ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Μεγέθη Κυκλοφοριακής Ροής 2.1 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η κυκλοφορική ροή (traffic flow) αφορά στην κίνηση οχημάτων ή πεζών σε μια οδό και προσδιορίζεται από μεγέθη κυκλοφορικής ροής (traffic flow variables) που μπορούν να μετρηθούν. Τα βασικά κυκλοφοριακά μεγέθη είναι ο κυκλοφοριακός φόρτος (traffic volume), η ταχύτητα (speed) των οχημάτων και η πυκνότητα (density). Τα μεγέθη αυτά, καθώς και ένας ακόμα μεγάλος αριθμός μεγεθών ορίζονται στις επόμενες παραγράφους. Ανάλογα με το αν εξετάζεται η κίνηση κάθε οχήματος ξεχωριστά ή αν εξετάζεται συνολικά η κίνηση των οχημάτων σε ένα οδικό τμήμα, ορίζονται κυκλοφοριακά μεγέθη που εξετάζονται σε μικροσκοπικό και μακροσκοπικό επίπεδο. Στον πίνακα 2.1 φαίνονται τα βασικά μεγέθη της κυκλοφοριακής ροής σε μικροσκοπικό επίπεδο, καθώς και τα αντίστοιχά τους μεγέθη σε μακροσκοπικό [2.1]. ΠΙΝΑΚΑΣ 2.1: Μεγέθη κυκλοφοριακής ροής σε μικροσκοπικό και μακροσκοπικό επίπεδο. Μικροσκοπικά Χρονικός διαχωρισμός Ταχύτητα σημείου Χωρικός διαχωρισμός Μακροσκοπικά Φόρτος Μέση Ταχύτητα Πυκνότητα 2.2 ΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑΚΟΣ ΦΟΡΤΟΣ ΚΑΙ ΡΥΘΜΟΣ ΡΟΗΣ Ο κυκλοφοριακός φόρτος (traffic volume) είναι ο συνολικός αριθμός οχημάτων που περνούν από ένα σημείο ή μια διατομή οδού στη μονάδα του χρόνου. Εκφρά ζεται σε «οχήματα ανά μονάδα χρόνου», για παράδειγμα, οχήματα ανά ώρα, ημέρα κ.ά.
6 KYΚΛΟΦΟΡΙΑΚΗ ΤΕΧΝΙΚΗ Ο ρυθμός ροής (flow rate) είναι ο συνολικός αριθμός οχημάτων που περνούν από ένα σημείο ή μια διατομή οδού κατά τη διάρκεια μιας χρονικής περιόδου μικρότερης της ώρας, ανηγμένος στην ώρα (ισοδύναμος ωριαίος κυκλοφοριακός φόρτος). Προφανώς εκφράζεται πάντοτε σε οχήματα ανά ώρα. Η περίοδος μέτρησης στην οποία αναφέρεται συνήθως ο ρυθμός ροής έχει διάρκεια 15 λεπτά [2.2]. Οι κυκλοφοριακοί φόρτοι, ανάλογα με το χρονικό διάστημα κατά το οποίο μελετώνται, καθώς και τον τύπο οδού και την περιοχή μελέτης, παρουσιάζουν διακύμανση στον τρόπο που κατανέμονται στο χρόνο και στο χώρο. Η διακύμανση αυτή επηρεάζει σημαντικά τη μελέτη και το σχεδιασμό των συγκοινωνιακών υποδομών. Ιδιαίτερη σημασία στο σχεδιασμό και τη μελέτη οδικών τμημάτων έχει η Ετήσια Μέση Ημερήσια Κυκλοφορία ΕΜΗΚ (Average Annual Daily Traffic AADT) που ισούται με το συνολικό αριθμό των οχημάτων που περνούν από δεδομένο σημείο ή διατομή οδού σε ένα έτος διαιρεμένο με το συνολικό αριθμό των