc, điều kiện đường được thiết kế khác nhau Kết quả quan trắc dòng xe trên đường Cách Mạng Tháng Tám có bề rộng B=5m, trị số KNTH lớn nhất của dòng xe hỗn hợp (tỉ lệ xe thô sơ nằm trong phạm vi từ 10% - 30%) nên lấy: Nmax = 1970 (xcqđ/giờ)

+ Theo kết quả nghiên cứu của Thạc sĩ Nguyễn Như Triển về dòng xe hỗn hợp trong khu vực nội thành Thành phố Hồ Chí Minh Phương trình biểu diễn quan hệ giữa tốc độ và mật độ như sau:

V=39.75 - * q ; km/h ; (1.14)

V: Vận tốc dòng xe (km/h)

q: Cường độ xe chạy qui đổi

Hệ số = (0.328 – 0.009 * Bm)

Bm: Bề rộng mặt đường; m

II/ DÒNG BÃO HÒA VÀ QUAN HỆ CƠ BẢN CỦA DÒNG XE

2.1 Quan hệ cơ bản của dòng xe:

Công thức xác định mật độ:

q =

Vs

N (xe/km) ; theo [6] ; (1.15) Trong đó:

q: Là số xe trên một đơn vị chiều dài (xe/km)

N: Cường độ dòng xe là số xe qua một mặt cắt trong một đơn vị thời

gian (xe/h)

Vs: Vận tốc trung bình theo không gian (km/h)

Khi dòng xe vắng, q rất nhỏ, tốc độ xe chạy được gần như là tốc độ chạy tự do vs = vo

Theo nghiên cứu của Greenshields thì mối quan hệ tốc độ và mật độ là quan hệ tuyến tính [21]:

v = v f (1-k/k j)

Nhưng qua các cuộc khảo sát thực nghiệm gần đây cho thấy quan hệ

“tốc độ – cường độ” là quan hệ phi tuyến (nghiên cứu của Greenberg [21], Van Aerde [36])

0 20 40 60 80 100 120

q (xe/km)

v

(km/h)

Hình 1.1: Đồ thị biểu hiện mối liên hệ giữa tốc độ và mật độ theo Van Aerde [36]

Khi dòng xe đạt tới tốc độ tự do thì khoảng cách giữa các xe trong dòng

xe do phải đảm bảo đủ độ an toàn nên khoảng cách này khá lớn, mật độ xe khá bé

Khi mật độ xe trong dòng tăng lên nghĩa là lượng xe trong dòng tăng lên, hay khoảng cách giữa các xe giảm xuống, do đó các xe phần nào chịu ảnh hưởng của xe đi trước nó nên tốc độ giảm xuống

Tuy nhiên mật độ bị giới hạn bởi khoảng cách tối thiểu giữa các xe khi xếp hàng nên khi mật độ tăng lên tới một giá trị nào đó thì vận tốc của dòng

xe gần như bằng không, xuất hiện hiện tượng kẹt xe nghiêm trọng, các xe hầu như đứng yên tại chỗ

Hình 1.2 biểu thị quan hệ giữa lưu lượng xe qua trạm và tốc độ theo kết quả nghiên cứu vào năm 1992 của Van Aerde tại 12 trạm quan sát trên

xa lộ I4 thuộc Bang Orlando Florida nước Mỹ [36]

0 20 40 60 80 100 120

Hình 1.2: Đồ thị biểu hiện mối liên hệ giữa tốc độ và lưu lượng xe [36]

Khi lượng xe trên đường vắng, các xe chạy với tốc độ tự do (tốc độ tối

đa cho phép), cho đến khi dòng xe đông dần lên thì tốc độ cũng giảm nhẹ xuống, đến giai đoạn gần bão hòa (độ bão hòa k 0.8) thì tốc độ bị giảm nhiều hơn, do giai đoạn này các xe trong dòng chịu ảnh hưởng lẫn nhau, nếu không vượt được xe thì vận tốc xe đi sau phụ thuộc rất nhiều vào vận tốc xe

đi trước Khi tới trạng thái bão hòa, lượng xe đi qua một mặt cắt là lớn nhất, ứng với tốc độ tối ưu Khi xảy ra ùn tắc giao thông thì tốc độ của dòng xe bị giảm mạnh, lượng xe đi qua được mặt cắt cũng giảm xuống

Hình 1.3 biểu thị mối quan hệ giữa lưu lượng xe qua trạm và mật độ theo kết quả nghiên cứu vào năm 1992 của Van Aerde tại 12 trạm quan sát trên xa lộ I4 thuộc Bang Orlando Florida nước Mỹ [36]

0 500 1000 1500 2000 2500

Hình 1.3: Đồ thị biểu hiện mối liên hệ giữa mật độ và lưu lượng xe (volume) [36]

