ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(86).2015 65 PHẠM VI SỬ DỤNG TÍN HIỆU ĐÈN TẠI NÚT GIAO THƠNG VỊNG ĐẢO Ở THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG APPLICABILITY OF TRAFFIC SIGNALS AT ROUNDABOUTS IN DANANG CITY Vũ Quý Lộc1, Phan Cao Thọ2, Trần Thị Phương Anh3 Công ty Cổ phần Đầu tư Xây dựng C.W.S; vuquylocdn@gmail.com Trường Cao đẳng Công nghệ, Đại học Đà Nẵng; pctho@dut.udn.vn Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; phuonganhxdcd@gmail.com Tóm tắt - Thông qua kết nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thực nghiệm đặc trưng giao thông dịng xe nút giao thơng vịng đảo thị, báo giới thiệu chọn lựa phương pháp tính tốn khả thơng hành, thời gian chậm xe cho nút giao thơng vịng đảo trường hợp có sử dụng tín hiệu đèn điều khiển phù hợp với điều kiện giao thông đô thị nước ta Các tác giả xây dựng biểu đồ quan hệ thời gian chậm xe với lưu lượng nhánh dẫn hệ số mức độ phục vụ tương ứng với tỷ số thời gian xanh có hiệu chu kỳ Trên sở biểu đồ này, nghiên cứu đề xuất phạm vi sử dụng tín hiệu đèn hiệu nút giao thơng vịng đảo thị nước ta Abstract - Based on the results of both theoretical and practical studies on the characteristics of traffic flows at roundabouts in Vietnam's urban areas, this paper introduces and chooses the methods for capacity and delay calculation when these roundabouts are controlled with traffic signals in urban traffic conditions of Vietnam The authors also presents the way to build diagrams showing the relationship between vehicle delay, approach flows and level of service (LOS) factor corresponding to the ratio of effective green time of traffic cycles From these diagrams, the study also proposes an efficient application range of traffic signals at roundabouts in Vietnam's urban areas Từ khóa - nút giao thơng; nút vịng đảo; tín hiệu đèn; khả thơng hành; thời gian chậm xe; hệ số mức độ phục vụ Key words - Intersection; roundabout; traffic signals; capacity; vehicle delay; level of service factor Đặt vấn đề Cũng thành phố lớn nước ta, Đà Nẵng sử dụng 20 nút giao dạng vòng đảo để tổ chức giao thơng nút có nhánh dẫn trở lên Tuy nhiên, năm gần đây, lưu lượng xe tăng lên nhiều, thành phần dòng xe lại phức tạp, xe máy chiếm tỷ lệ lớn Cấu tạo nút giao vòng đảo khơng cịn phù hợp với điều kiện khó cải tạo mặt nút bị hạn chế Do đó, Đà Nẵng nhiều thành phố lớn nước ta phải đối mặt với vấn nạn ùn tắc giao thông nút vòng đảo vào cao điểm Việc xem xét phù hợp loại hình nút giao vịng đảo, tổ chức giao thơng vịng đảo kết hợp với vạch kẻ, biển báo dẫn đèn tín hiệu,… vấn đề cần thiết cấp bách giai đoạn Giải pháp tổ chức giao thông vịng đảo có kết hợp với đèn tín hiệu điều khiển giải pháp cho mang tính khả thi lâu dài Tuy nhiên, đặc thù hoạt động nút giao vịng đảo khơng hồn tồn giống loại hình nút giao khác nên việc sử dụng tín hiệu đèn cần phải có tính tốn hợp lý vị trí đặt đèn, chu kỳ đèn tối ưu, bố trí phân pha,… Và để đánh giá chất lượng khai thác nút giao vòng đảo cần nghiên cứu tiêu thước đo hiệu Thước đo nút vòng đảo khả thông hành, thời gian chậm xe hệ số tai nạn, khả thông hành tồn với mức phục vụ Giới hạn nội dung nghiên cứu, báo đề cập vấn đề xác định hiệu khai thác nút vòng đảo dựa tiêu mức độ phục vụ, thời gian chậm xe phân bố hình thành dịng xe từ số liệu quan trắc thực tế dòng xe nút giao vòng