Như ở phần trên đã nêu, nếu các nút giao thông điều khiển theo luật đường chính đường phụ mà lưu lượng xe trên đường chính quá lớn, xe trên đường phụ phải chờ lâu, người lái xe có cảm giác khó chịu và dẫn đến những xử lý không
đúng, dẫn tới tai nạn, nút giao thông không đảm bảo tầm nhìn và thường ùn tắc thì nên chuyển sang điều khiển nút giao thông bằng cảnh sát, tiến tới bằng đèn tín hiệu để tăng an toàn giao thông.
Điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu cũng làm tăng khả năng thông qua của nút, giảm hiện t−ợng ùn tắc. Khả năng thông qua của nút giao điều khiển bằng đèn lớn hơn rất nhiều so với nút không có đèn tín hiệu. Kinh nghiệm cho
Đ−ờng Đô Thị Và Tổ Chức Giao Thông 98 thấy khả năng thông qua nút điều khiển bằng đèn gấp đôi nút không có đèn và bằng khoảng 60% nút giao thông khác mức.
Điều khiển giao thông bằng đèn tín hiệu làm tăng văn minh đô thị và mọi ng−ời thực hiện luật giao thông tốt hơn.
Nói chung, đèn tín hiệu với công nghệ kỹ thuật hiện đại mang lại hiệu quả
rất lớn cho quản lý giao thông đô thị. Nếu đ−ợc liên kết điều khiển theo mạng lưới nút giao, thì mỗi nút giao có đèn tín hiệu có thể coi như một cửa ngõ làm giảm ùn tắc giao thông trong đô thị và nâng cao chất l−ợng chất l−ợng phục vụ các dòng xe, ngoài ra nó có thể đ−a ra các thứ tự −u tiên hợp lý đối với các loại hình phương tiện giao thông khác nhau, ví dụ ưu tiên đi bộ, xe đạp, xe công cộng, sau đó mới đến các loại xe cơ giới khác, tạo cho người sử dụng đường có cảm giác yên tâm khi v−ợt qua nút giao.
Hệ thống điều khiển tại nút gồm có thiết bị điều khiển (tủ điều khiển), cáp dẫn và hệ thống đèn.
Tủ điều khiển được cài đặt các chương trình tín hiệu và hoạt động một cách tự động, nếu nút được điều khiển theo mạng lưới thì toàn bộ thông tin này được truyền về trung tâm điều khiển để sử lý thông tin kết hợp với các nút khác trong mạng lưới. Vị trí của tủ điều khiển nút đơn được đặt gần phạm vi nút.
Hệ thống đèn điều khiển bao gồm đèn cho xe và đèn cho người đi bộ (nếu có xe điện, thì tại nút còn có hệ thống đèn dành riêng cho xe điện). Mỗi một cụm
đèn dành cho người đi bộ gồm có 1 đèn xanh và 1 đèn đỏ (vì vận tốc đi bộ thấp, nên không bố trí đèn vàng). Mỗi cụm đèn cho xe cơ giới gồm 1 đèn xanh, 1 đèn
đỏ và 1 đèn vàng. Ngoài ra còn có cụm đèn phụ, các đèn này chỉ có tác dụng nhắc lại. Tác dụng ảnh hưởng của mỗi đèn như sau:
- Đèn xanh : báo hiệu cho phép xe đi qua nút
- Đèn vàng : báo hiệu chú ý dừng lại (khi tới vạch dừng xe thấy đèn vàng vẫn đ−ợc phép đi qua).
- Đèn đỏ : báo hiệu xe buộc phải dừng lại.
Hình vẽ dưới đây miêu tả các dạng đèn tín hiệu:
Đ−ờng Đô Thị Và Tổ Chức Giao Thông 99 Hình 4-11. Các dạng đèn tín hiệu
Đ−ờng Đô Thị Và Tổ Chức Giao Thông 100 Hiện nay ở các n−ớc phát triển, trên một nhánh nút có nhiều làn xe, thì
trên mỗi làn xe thường bố trí 1 cụm đèn tín hiệu để người tham gia giao thông tuân thủ theo đúng qui tắc giao thông trên làn xe của mình. Dưới đây là các cách bố trí đèn trên làn đường:
Hình 4-12. Các cách bố trí cột đèn tín hiệu trên đường
Hình 4-13. Ví dụ bố trí mặt bằng nút có đèn tín hiệu
Đ−ờng Đô Thị Và Tổ Chức Giao Thông 101 4.3.2. Các tham số điều khiển
a) Pha
Pha là hệ thống điều khiển cho một số hướng nhất định. Tuỳ thuộc vào lưu l−ợng xe và mức độ phức tạp của các dòng xe tại nút mà có thể điều khiển bằng 2 pha, 3 pha hoặc 4 pha. Tuy nhiên, việc điều khiển bằng nhiều pha phải đ−ợc cân nhắc so sánh kỹ l−ỡng vì càng nhiều pha thì tổn thất thời gian chuyển pha càng tăng làm giảm khả năng thông qua của nút.