Khi đường vắng, mật độ xe thấp, các xe chạy rất tự do, các xe trong dòng xe không bị ảnh hưởng bởi xe đi trước và việc vượt xe rất dễ dàng, lưu lượng xe thông qua một mặt cắt lúc này rất ít Khi xe đông lên, mật độ xe cũng tăng lên nhưng các xe vẫn đảm bảo được khoảng cách tối thiểu giữa chúng với nhau, xe trong dòng vẫn có thể vượt được xe phía trước, lượng xe

đi qua trạm đếm cũng tăng lên Khi mật độ dòng xe đạt tới giá trị tối ưu thì lượng xe thông qua một mặt cắt là lớn nhất gọi là giá trị năng lực thông hành, các xe chạy nối đuôi nhau, rất khó vượt xe, khoảng cách giữa các ra đạt tới giá trị tối thiểu

Trên Hình 1.3, những điểm nằm bên trái đường thẳng đi qua điểm bão hòa thì dòng xe ở trạng thái bình thường, tại nút giao thông có phát sinh dòng chờ nhưng thời gian tổn thất của xe qua nút rất nhỏ (dưới 60 giây) Những điểm nằm bên phải đồ thị tương ứng với tình trạng kẹt xe, lúc này dòng chờ khá dài, thời gian tổn thất của xe qua nút lớn hơn 70 giây

Mối quan hệ giữa chiều dài dòng chờ và mức độ bão hòa được biểu thị theo hình sau:

Mật độ tối

ưu

Mật độ tối đa (tắc nghẽn)

Bình thường

Ùn tắc giao thông

Điểm bão hòa

Hình 1.4: Mối liên hệ giữa chiều dài dòng chờ và mức độ bão hòa [24], [27]

Mức độ bão hòa k được tính theo công thức:

K = N / SF ; (1.16) Trong đó: N: là lưu lượng thực tế (PCU/h/l)

SF: là giá trị dòng bão hòa (PCU/h/l)

Theo lý thuyết dòng ổn định (steady state theory) thì mức độ bão hòa biến thiên trong đoạn (0-1) Khi chiều dài dòng chờ tăng lên thì mức độ bão hòa cũng tăng lên, khi mức độ bão hòa tăng gần đến 1 thì dòng chờ kéo dài hàng trăm mét và thường đi đôi với tắc nghẽn giao thông

Theo lý thuyết quyết định (deterministic theory) khi dòng xe chưa đạt tới trạng thái bão hòa thì sẽ không xuất hiện dòng chờ (điều này không phù hợp với thực tế), khi dòng xe vượt quá trạng thái bão hòa thì dòng xe xếp hàng ngày càng ngày thêm

Để phù hợp thực tế, người ta dung hòa hai lý thuyết này và đưa ra đường cong thay đổi như (Hình 1.4.) Khi dòng xe tăng lên thì chiều dài dòng chờ cũng tăng theo, tuy nhiên khi dòng xe vượt quá trạng thái bão hòa thì chiều dài dòng chờ tăng gần như tuyến tính với sự gia tăng của lượng xe trong dòng

Lý thuyết dòng ổn định (steady state)

Lý thuyết quyết định (deterministic)

1 Mức độ bão hòa k

Chiều dài

dòng chờ

Đường cong thay đổi

2.2 Các phương pháp khảo sát thực nghiệm thường dùng trong nghiên cứu dòng xe: theo [21] &[23]

2.2.1 Khảo sát tại chỗ (measurement at a point):

Khảo sát bằng bảng đếm tay, thiết bị đếm xe tự động (sử dụng ống hơi, piezo, loop, rađa, siêu âm) hoặc bằng camera chuyên dụng Autoscope, đây là phương pháp thường được sử dụng để thu thập các dữ liệu về giao thông Phương pháp dễ dàng xác định được lưu lượng xe, quãng giữa 2 xe và với các thiết bị hiện đại có thể xác định được vận tốc, mật độ dòng xe,…

2.2.2 Khảo sát trên 1 đoạn ngắn (measurement over a short section):

Chiều dài đoạn khảo sát thường chọn khoảng 10m Phương pháp này gần giống với phương pháp trên và thường sử dụng thiết bị đếm xe tự động, camera chuyên dụng để khảo sát vận tốc, quãng giữa 2 xe, lưu lượng xe, mật độ dòng xe,… Phương pháp này cũng như phương pháp đầu có thể áp dụng trong việc khảo sát tại nút giao thông cũng như trên đoạn đường thẳng