đảo để đưa thơng số tính tốn, chủ yếu xác định khoảng hở thời gian xe vào nút, gồm có khoảng hở thời gian tới hạn khoảng hở thời gian bám sát Phương pháp áp dụng số nước Mỹ (HCM 2000), Úc (Troutbeck), Đức (Ning Wu)… - Phương pháp thực nghiệm: Dựa số liệu điều tra giao thông đánh giá thực tế dịng xe qua nút để tìm mối quan hệ yếu tố hình học, đặc trưng dịng xe khả thơng hành nút Vì thế, phương pháp nhiều nước giới áp dụng Anh, Pháp, Canada, Nga, Ireland, Jordan, [6] Trong khuôn khổ báo, giới thiệu phương pháp theo lý thuyết thực nghiệm sử dụng phổ biến giới 2.1.1 Theo Highway Capacity Manual 2000 [4] Khả thông hành nhánh dẫn nút vòng quanh đảo tính theo cơng thức sau: Kết nghiên cứu 2.1 Khả thông hành nút giao thông vịng đảo Để tính tốn khả thơng hành người ta dùng phương pháp sau: - Phương pháp lý thuyết: Dựa sở quy luật Ca c e c tc 3600 (1) c t f 1 e 3600 Trong đó: Ca: Khả thông hành nhánh dẫn, (xe/h); Vc: Lưu lượng xe lưu thơng nút xung đột với dịng vào nhánh dẫn xét, (xe/h); tc: Khoảng hở tới hạn, thời gian tối thiểu mà xe vào nút cách an toàn, (s); tf: Khoảng hở bám sát, thời gian tối thiểu để xe nhập vào khoảng hở phương tiện lưu thông nút Gần nhất, HCM 2010 đề xuất cơng thức tính KNTH nút vịng đảo theo phương pháp thực nghiệm sau [5]: 66 Vũ Quý Lộc, Phan Cao Thọ, Trần Thị Phương Anh - Khả thông hành xe khác nhánh dẫn xung đột với dòng lưu thông C e,pce =1.130.e (-1,0 x 10 -3 )v c, pce (2) - Khả thông hành bên trái nhánh dẫn xung đột với dịng lưu thơng C e,pce =1.130.e (-0,75 x 10 -3 )v c, pce (3) - Khả thông hành bên trái nhánh dẫn xung đột với dịng lưu thơng làn: C e,pce =1.130.e (-0,70 x 10 -3 )v c, pce theo công thức R M Kimber 2.2 Thời gian chậm xe trung bình theo nghiên cứu nước [2] Đối với nút giao thơng vịng quanh đảo có điều khiển tín hiệu đèn, với đặc trưng dịng xe nước ta dòng hỗn hợp, mật độ đông, gần đồng đều, từ khảo sát thực nghiệm dòng xe hàng chờ, đề nghị xác định thời gian chờ xe trung bình mơ cách đơn giản dịng “Đến” dịng “Đi” theo cơng thức (8) sau: (4) 2.1.2 Theo công thức thực nghiệm R.M Kimber [1, 7] Theo kết nghiên cứu R M Kimber (1980) Viện Nghiên cứu Đường Giao thơng Anh (TRRL) khả thông hành cửa vào nhánh dẫn vào nút vịng đảo xác định theo cơng thức sau: (5) Q e = k(F - f c Qc ) 2.1.3 Theo kết nghiên cứu nước [2] Theo kết nghiên cứu nước, KNTH nút giao thơng điều khiển tín hiệu đèn thị Việt Nam đề nghị tính theo cơng thức sau: - Các NGT có nhánh dẫn với bề rộng từ 7m-15m dòng xe hỗn hợp quy đổi dịng xe quy đổi có tỉ lệ xe > 15% dùng công thức (6) P=395.B (xcqđ/h) (6) - Các NGT có nhánh dẫn với bề rộng từ 3m-10m dòng xe hỗn hợp quy đổi dịng xe máy quy đổi có tỉ lệ xe < 15% dùng công thức (7) P=1315.B (xmqđ/h) (7) Trong đó: P: Khả thơng hành nhánh dẫn tới nút giao thơng điều khiển tín hiệu đèn B: Bề rộng nhánh dẫn Nhận xét Trường hợp tính khả thơng hành nút vịng quanh đảo theo phương pháp lý thuyết dựa vào yếu tố khoảng hở xe, thời gian chờ vào nút, thời gian nhập dòng, tốc độ dòng xe cửa vào lưu lượng xe lưu thông nút Trong việc xác định khoảng hở thời gian tương đối phức tạp cần phải tiến hành đo đạc thực nghiệm nhiều lần trường, đồng thời phương pháp thường áp dụng cho dịng xe ơtơ thành phần ơtơ chiếm tỉ lệ cao Khi tính theo phương pháp thực nghiệm KNTH nút vừa phụ thuộc vào yếu tố hình học nút, cấu tạo nút đường dẫn vừa phụ thuộc