ημερών του έτους. Αντίστοιχα, ως Μέση Ημερήσια Κυκλοφορία ΜΗΚ (Annual Daily Traffic ADT) ορίζεται το πηλίκο του αριθμού των οχημάτων που περνούν από ένα δεδομένο σημείο ή διατομή οδού σε μια χρονική περίοδο ορισμένων ημερών διαιρεμένο με τον αριθμό των ημερών της χρονικής περιόδου που εξετάζεται. Συνήθως ως χρονική περίοδος χρησιμοποιείται ο μήνας. Στον πίνακα 2.2 φαίνονται οι ημερήσιοι φόρτοι με βάση μετρήσεις κατά τη διάρκεια ενός έτους σε μια διατομή οδού. Υπολογίζονται η μέση ημερήσια κυκλοφορία (ΜΗΚ) και η ΜΗΚ εκτός Σαββατοκύριακων για κάθε μήνα. Στη συνέχεια υπολογίζονται η ετήσια μέση ημερήσια κυκλοφορία (ΕΜΗΚ) ως ο συνολικός φόρτος ανά έτος διαιρεμένος με τις ημέρες του έτους και αντίστοιχα η ΕΜΗΚ εκτός Σαββατοκύριακων ως ο συνολικός φόρτος που παρατηρείται τις καθημερινές του έτους διαιρεμένος με 260 ημέρες. Από τον υπολογισμό των ΜΗΚ και ΕΜΗΚ, τόσο για όλο το έτος όσο και για την περίπτωση που εξαιρούνται από την ανάλυση τα Σαββατοκύριακα, μπορούν να εξαχθούν συμπεράσματα για τον τύπο της οδού που μελετάται. Για παράδειγμα, η ΜΗΚ (στήλη 6) είναι σημαντικά υψηλότερη από τη ΜΗΚ εκτός Σαββατοκύριακων για κάθε μήνα. Αυτό δείχνει ότι η οδός που μελετάται πιθανώς να εξυπηρετεί περιοχή με αυξημένη ζήτηση τα Σαββατοκύριακα. Ακόμα, παρατηρείται ότι η ΜΗΚ και η ΜΗΚ εκτός Σαββατοκύριακων είναι αυξημένες τους καλοκαιρινούς μήνες.
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Μεγέθη Κυκλοφοριακής Ροής 7 ΠΙΝΑΚΑΣ 2.2: Ημερήσιοι φόρτοι κατά τη διάρκεια ενός έτους σε μια διατομή οδού. 1 2 3 4 5 6 Μήνας Αριθμός ημερών εκτός Σαβ/κων (ημέρες) Συνολικός αριθμός ημερών μήνα (ημέρες) Συνολικός φόρτος ανά μήνα (οχήματα) x 10 3 Συνολικός φόρτος εκτός Σαβ/κων (οχήματα) x 10 3 ΜΗΚ εκτός Σαβ/κων (οχήματα/ ημέρα) ΜΗΚ (οχήματα/ημέρα) Ιαν. 22 31 425 208 9.455 13.710 Φεβρ. 20 28 410 220 11.000 14.643 Μάρτ. 22 31 385 185 8.409 12.419 Απρ. 22 30 400 200 9.091 13.333 Μάιος 21 31 450 215 10.238 14.516 Ιούν. 22 30 500 230 10.455 16.667 Ιούλ. 23 31 580 260 11.304 18.710 Αύγ. 21 30 570 260 12.381 18.387 Σεπτ. 22 31 490 205 9.318 16.333 Οκτ. 22 30 420 190 8.636 13.548 Νοέμβ. 