2.2.3 Khảo sát trên một đoạn đường dài (measurement over a length of road):

Thường khảo sát bằng không ảnh hoặc bằng camera được đặt trên các trụ cao, toà nhà cao Thường chỉ xác định được giá trị mật độ của dòng xe, với các camera hiện đại có thể khảo sát được vận tốc xe

Mật độ của dòng xe: k = N/L

Với N: số xe đếm được trên đọan khảo sát

L: chiều dài đọan đường - khoảng 500m

2.2.4 Khảo sát di chuyển theo dòng xe (measurement moving observer):

Aùp dụng trên các con đường hai chiều, xe khảo sát sẽ đi hòa vào dòng

xe và lưu thông với vận tốc trung bình của dòng xe, khảo sát viên sẽ ghi nhận các số liệu sau:

- Số lượng xe đi ngược chiều: x

- Số lượng xe đi cùng chiều bị xe khảo sát vượt qua: y

- Thời gian hành trình của hướng ngược lại: ta

- Thời gian hành trình của hướng cần khảo sát: tc

- Chiều dài đọan đường: L

Công thức xác định chỉ số lưu lượng xe q (flow rate):

q = (x+y)/(t +t )

Thời gian hành trình trung bình của hướng khảo sát:

2.3 Khái niệm dòng bão hòa:

Khi đèn xanh, các xe cần có một khoảng thời gian từ 1-10 giây để dòng xe đạt tới vận tốc bình thường Sau khoảng thời gian này, các xe chạy nối đuôi nhau lưu thông với một mức độ gần như không đổi gọi là dòng bão hòa (Saturation flow - SF)

Lưu lượng bão hòa (SF) chính là lưu lượng xe tối đa đi qua vạch dừng xe của một làn xe (hoặc một tuyến) vào nút khi có các xe xếp hàng nối đuôi nhau liên tục và chạy trong thời gian có đèn xanh (trong cùng một điều kiện xe chạy nhất định trong một đơn vị thời gian)

Lưu lượng dòng bão hòa của 1 làn xe dẫn vào nút giao thông có đèn tín hiệu phụ thuộc vào 2 nhân tố: nhân tố hình học và nhân tố dòng xe

Nhân tố hình học chính là bề rộng làn xe, chất lượng mặt đường, độ dốc dọc, chỗ đậu xe, vị trí làn xe,…

Ảnh hưởng nhân tố dòng xe là tác động của các loại xe khác nhau đến dòng bão hòa, đó là các nhân tố như: tỷ lệ các loại xe, ảnh hưởng của xe tải nặng, tỷ lệ xe rẽ, ảnh hưởng của khách bộ hành băng ngang đường,…

2.4 Các công thức thực nghiệm xác định lưu lượng dòng bão hòa của một làn xe thực tế:

2.4.1 Phương pháp của Nước Anh (Research Report 67, TRRL – Transport and Road Research Laboratory): theo [28], [30]

Lưu lượng của dòng bão hòa phụ thuộc vào các nhân tố hình học như: + Đối với làn xe đi thẳng: không có luồng rẽ phải, rẽ trái thì lưu lượng bão hòa tính cho làn xe ở sát lề hoặc tuyến chỉ có 1 làn xe theo công thức:

SF = 1940 +100 (W-3.25) ; (1.18)

Trong đó W là bề rộng của làn xe chỗ vào nút, m

Cho các làn xe không ở vị trí sát lề:

SF = 2080 +100 (W-3.25) ; (1.19)

Theo [30], tại thành phố Hồ Chí Minh, quan trắc cho thấy dòng xe có lưu lượng bão hòa thay đổi SF = 1600 - 2700 xcqđ/giờ

+ Đối với làn xe chỉ dành riêng cho xe rẽ phải hoặc rẽ trái:

- Nếu không có dòng xe rẽ đối diện thì:

Trong đó f – tỷ lệ xe rẽ trong một làn

- Nếu có dòng xe rẽ đối diện thì:

SFm = (SF-230)/(1+1.5f/r) ; (1.23)

+ Với dòng bão hòa không có làn xe trái chiều, chịu ảnh hưởng của độ dốc (G), vị trí làn, bề rộng làn xe (W), thì lưu lượng bão hòa Sf được R.M Kimber và một số tác giả đưa ra công thức vào năm 1986 như sau:

SF1 = SF(r,f,n,G) = (SFo-140 dn )/(1+1.5f/r) ; (1.24)

Với SFo = 2080– 42 dg G+ 100(W-3.25)

dn= 1 đối với làn xe sát lề và dn= 0 nếu là làn xe bên trong

dg= 1 đối với làn xe lên dốc và dg= 0 nếu là làn xe xuống dốc

+ Đối với dòng xe ngược chiều có chứa luồng xe rẽ trái ngược chiều thì dòng bão hòa S2 trên một làn được xác định theo công thức:

2.4.2 Phương pháp của HCM (Highway Capacity Manual): theo [22]

Năng lực thông hành là số xe thông qua được một mặt cắt, một đoạn tuyến trong điều kiện phổ biến về đường và dòng xe trong một đơn vị thời gian Phương pháp này và thường được cập nhật liên tục, hiện đang được rất nhiều nước sử dụng

Lưu lượng của dòng bão hòa SF:

SF=SFo.n.fw.fHV.fg.fp.fbb.fa.fLU.fLT.fRT.fLpb.fRpb ; (1.28) Trong đó:

SFo: Dòng bão hòa cơ bản (1900 pcu/h/l) ứng với chiều rộng 12 ft n: Số làn xe của nhóm làn xe

fHV: Hệ số điều chỉnh theo ảnh hưởng của xe tải nặng

fg: Hệ số điều chỉnh theo độ dốc của nhánh đường

fp: Hệ số chiết giảm do dừng xe,

fbb: Hệ số chiết giảm do xe buýt dừng trong nút

fa: Hệ số điều chỉnh theo khu vực

fLU: Hệ số sử dụng làn xe

f : Hệ số chiết giảm khi xe rẽ trái

fRT: Hệ số chiết giảm khi xe rẽ phải, phụ thuộc vào tỷ lệ xe rẽ phải trong dòng xe và fRT =1 nếu không có xe rẽ phải hoặc có làn rẽ phải riêng

fLpb: Hệ số điều chỉnh do người đi bộ và xe đạp khi xe rẽ trái

fRpb:Hệ số điều chỉnh do người đi bộ và xe đạp khi xe rẽ phải

fw: Hệ số điều chỉnh theo bề rộng làn xe

Hệ số điều chỉnh theo bề rộng làn xe: làn xe hẹp sẽ làm giảm dòng bão hòa và khi chiều rộng làn xe tăng lên thì giá trị dòng bão hòa cũng tăng theo Chiều rộng của làn xe tiêu chuẩn của Mỹ là 12 ft (khoảng 3.6m), khác với chiều rộng làn xe tiêu chuẩn của nước Anh là 3.25m Khi làn xe rộng hơn 16 ft để tránh sai số thì nên tính toán như hai làn xe có chiều rộng hẹp hơn làn tiêu chuẩn, nhưng tổng giá trị dòng bão hòa của 2 làn xe nhỏ bao giờ cũng cao hơn khi tính dòng bão hòa của một làn xe có chiều rộng gấp đôi Trong tất cả các trường hợp, không nên dùng công thức này để xác định giá trị dòng bão hòa cho làn xe có chiều rộng dưới 8ft (tương đượng 2.4m)

Bảng thống kê công thức xác định các hệ số điều chỉnh dòng bảo hòa

(mang dấu trừ khi xuống dốc)

-6 %G +10

Dừng đậu

xe

fp= [N-0.1- (18N m /3600)]/N N= số làn xe trong nhóm làn xe

N m = Số xe dừng đậu trong 1 giờ

0 N m 180

fp 0.050 fp=1 nếu không có dừng đậu xe

Yếu tố Công thức Các biến số Ghi chú Aûnh

hưởng

của xe

bus

f bb =[N-(14.4 N /3600)]/N N= Số làn xe trong nhóm làn xe

N B = Số xe buýt dừng đậu trong 1 giờ

f a =0.9 -Khu vực trung tâm

f a =1.0 -Khu vực khác (ngoại

thành)

Hệ số sử

dụng làn

xe

f LU =v g /(v g1 N) v g = cường độ dòng xe chưa hiệu chỉnh

của cả nhóm làn xe, xe/h

v g1 = cường độ dòng xe của một làn có cường độ lớn nhất trong nhóm làn xe, xe/h

N= Số làn xe trong nhóm làn xe Rẽ trái Làn rẽ trái riêng biệt:

f LT =0.95

Xe rẽ trái chung với làn đi

thẳng:

f LT =1/[1+0.05 P LT ]

P LT=tỷ lệ xe rẽ trái trong nhóm làn xe

Rẽ phải Làn rẽ phải riêng biệt:

A pbT = hệ số pha cho phép

P LTA = tỷ lệ thời gian pha đèn xanh rẽ trái bị gián đoạn (protected) trên tổng thời gian đèn xanh rẽ trái

P RT = tỷ lệ xe rẽ phải trong nhóm làn

xe

P RTA = tỷ lệ thời gian pha đèn xanh rẽ phải bị gián đoạn (protected) trên tổng thời gian đèn xanh được phép rẽ phải