vào dòng xe lưu thơng Do đó, phương pháp áp dụng với hầu hết dòng xe, mà cụ thể áp dụng cho nước ta Như vậy, sử dụng công thức R M Kimber để xác định khả thơng hành nút giao thơng vịng đảo sau áp dụng cơng thức lý thuyết tính tốn tiêu khác hệ số mức phục vụ, mức phục vụ, thời gian chậm xe, chiều dài hang chờ từ nhận xét hiệu khai thác nút Cơng thức tính KNTH nút có điều khiển tín hiệu đèn theo kết nghiên cứu thực nghiệm nước sử dụng để so sánh với kết tính KNTH nút vịng đảo sau đặt tín hiệu đèn cửa vào nhánh dẫn TCK 1-λ 2 Z2 d=0.9 + 2N 1-Z 1-Z (8) Trong đó: λ= = tỉ số thời gian xanh có hiệu chu kỳ hệ số mức phục vụ (đơn vị N P xe/h) 2.3 Xây dựng biểu đồ mối quan hệ thời gian chậm xe d, lưu lượng xe N hệ số mức phục vụ Z Dễ dàng nhận thấy, công thức (8) hàm số phụ thuộc vào biến TCK, , N Nếu cố định chu kỳ TCK tỷ số thời gian xanh có hiệu chu kỳ từ cơng thức (8), thời gian chậm xe trung bình xe đường dẫn d(s) xem hàm số với biến số lưu lượng đường dẫn biến số hệ số mức độ phục vụ Z (khi cố định khả thông hành) Theo công thức (8), thấy chu kỳ đèn, việc thay đổi tỷ số thời gian xanh có hiệu chu kỳ λ dù nhỏ (< 0,05) làm thay đổi lớn đến giá trị thời gian chậm xe trung bình xe d(s) Ứng với giá trị thời gian chậm xe, lần tăng giá trị λ lên 0,05 hệ số mức độ phục vụ Z tăng thêm (2÷3)% Thơng qua việc tính tốn, kiến nghị lấy giá trị λ ≤ 0,55 phù hợp Những giá trị λ> 0,55 làm cho hệ số mức độ phục vụ lớn (>0,9), gần đạt đến khả thơng hành Từ đó, xây dựng biểu đồ quan hệ thời gian chậm xe trung bình với lưu lượng đường dẫn quan hệ hệ số mức phục vụ Z với thời gian chậm xe trung bình d(s) ứng với mức KNTH TCK khác 2.3.1 Biểu đồ quan hệ thời gian chậm xe trung bình d(s) với lưu lượng đường dẫn N(xcqd/h) Trường hợp λ = 0,50 Hình Quan hệ d(s) N(xcqd/h) ứng với KNTHP=1000, 2000, 3000, 4000(xe/h) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(86).2015 Hình Quan hệ d(s) N(xcqd/h) ứng với KNTHP=1500, 2500, 3500, 4500(xe/h) 67 Hình Quan hệ Z d(s) ứng với =0,5 Trường hợp λ = 0,55 Hình Quan hệ d(s) N(xcqd/h) ứng với KNTH P=1000, 2000, 3000, 4000(xe/h) Hình Quan hệ d(s) N(xcqd/h) ứng với KNTH P=1500, 2500, 3500, 4500(xe/h) Nhận xét: Thơng qua Hình 1÷4 kết tính tốn, nhận thấy với thời gian chu kỳ TCK, tỷ số thời gian xanh có hiệu chu kỳ hệ số mức phục vụ Z ứng với khả thông hành P dù khác cho giá trị thời gian chậm xe trung bình d(s) (sai số phần nghìn) 2.3.2 Biểu đồ quan hệ hệ số mức phục vụ Z với thời gian chậm xe trung bình d(s) Hình Quan hệ Z d(s) ứng với =0,45 Hình Quan hệ Z d(s) ứng với =0,55 2.4 Phạm vi sử dụng tín hiệu đèn hiệu nút giao thơng vịng đảo Theo kết nghiên cứu tính tốn thời gian chậm xe hệ số mức độ phục vụ nút giao thơng vịng đảo nội thành Đà Nẵng, cho thấy với điều kiện dòng xe dòng xe hỗn hợp nhiều thành phần, lượng xe bánh chiếm tỷ lệ lớn, tốc độ trung bình thấp mức phục vụ C D tương ứng với d=(25÷45)s xem giới hạn chậm xe mà lái xe chấp nhận được, vượt ngưỡng hiệu việc tổ chức điều khiển tín hiệu đèn giảm rõ rệt thời gian chu kỳ tăng lên, lái xe sốt ruột phải dừng chờ chưa thấy có tín hiệu xanh Đồng thời tình trạng đồng nghĩa với việc tiêu hao nhiên liệu nhiễm mơi trường lượng khói thải động phải dừng lâu hàng chờ [1] Thơng qua biểu đồ thể Hình 5÷7, chúng tơi đề xuất phạm vi sử dụng tín hiệu đèn hiệu nút giao thơng vịng đảo thị Đà Nẵng thể Hình Hình Phạm