Tại các nút lưu lượng xe không lớn nên thiết kế điều khiển 2 pha, đây là loại hình điều khiển đơn giản nhất bằng đèn tín hiệu. Nó có −u điểm là đơn giản, dễ thực hiện, tuy nhiên nó vẫn còn xung đột tồn tại do dòng rẽ trái ngăn cản dòng
đi thẳng ng−ợc chiều, ở những nút giao thông lớn, thành phần dòng xe phức tạp thì điều khiển hai pha không phù hợp nữa, phải chuyển sang nhiều pha hơn.
D−ới đây là một số ví dụ về việc phân tích và bố trí pha:
Pha a pha b
a/ Điều khiển hai pha cho ngã t−
Pha a Pha b
Ký hiệu : cho xe cơ giới cho ngừơi đi bộ
b/ Điều khiển hai pha cho ngã ba
Hình 4-14. Bố trí điều khiển hai pha cho nút giao thông
Đ−ờng Đô Thị Và Tổ Chức Giao Thông 102 Khi điều khiển hai pha vẫn còn có xung đột giữa các dòng giao thông đi thẳng và rẽ trái, giữa dòng giao thông cơ giới với ng−ời đi bộ, vì vậy nút giao thông có lưu lượng dòng rẽ trái lớn sẽ điều khiển nhiều pha (3, 4 pha)
D−ới đây là hình thức bố trí nhiều pha cho ngã 3, ngã 4.
Pha a pha b pha c
a) Ngã t− với 3 pha.
Pha a Pha b Pha c Pha d
b) Ngã t− với 4 pha (từng pha cho mỗi đ−ờng vào)
Pha a Pha b Pha c Pha d
c) Ngã t− với 4 pha.
Hình 4-15. Bố trí điều khiển nhiều pha cho ngã 4
Đ−ờng Đô Thị Và Tổ Chức Giao Thông 103
Pha a Pha b Pha c
Hình 4-16. Bố trí ba pha cho ngã 3 tránh toàn bộ xung đột
Đối với nga ba chỉ cấn bố trí 3 pha là không còn xung đột giữa các dòng giao thông.
b) Thêi gian chuyÓn pha
Là khoảng thời gian tính từ lúc kết thúc pha này đến lúc bắt đầu pha kia.
Khoảng thời gian này phải đảm bảo quá trình giao thông diễn ra an toàn, các xe không bị va chạm nhau trong vùng xung đột.
VÝ dô : tÝnh thêi gian chuyÓn pha kÕt thóc pha
a) cho h−ớng Đông – Tây sang pha
b) cho h−ớng Nam - Bắc hình gạch chéo là phạm vi xe có thể xung đột
Hình 4-17. Sơ đồ xác định thời gian chuyển pha
Tz = Tr + Tk +Tv – Te (4-14) Tz là thời gian chuyển pha (s)
Tr +Tk khoảng thời gian xe đi hết phạm vi xung đột
Lr khoảng cách từ điểm dừng tới hết phạm vi xung đột.( m) Lk chiều dài xe ( m)
Tv là thời gian đèn vàng 3- 4 s
Te khoảng thời gian xe pha tiếp đi đến phạm vi xung đột )
15 4 ( )
s Vr (
Lk Tk Lr
Tr + −
= +
Lr
Le
V Vr
V
Lk
1
2
Đ−ờng Đô Thị Và Tổ Chức Giao Thông 104
) s v (
Te= Le Vr vËn tèc xe ra khái nót (m/s) Le khoảng cách từ vạch dừng tới phạm vi ( m) V là vận tốc xe m/s
• VÝ dô vÒ tÝnh thêi gian chuyÓn pha:
5m
5m
5m 5m
V
V
Pha 2 Pha 2
Pha 1 Pha 1
10m
21m
Hình 4-18. Sơ đồ tính thời gian chuyển pha cho nút Pha1: H−ớng Nam – Bắc Pha 2: H−ớng Đông – Tây
) s ( 5 ) s ( 6 , 4 10 3
5 6 1 15
2 Tz
) S ( 6 s 7 , 5 10 3
5 6 Tv 26
V Le Lk 2 Lr
1 Tz
=
=
− +
= +
−
=
=
− +
= +
− +
= +
−
Từ ví dụ trên thấy rằng khoảng cách Lr ảnh h−ởng nhiều tới thời gian chuyÓn pha.