2.5 Các phương pháp khảo sát thực nghiệm xác định lưu lượng dòng bão hòa:

Các phương pháp xác định lưu lượng của dòng bão hòa dựa trên giả thuyết là giá trị dòng bão hòa không thay đổi trong suốt thời gian đèn xanh bão hòa Có 3 phương pháp thực nghiệm khảo sát dòng bão hòa:

* Phương pháp quãng giữa 2 xe - Headway method (Greenshields

et al 1947; TRB 1997): [19]

Ước tính thời gian trung bình giữa 2 xe giải tỏa từ hàng đợi khi các xe vượt qua vạch dừng xe Các xe trong tốp đầu sẽ được bỏ qua để tránh sai số

do các giây đầu tiên dòng xe chưa đạt tới trạng thái bão hòa

Giá trị lưu lượng của dòng bão hòa tỷ lệ nghịch với giá trị trung bình của quãng cách thời gian giữa 2 xe

SF = 3.600/ t bh (1.29)

Trong đó:

SF : Lưu lượng dòng bão hòa - saturation flow rate (v/h/l)

t bh : Quãng cách thời gian giữa 2 xe trong dòng bão hòa- saturation headway (sec)

3600: Số giây trong 1 giờ

* Phương pháp hồi qui –multiple linear regression method (Kimber

+ Phương pháp Mặt cắt dòng xe (Flow Profile): Nguyên tắc của phương pháp này là đếm số lượng xe vượt qua vạch dừng trong trong từng

khoảng thời gian ngắn và bằng nhau (a fixed short time intervals) Chiều dài từng khoảng thời gian thường là 6 giây, nhưng nếu dùng đồng hồ bấm giây điện tử có thể dùng khoảng thời gian 5 giây, hoặc chọn 10 giây nếu thời gian chu kỳ đèn tín hiệu giao thông lớn và dòng xe ùn kéo dài

Phương pháp Mặt cắt dòng xe chủ yếu được áp dụng khi có sự hỗ trợ của các thiết bị đếm xe tự động, bán tự động (phần mềm Satflow của TRRL chạy trên máy vi tính bỏ túi -Palm) Phương pháp này giúp thể hiện chi tiết hơn về đặc tính của dòng bão hòa Qua đó xác định được khoảng thời gian tổn thất đầu thời kỳ đèn xanh và cuối thời gian đền xanh

Hình 1.5: Mô hình Phương pháp Mặt cắt dòng xe (Flow Profile) của TRRL

Phương pháp Mặt cắt dòng xe cho kết quả dòng bão hòa khá chi tiết

do cung cấp kết quả cụ thể về dòng bão hòa trong từng thời đoạn nhỏ – 6 giây Phương pháp này sẽ cho ta thấy được đặc điểm của dòng xe thay đổi theo thời gian Tuy nhiên phương pháp này rất khó thực hiện khi thiếu các phương tiện hỗ trợ (các máy đếm xe tự động, máy vi tính bỏ túi Palm)

+ Phương pháp đếm xe trong giai đoạn bão hòa (Saturated Period Count): phương pháp này cho ít thông tin hơn phương pháp Mặt cắt dòng xe

(Flow Profile), nhưng nó đơn giản hơn và trong thực tế khảo sát vẫn cho kết quả tương đương (Turner, 1993)

Hình 1.6: Phương pháp đếm xe trong giai đoạn bão hòa

Thông thường khi khảo sát dòng bão hòa của ôtô, người ta sẽ bỏ bớt

3-4 xe đi đầu thời gian đèn xanh bật lên mới bắt đầu đếm xe hoặc bắt đầu đếm

xe khi thời gian đèn xanh được 10 giây

Phương pháp đếm xe trong giai đoạn bão hòa mang tính chất vĩ mô, còn phương pháp Mặt cắt dòng xe (Flow Profile) lại mang tính chất vi mô

Phương pháp đếm xe trong giai đoạn bão hòa sẽ cho ra kết quả tương tự như phương pháp Mặt cắt dòng xe (Flow Profile) - đếm trong từng thời đoạn nhỏ 5-6 giây, vì khi chúng ta dùng cùng một loại phương tiện đếm có cùng độ chính xác thì tổng kết quả đếm được trong các thời đoạn nhỏ sẽ bằng kết quả đếm trong tổng thời gian đếm trong một chu kỳ

Phương pháp đếm xe trong giai đoạn bão hòa thích hợp khi khảo sát dòng bão hòa bằng thủ công Kết quả có độ chính xác chấp nhận được và được nhiều nước áp dụng do tính đơn giản của nó

Số chu kỳ đèn tín hiệu giao thông được khảo sát thông thường là 25 chu kỳ, riêng đối với các nút giao thông quan trọng trong mạng lưới đường thì đòi hỏi phải khảo sát ít nhất là 75 chu kỳ