vi sử dụng tín hiệu đèn hiệu nút giao thơng vịng đảo 68 Vũ Quý Lộc, Phan Cao Thọ, Trần Thị Phương Anh Nhận xét kết luận 3.1 Nhận xét - Với chu kỳ đèn TCK = (50 ÷ 120)s thời gian chậm xe d = (25÷45)s, hệ số mức độ phục vụ Zmax có giá trị tương ứng với λ sau: + Khi λ = 0,45 Zmax= 0,728÷0,849; + Khi λ = 0,50 Zmax= 0,775÷0,875; + Khi λ = 0,55 Zmax= 0,818 ÷ 0,899 Trong đó, Zmax hệ số mức độ phục vụ tương ứng với lưu lượng xe lớn nhánh dẫn - Trong trường hợp thời gian chu kỳ đèn nhỏ hệ số λ = 0,45÷0,55 đảm bảo thời gian chậm xe trung bình xe d< 45(s) - Thời gian chu kỳ đèn TCK nên sử dụng để nút giao thơng vịng đảo khai thác hiệu từ 50 ÷ 90(s) - Nếu biết KNTH lưu lượng xe nhánh dẫn vào nút, dễ dàng lựa chọn sơ thời gian chu kỳ đèn TCK cách hợp lý nhằm đảm bảo thời gian chậm xe nằm vùng giới hạn đề xuất Đồng thời dùng biểu đồ Hình để đánh giá sơ hiệu nút có sử dụng tín hiệu đèn tính tốn cặp giá trị (Z, d) 3.2 Kết luận Từ kết tính tốn d Z cho nút địa bàn thành phố Đà Nẵng, với việc đánh giá trực tiếp trạng thái dòng xe qua nút phân tích mối quan hệ d Z để đề xuất trị số thời gian chậm xe d(s) hệ số mức độ phục vụ Z lớn (giới hạn trên) trình bày việc sử dụng tín hiệu đèn điều khiển nút giao thơng vịng đảo cịn có hiệu Khi vượt q ngưỡng “ngưỡng ùn tắc” nên dùng loại hình tổ chức giao thơng khác thay cho đèn tín hiệu cải thiện điều kiện hình học nút Việc xây dựng biểu đồ quan hệ thời gian chậm xe d(s) hệ số mức độ phục Z có ý nghĩa quan trọng Thông qua biểu đồ d-Z, tìm cặp giá trị (d, Z) để đánh giá hiệu việc sử dụng đèn nút giao thơng vịng đảo dùng để tính tốn thời gian chậm xe mức độ phục vụ nút cách nhanh chóng mà khơng cần sử dụng đến bảng tra giải phương trình (8) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Bá Chương, Kỹ thuật giao thông, Tủ sách sau đại học - Đại học Xây dựng, Hà Nội, 1996 [2] Phan Cao Thọ, Nghiên cứu khả thông hành vấn đề sử dụng nút giao thơng điều khiển tín hiệu đèn đô thị Việt Nam, Luận án Tiến sỹ KHKT, 2004 [3] Phan Cao Thọ, Nguyễn Quang Đạo, Đỗ Bá Chương, Nghiên cứu quy đổi dòng xe hỗn hợp dịng xe nút giao thơng điều khiển đèn tín hiệu thị nước ta, Tạp chí Cầu Đường Việt Nam 11/2002 [4] Transportation Research Board - National Research Council, Highway capacity manual 2000 (HCM 2000), Washington D.C, 2000 [5] Transportation Research Board - National Research Council, Highway capacity manual 2010 (HCM 2010), Washington D.C, 2010 [6] Abishai Polus; Sitvanit Shmueli, Analysis and Evaluation of the Capacity of Roundabouts, Transportation Research Record 1572 [7] Transportation Research Board Executive Committee Subcommittee for NCHRP, Modern Roundabout Practice in the United States, Washington, D.C., 1998 (BBT nhận bài: 18/12/2014, phản biện xong: 16/01/2015) ... [1] Thông qua biểu đồ thể Hình 5÷7, chúng tơi đề xuất phạm vi sử dụng tín hiệu đèn hiệu nút giao thơng vịng đảo thị Đà Nẵng thể Hình Hình Phạm vi sử dụng tín hiệu đèn hiệu nút giao thơng vịng đảo. .. với =0,55 2.4 Phạm vi sử dụng tín hiệu đèn hiệu nút giao thơng vịng đảo Theo kết nghiên cứu tính tốn thời gian chậm xe hệ số mức độ phục vụ nút giao thơng vịng đảo nội thành Đà Nẵng, cho thấy... nhận xét hiệu khai thác nút Cơng thức tính KNTH nút có điều khiển tín hiệu đèn theo kết nghiên cứu thực nghiệm nước sử dụng để so sánh với kết tính KNTH nút vịng đảo sau đặt tín hiệu đèn cửa vào