Nhiều n−ớc ng−ời ta lấy thời gian chuyển pha tối thiểu là 6(s) c) Chu kỳ đèn
Thời gian chu kỳ đèn (ký hiệu là Tp) là khoảng thời gian lặp lại một quá
trình điều khiển, tức là khoảng thời gian bắt đầu xanh của pha này đến lúc bắt
đầu xanh pha đó ở quá trình tiếp theo. Quá trình điều khiển theo qui luật sau:
Xanh- Vàng - Đỏ
TX TV T§
Hình 4-19. Sơ đồ xác định thời gian chu kỳ khi quan sát 1 cụm đèn BiÕt:
Thời gian đèn vàng:
Tv = 3 s VËn tèc xe ra :
Vr = 36 km/h =10 m/s Vận tốc xe vào:
Ve = 36 km/h = 10 m/s Chiều dài xe: Lx = 6 m Các kích th−ớc cho trên bản vẽ
Đ−ờng Đô Thị Và Tổ Chức Giao Thông 105 Khi quan sát một cụm đèn ta dễ dàng xác định đ−ợc thời gian một chu kỳ
đèn :
Tp = Tx + Tv + T®
Tp : là thời gian một chu kỳ (s) Tx : là thời gian đèn xanh Tv : là thời gian đèn vàng Tđ : là thời gian đèn đỏ
Tr−ờng hợp điều khiển hai pha, ta có thể xem thời gian một chu kỳ đ−ợc miêu tả qua hình 4-20
Hình 4-20. Mô tả hoạt động của đèn tín hiệu 2 pha Txa là thời gian đèn xanh pha A
Txb là thời gian đèn xanh pha B
Tzab là thời gian chuyển pha từ pha A→ B Tzba là thờ gian chuyển pha từ B → A
Tr−ờng hợp điều khiển nhiều pha ta có công thức tổng quát:
(4 16)
iTzi Txi
Tp n
1 i n
1 i
− +
=∑ ∑
=
=
Trong công thức trên n là số pha điều khiển n = 2,3, 4 s(t)
t
tZ A,B tZ B,A
tZ B,A tX A tX B
TP = tX A + tZ A,B + tX B + tZ B,A TP
Đ−ờng Đô Thị Và Tổ Chức Giao Thông 106 d) Qui luËt xe tíi nót
Số l−ợng xe tới nút của pha trong mỗi chu kỳ đèn đ−ợc xác định theo qui luật phân bố xác suất poisson:
∑=
=
−
≤ = x k
1 x
x m )
k x , m
( x!
.m e
P ( 4 –17)
Trong đó:
P là tích luỹ xe đến nút của pha trong chu kỳ với số xe x ≤ k, k là số tự nhiên (để tính xác suất số xe tới nút nhỏ hơn k).
m là số l−ợng xe trung bình tới nút trong 1 chu kỳ *TP 3600 m= M M là lưu lượng xe lớn nhất trên 1 làn trong pha đang xét Có thể tra P ở các sổ tay toán học.
e) Qui luËt xe rêi nót
Mục đích là xác định số xe lớn nhất có thể rời khỏi nút ( qua vạch dừng) trong khoảng thời gian xanh.
Khi gặp đèn đỏ, các xe tới nút phải chờ trước vạch dừng, đến khi đèn xanh xuất hiện, các xe thứ tự rời khỏi nút nh− hình 4.21 d−ớiđây:
Hình 4-21. Các xe xếp hàng chờ trước nút khi có đèn đỏ
Số l−ợng xe qua đ−ợc (n xe) trong khoảng thời gian đèn xanh TX (s) là:
f a X
t t
n =T − (xe) ( 4-18) Trong đó:
TX là thời gian đèn xanh ta là thời gian mất mát ban đầu
tf là thời gian cần thiết để một xe qua vạch dừng, với xe con tf = 2 s g) Tính đổi xe
Vì các tham số trên là tính cho xe con vì vậy lưu lượng xe các loại cần
đ−ợc qui đổi về xe con. Các hệ số qui đổi k có thể tham khảo nh− sau:
Đ−ờng Đô Thị Và Tổ Chức Giao Thông 107
- xe con k=1
- xe tải nhỏ, xe buýt k=1.7
- xe tải lớn k=2.7
- xe máy k=0.3
- xe đạp k=0.2