* Phương pháp của Mỹ (Highway Capacity Manual 2000) [22]: phương pháp này giống như phương pháp “Saturated Period Count” của TRRL, số chu kỳ tối thiểu phải khảo sát là 15 chu kỳ

2.6 Quãng cách thời gian giữa các xe đi đầu trong dòng xe tại nút giao thông có đèn tín hiệu giao thông (departure headways):

Quãng cách thời gian giữa các xe đi đầu (departure headways) trong dòng xe tại nút giao thông có đèn tín hiệu giao thông là một yếu tố cực kỳ quan trọng trong việc tính toán năng lực của nút giao thông và thời gian chu kỳ đèn tín hiệu giao thông Thông qua việc nghiên cứu sâu quãng cách thời gian có thể tính toán được các yếu tố của dòng xe như dòng bão hòa, thời gian chậm trễ và thời gian dọn sạch nút (delay and lost time), hệ số qui đổi ra

xe con tiêu chuẩn (passenger car equivalent)

Quãng cách thời gian giữa các xe là quãng cách thời gian giữa 2 xe đi qua vạch dừng hoặc một vạch quy ước nào đó tại nút giao thông Việc xác định sai quãng cách thời gian giữa các xe sẽ dẫn đến sai sót trong việc tính toán mức độ ùn tắc giao thông, thời gian chậm trễ, dự đoán khả năng xảy ra tai nạn giao thông, và đánh giá tổn hại về kinh tế do ùn tắc giao thông

Quãng cách thời gian giữa các xe đi đầu trong dòng xe lớn nhất sau đó giảm dần xuống cho đến một giá trị cố định, lúc đó dòng xe đạt tới vận tốc bão hòa, sau đó giá trị quãng cách thời gian giữa các xe lại tăng lên (nếu không còn dòng chờ tại nút)

Quãng cách thời gian giữa các xe phụ thuộc rất nhiều vào các yếu hình học của nút và các yếu tố giao thông khác (lượng xe rẽ trái, rẽ phải, loại xe,

vị trí của xe trong dòng chờ, ảnh hưởng giữa các xe trong dòng,…)

Có 3 trạng thái ảnh hưởng đến quãng cách thời gian giữa các xe:

* Trạng thái 1: Dòng xe vượt quá năng lực của đường – Quãng cách thời gian giữa các xe có giá trị không đổi và các xe trong dòng chịu ảnh hưởng của các xe xung quanh

Hình 1.7: Biểu đồ dòng xe xếp hàng trong chu kỳ bão hòa hoàn toàn

Biểu đồ quan hệ giữa quãng cách giữa các xe và thời gian Vận tốc của các xe đi sau phụ thuộc vào vận tốc xe đi đầu (nếu không có vượt xe)

* Trạng thái 2: Dòng xe chưa tới mức độ bão hòa, đây là trạng thái thường thấy trong thực tế (nút giao chưa bị ùn tắc): có xuất hiện dòng xe xếp hàng chờ bật đèn xanh, sau một khoảng thời gian đèn xanh thì dòng chờ ban đầu đã được giải phóng hết, các xe đến sau chạy tự do qua nút (không phải xếp hàng nữa)

Hình 1.8: Biểu đồ dòng xe đến và đi trong chu kỳ chưa bão hòa

Thời gian ban đầu khi có đèn tín hiệu xanh, các xe lưu thông nối đuôi nhau theo một khoảng cách không đổi và thường các xe trong dòng chịu ảnh hưởng của các xe đi trước, sau một thời gian dòng xe chuyển sang trạng thái chạy tự do

* Trạng thái 3: Dòng xe tự do– quãng cách thời gian giữa các xe có giá trị ngẫu nhiên và quãng cách thời gian có giá trị lớn hơn so với dòng xe chưa bão hòa, trong dòng xe tự do hầu như các xe chạy tự do và không chịu ảnh hưởng của các xe đi trước, các xe trong cùng một làn có vận tốc khác nhau, các xe trong dòng dễ dàng vượt xe

Trạng thái này thường xuất hiện trên các đoạn đường trường hoặc tại giao lộ có lượng xe tham gia lưu thông ít

2.7 Hệ số qui đổi ra xe con tiêu chuẩn:

Trên đường đô thị có nhiều loại xe lưu thông, để có thể tính toán lưu lượng

xe, năng lực thông xe, cần quy đổi các loại xe khác nhau về một loại xe chuẩn (PCU) Các nước thường lấy xe du lịch là xe chiếm tỷ lệ lớn trên đường phố làm xe chuẩn