21 31 415 200 9.524 13.833 εκ. 22 30 400 210 9.545 12.903 Σύνολο 260 365 5.445 2.583 ΕΜΗΚ = 5.445.000/365 = 14.918 οχήματα/ημέρα ΕΜΗΚ (εκτός Σαβ/κων) = 2.583.000/260 = 9.935 οχήματα/ημέρα 2.2.1 Χρονικές Διακυμάνσεις Φόρτου Ο κυκλοφοριακός φόρτος παρουσιάζει τρεις κύκλους διακύμανσης: κατά τη διάρ κεια ενός έτους, μιας εβδομάδας και μιας ημέρας. Από τους κύκλους αυτούς προκύπτουν οι αντίστοιχες διακυμάνσεις: μηνιαίες (εποχιακές), ημερήσιες και ωριαίες. Μηνιαία ιακύμανση Η μηνιαία ή εποχιακή διακύμανση (monthly or seasonal variation) της ζήτησης αντανακλά τα κοινωνικά και οικονομικά χαρακτηριστικά μιας περιοχής. Στο σχήμα 2.1 φαίνεται η μηνιαία διακύμανση του κυκλοφοριακού φόρτου σε ελεύθερες λεωφόρους ανά τύπο κυκλοφορίας, αλλά και ανά ημέρα (Τυπική Καθημερινή,
8 KYΚΛΟΦΟΡΙΑΚΗ ΤΕΧΝΙΚΗ Σάββατο, Κυριακή και Αργίες). Παρατηρείται ότι η ζήτηση σε οδούς με σημαντική κυκλοφορία σε εργάσιμες ώρες εμφανίζει πιο ομαλή διακύμανση από ό,τι σε οδούς με σημαντική κυκλοφορία αναψυχής. Στη θεωρούμενη περίπτωση η αναψυχή αφορά σε δραστηριότητες κατά τη διάρκεια του χειμώνα. Στην Ελλάδα, κατά κανόνα, η εποχιακή αιχμή παρουσιάζεται κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Στο σχήμα 2.2 φαίνεται η μηνιαία διακύμανση του κυκλοφοριακού φόρτου σε αστικό και υπεραστικό τμήμα της ίδιας ελεύθερης λεωφόρου με σημαντική κυκλοφορία αναψυχής που παρουσιάζεται στο παράδειγμα του σχήματος 2.1. Η μηνιαία διακύμανση του φόρτου είναι πιο έντονη στο υπεραστικό από ό,τι στο αστικό τμήμα. Οδός με σημαντική κυκλοφορία αναψυχής Ιούλ. Αύγ. Σεπτ. Οκτ. Νοέμβ. Δεκ. Ιαν. Φεβρ. Μάρτ. Απρ. Μάιος Ιούν. Τυπική Καθημερινή Σάββατο Οδός με σημαντική κυκλοφορία σε εργάσιμες ώρες Κυριακή και Αργίες Ιούλ. Αύγ. Σεπτ. Οκτ. Νοέμβ. Δεκ. Ιαν. Φεβρ. Μάρτ. Απρ. Μάιος Ιούν. ΣΧΗΜΑ 2.1: Παραδείγματα μηνιαίας διακύμανσης του κυκλοφοριακού φόρτου σε ελεύθερες λεωφόρους ανάλογα με τον τύπο της κυκλοφορίας και την ημέρα. Πηγή: [2.2], Σχ. 8.2
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Μεγέθη Κυκλοφοριακής Ροής 9 Ιούλ. Αύγ. Σεπτ. Οκτ. Νοέμβ. Δεκ. Ιαν. Φεβρ. Μάρτ. Απρ. Μάιος Ιούν. ΣΧΗΜΑ 2.2: Παραδείγματα μηνιαίας διακύμανσης του κυκλοφοριακού φόρτου σε αστικό και υπεραστικό τμήμα ελεύθερης λεωφόρου. Πηγή: [2.2] Σχ. 8.3. Ημερήσια ιακύμανση Η ημερήσια διακύμανση του φόρτου κατά τη διάρκεια μιας εβδομάδας εξαρτάται από τον τύπο της οδού. Οδοί με σημαντική κυκλοφορία αναψυχής παρουσιάζουν αυξημένους φόρτους κατά τη διάρκεια του Σαββατοκύριακου. Οδοί με σημαντική κυκλοφορία σε εργάσιμες ώρες παρουσιάζουν υψηλούς φόρτους τις καθημερινές. Στο σχήμα 2.3 φαίνεται η ημερήσια διακύμανση του κυκλοφοριακού φόρτου σε αστική σηματοδοτούμενη αρτηρία και ελεύθερη λεωφόρο (αστικό τμήμα) στην περιοχή της Αθήνας κατά τη διάρκεια της εβδομάδας.