Hệ số qui đổi ngoài phụ thuộc vào kích thước xe, còn phụ thuộc vào tốc độ

xe, nên hệ số này khác nhau khi xe chạy trên đường thẳng và khi xe vào nút giao thông, khi xe chạy thẳng và khi xe rẽ trái,… Hệ số qui đổi ở mỗi nước khác nhau chút ít do điều kiện chạy xe khác nhau, thành phần xe tham gia lưu thông khác nhau,…

Dưới đây là các qui định hệ số quy đổi ra PCU của các nước:

1) Hệ số quy đổi xe của Việt Nam theo Quy phạm kỹ thuật thiết kế

Thông thường khi tính toán, thường dùng hệ số qui đổi 0.3 PCU cho tất cả các loại xe 2 bánh

2) Hệ số quy đổi xe ra xe con của Liên Xô cũ: [14]

Ôtô tải với các cấp tải trọng sau:

Tại nút có đèn THGT thì hệ số qui đổi của xe tải và xe buýt đều giảm

so với các trường hợp khác (vòng xoay, đường ôtô)

4) Hệ số quy đổi xe theo quy định của Hongkong: [14]

Bảng 1.5

Loại xe Đường đô thị Ngoài đô thị Vòng xoay Nút có đèn giao thông

Xe con cá nhân,

taxi, tải nhẹ

2.0 (đồng bằng)

Loại xe Chiều rộng

thân xe B (m) bình V(km/h) Tốc độ trung Tỷ lệ B/V qui đổi Hệ số

Xe tải, xe buýt loại

7) Hệ số quy đổi xe theo quy định của Indonesia:

Hệ số quy đổi của từng loại xe thì khác nhau ở từng nước do đặc điểm giao thông của các nước khác nhau: tỷ lệ các loại xe tham gia giao thông, đặc điểm địa hình mỗi nước cũng khác nhau, khí hậu mỗi nước cũng khác nhau, chất lượng đường mỗi nước cũng khác nhau (ở các nước phát triển thì đường

ít bị hư hỏng hơn, không có ổ gà, sự khác nhau giữa mặt đường bêtông ximăng và mặt đường mềm), hành vi người lái xe mỗi nước cũng khác nhau, luật pháp mỗi nước khác nhau (có nứơc qui định lái xe bên trái, có nứơc lái

xe bên phải), …

2.8 Các phương pháp thực nghiệm xác định hệ số qui đổi (E) ra xe con tiêu chuẩn: [22] & [35]

Có bốn phương pháp xác định hệ số qui đổi E:

* Phương pháp 1: Dựa vào cự ly hoặc thời gian giữa các xe (time

headway)

E = dk / de hoặc E = tk / te ; (1.29) Trong đó:

de, te: cự ly (m) và quãng thời gian giữa các xe con (giây)

dk, tk: cự ly (m) và quãng thời gian giữa các xe cần qui đổi (giây)

Quãng thời gian t là quãng cách thời gian giữa 2 xe chạy nối đuôi đi qua một mặt cắt, thông thường lấy cản sau của xe ôtô hoặc bánh sau của xe 2 bánh để tính.

Quãng cách thời gian thường được đo bằng đồng hồ bấm giây hoặc bằng các thiết thị đếm xe tự động (đo bằng ống hơi cao su, cáp piezo, vòng điện từ loop,…)

Phương pháp này rất thích hợp đối với trường hợp khảo sát dòng xe thuần nhất, các lọai xe trên cùng một làn gần giống nhau, các xe chạy nối đuôi nhau một cách có trật tự và rất ít khi vượt nhau Tuy nhiên khi áp dụng cho trường hợp dòng xe hỗn hợp như ở Việt Nam, xe gắn máy chạy đan xen không theo từng làn riêng như ôtô thì phương pháp này không hiệu quả Do đó cần cải tiến phương pháp này bằng cách gom xe 2 bánh thành từng nhóm

xe, số lượng xe trong mỗi nhóm bằng số lượng xe trung bình chạy theo hàng ngang trên làn xe 2 bánh

Đối với điều kiện thành phố, làn xe ôtô thường bị xe 2 bánh chạy lấn làn, do đó khi áp dụng phương pháp này cần loại bỏ các kết quả trong trường hợp xe 2 bánh thường xuyên lấn sang làn ôtô hoặc xe 2 bánh rẽ trái nhiều

* Phương pháp 2: Lập đồ thị giữa “tốc độ và cường độ” để so sánh các

trị số cường độ trung bình của dòng xe hỗn hợp và xe con Ứng với tốc độ tính toán, tỷ lệ giữa 2 cường độ chính là hệ số qui đổi cần tìm (xem hình 1.9)

E = Ne / Nk ; (1.30) Trong đó:

Ne: cường độ dòng xe con (xe/h)

Nk: cường độ dòng xe hỗn hợp cần qui đổi (xe/h)

V, km/h

con tiêu chuẩn

60

40

20

Dòng xe cần qui đổi

Cơ sở của phương pháp này là so sánh các trị số tốc độ xe chạy trung bình của dòng xe hỗn hợp và dòng xe con Để xác định hệ số qui đổi, người

ta phân tích các trị số cường độ xe chạy ứng với một tốc độ dòng xe

Phương pháp này thích hợp đối với trường hợp khảo sát dòng xe trên đoạn đường trường không có giao cắt, trong cùng một tốc độ quan sát được, tỷ lệ giữa cường độ của dòng xe con tiêu chuẩn và cường độ của dòng xe cần tính đổi chính là hệ số qui đổi

Dựa trên cơ sở phân tích quãng cách thời gian giữa các xe có thể tính toán ra cường độ của dòng xe cần tính đổi theo công thức:

Nk = 3600/ tk , xe/h ; (1.31) Hoặc Nk = Vk/ dk

Trong đó:

Nk: cường độ của dòng xe cần tính đổi, xe/h

Vk: vận tốc của dòng xe cần tính đổi, km/h

dk: cự ly giữa các xe cần qui đổi, km

tk: quãng cách thời gian (giây) giữa các xe cần qui đổi

3600: số giây trong thời gian 1 giờ

Trong trường hợp tốc độ trung bình của các dòng xe bằng nhau thì từ công thức (1.30) hệ số qui đổi E được tính như sau:

E = (V/ de)/ (V/ dk)

Trong trường hợp tổng quát, tốc độ trung bình của các dòng xe bằng hoặc khác nhau thì cũng từ công thức (1.30) hệ số qui đổi E được tính như sau:

E = (3600/ te)/ (3600/ tk)

Do đó: E = tk/ te ; (1.33)

Hai công thức tính (1.32) và (1.33) chính là 2 công thức của Phương pháp 1, như vậy kết quả của Phương pháp 2 sẽ cho ra kết quả tương đương Phương pháp 1

* Phương pháp 3: Phân tích năng lực thông hành của làn xe khi có các

dòng xe thuần nhất [26]

E = Pe / Pk ; (1.34) Trong đó:

Pk : Năng lực thông của làn xe có dòng xe cần tính đổi

Pe: Năng lực thông hành của làn xe con tiêu chuẩn

Tuy nhiên năng lực thông hành của làn xe vào nút phụ thuộc vào các yếu tố: chu kỳ đèn tín hiệu giao thông, thời gian đèn tín hiệu giao thông xanh có hiệu (đã loại bỏ thời gian tổn thất-lost time), quãng cách thời gian giữa 2

xe, mức độ phục vụ của đường (đường ít xe, nhiều xe, bão hòa hay ùn tắc)

Trong trường hợp cần qui đổi dòng xe thuần nhất xe 2 bánh ra xe con

tiêu chuẩn sử dụng Phương pháp 3 rất có hiệu quả Do đó tác giả đề nghị

dùng phương pháp này để xác định hệ số qui đổi dòng xe ôtô, dòng xe 2 bánh ra dòng xe con tiêu chuẩn Nhưng do phương pháp phân tích năng lực

thông hành của làn xe khi có các dòng xe thuần nhất đòi hỏi nút giao thông phải luôn ở trạng thái bão hòa, do đó rất khó triển khai rộng rãi sang các nút giao thông có lượng xe chưa đến mức bão hòa (mặc dù vẫn có dòng xe xếp hàng khi đèn đỏ, nhưng ở cuối thời gian đèn xanh các xe ở trạng thái chạy tự

do) Để khắc phục nhược điểm này, tác giả đề nghị dùng giá trị dòng bão

hòa thay cho năng lực thông hành của làn xe khi tính hệ số qui đổi, do tại

nút giao thông có đèn điều khiển xe máy không chạy theo từng làn riêng mà chạy tự do trên làn dành riêng cho nó (thường xuyên có vượt xe) và cũng để loại bỏ ảnh hưởng của thời gian tổn thất do xe gia tốc, chu kỳ và pha đèn

Ta có công thức xác định năng lực thông hành của một làn xe:

SFk : Giá trị dòng bão hòa của dòng xe cần qui đổi, xe/h

SFe: Giá trị dòng bão hòa của dòng xe con tiêu chuẩn, PCU/h

txh : Thời gian đèn xanh có hiệu (thời gian đèn xanh đã trừ đi thời gian tổn thất), giây

Kết quả tìm được của phương pháp phân tích dòng bão hòa sẽ cho ra kết quả tương đương với phương pháp phân tích năng lực thông hành của làn

xe khi có các dòng xe thuần nhất, mặc dù chúng khác nhau về ý nghĩa vật lý