10 KYΚΛΟΦΟΡΙΑΚΗ ΤΕΧΝΙΚΗ 160 140 Ελεύθερη Λεωφόρος 120 % 100 80 60 40 20 ΣΧΗΜΑ 2.3: Ημερήσια διακύμανση του φόρτου σε αστική σηματοδοτούμενη αρτηρία και ελεύθερη λεωφόρο (αστικό τμήμα) στην περιοχή της Αθήνας. Πηγή: [2.3] Ωριαία ιακύμανση Ο φόρτος παρουσιάζει σημαντική διακύμανση κατά τη διάρκεια της ημέρας. Στο σχήμα 2.4 φαίνεται η ωριαία διακύμανση φόρτου για δύο εργάσιμες ημέρες της εβδομάδας και την Κυριακή σε ελεύθερη λεωφόρο (αστικό τμήμα), ενώ στο σχήμα 2.5 η ωριαία διακύμανση φόρτου για τις ίδιες ημέρες σε αστική σηματοδοτούμενη αρτηρία. Παρατηρείται ότι ανεξαρτήτως ημέρας η ωριαία διακύμανση του φόρτου είναι πιο έντονη στην περίπτωση της ελεύθερης λεωφόρου. Οι διαφορές στους τύπους οδού ως προς τις ωριαίες διακυμάνσεις, τόσο τις καθημερινές όσο και τα Σαββατοκύριακα, αντικατοπτρίζουν τα διαφορετικά χαρακτηριστικά που σχετίζονται με τις μετακινήσεις που εξυπηρετούνται (π.χ., σκοπός μετακίνησης, ωράριο εργασίας κ.ά.). Χαρακτηριστικές περίοδοι κατά τις οποίες ο φόρτος παίρνει υψηλές τιμές είναι οι πρωινές και απογευματινές χρονικές περίοδοι, στη διάρκεια των οποίων οι χρήστες πηγαίνουν προς και επιστρέφουν από την εργασία τους. Η μια ώρα που ο φόρτος παίρνει, συνολικά, την υψηλότερή του τιμή ονομάζεται ώρα αιχμής (peak hour). Η διακύμανση του φόρτου κατά την ώρα αιχμής είναι σημαντική για το σχεδιασμό και τη λειτουργία των συγκοινωνιακών υποδομών. Η ώρα αιχμής διαφέρει από ημέρα σε ημέρα και από περιοχή σε περιοχή. Αν
ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2: Μεγέθη Κυκλοφοριακής Ροής 11 12 10 8 % 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 ΣΧΗΜΑ 2.4: Ωριαία διακύμανση φόρτου για δύο εργάσιμες ημέρες της εβδομάδας και την Κυριακή σε ελεύθερη λεωφόρο (αστικό τμήμα). Πηγή: [2.3] 12 10 8 % 6 4 2 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 ΣΧΗΜΑ 2.5: Ωριαία διακύμανση φόρτου για δύο εργάσιμες ημέρες της εβδομάδας και την Κυριακή σε αστική σηματοδοτούμενη αρτηρία. Πηγή: [2.3]
12 KYΚΛΟΦΟΡΙΑΚΗ ΤΕΧΝΙΚΗ οι υψηλότεροι ωριαίοι φόρτοι για μια περιοχή ταξινομηθούν με φθίνουσα σειρά, τότε προκύπτει μια μεγάλη διακύμανση των τιμών που εξαρτάται από το είδος της οδού που μελετάται. Στο σχήμα 2.6 φαίνονται οι υψηλότεροι ωριαίοι φόρτοι ενός έτους ως ποσοστό της ΕΜΗΚ για διάφορους τύπους οδών. Παρατηρείται ότι οι υπεραστικές οδοί και οι οδοί με σημαντική κυκλοφορία αναψυχής εμφανίζουν μεγάλη διακύμανση στους φόρτους αιχμής. Αντίθετα, σε αστικές αρτηρίες, η διακύμανση στους φόρτους αιχμής είναι σημαντικά μικρότερη. Οδός με Υψηλή Κυκλοφορία Αναψυχής Υπεραστική Οδός Αστική Περιφερειακή Ελεύθερη Λεωφόρος Ωριαίος Φόρτος ως Ποσοστό της ΕΜΗΚ Ώρες κατά Τάξη Μεγέθους Ωριαίου Φόρτου ΣΧΗΜΑ 2.6: Υψηλότεροι ωριαίοι φόρτοι ενός έτους ως ποσοστό της ΕΜΗΚ για διάφορους τύπους οδών. Πηγή: [2.2], Σχ. 8.8 Η μελέτη των ταξινομημένων κατά φθίνουσα σειρά φόρτων αιχμής βοηθά στην επιλογή της χαρακτηριστικής ώρας για το σχεδιασμό και τη λειτουργία των οδών. Η τιμή του φόρτου στη χαρακτηριστική ώρα για το σχεδιασμό λέγεται ωριαίος φόρτος μελέτης (design hour volume). Πρακτικά, οι οδοί σχεδιάζονται έτσι ώστε να μπορούν να εξυπηρετήσουν ωριαίους φόρτους που κυμαίνονται μεταξύ του 30ού και του 100ού φόρτου αιχμής κατά τη διάρκεια ενός έτους. Αυτό