PROGNOZY NATĘŻENIA RUCHU NA WĘŹLE LOTNISKO W ELBLĄGU

Transkrypt

1 FUNDACJA ROZWÓJ UTP ul. ks. A. Kordeckiego Bydgoszcz Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy im. Jana i Jędrzeja Śniadeckich Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska KATEDRA BUDOWNICTWA DROGOWEGO al. prof. S. Kaliskiego Bydgoszcz 11 Tel , fax zikwb@utp.edu.pl PROGNOZY NATĘŻENIA RUCHU NA WĘŹLE LOTNISKO W ELBLĄGU Autorzy: prof. dr hab. inż. Tomasz Szczuraszek dr hab. inż. Jan Kempa, prof.utp dr inż. Grzegorz Bebyn dr inż. Jacek Chmielewski Bydgoszcz, sierpień

2 SPIS TREŚCI 1. WPROWADZENIE Podstawa i przedmiot opracowania Zakres opracowania SPOSÓB WYKONANIA PRZESTRZENNYCH ANALIZ RUCHU OGÓLNY OPIS WARIANTÓW GEOMETRII WĘZŁA LOTNISKO WYNIKI ANALIZ SYMULACYJNYCH RUCHU

3 1. WPROWADZENIE 1.1. Podstawa i przedmiot opracowania Podstawą opracowania jest umowa z dnia 30. Lipca 2013 roku pomiędzy Bridgehouse Developments z siedzibą Elblągu przy ul. Słonecznej 2a a Fundacją Rozwój UTP z siedzibą przy ul. ks. Kordeckiego 20 w Bydgoszczy. Przedmiotem opracowania jest wykonanie prognoz natężeń ruchu samochodowego na węźle Lotnisko i przylegającym do niego obszarze sieci drogowej w Elblągu Zakres opracowania Zakres opracowania obejmuje opracowanie prognoz natężeń ruchu na węźle Lotnisko i przylegającym do niego obszarze sieci drogowej w Elblągu dla lat 2015, 2020, 2025, 2030, 2035, dla sześciu wariantów węzła Lotnisko (1A, 1B, 1C, 2A, 2B, 2C oznaczenia wariantów zgodne z Raportem oddziaływania na środowisko Budowy węzła Lotnisko na drodze ekspresowej S-7 w Elblągu sporządzony na etapie wniosku o wydanie decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach z września 2011 roku, wykonanego przez Pracownię Ochrony Środowiska Projekt 2000 z siedzibą w Sopocie, ul. Sobieskiego 26/4). Prognozy ruchu zostały opracowane na podstawie: wyników badań ruchu, założeń i symulacyjnego modelu ruchu wykonanych przez autorów w ramach umowy nr 230/2008, zawartej w dniu roku pomiędzy Spółką NEPH a Fundacją Rozwój ATR (obecnie Fundacja Rozwój UTP ). Prognozy ruchu uwzględniają: ruch generowany przez Centrum Handlowe Siódemka, które będzie dysponować miejscami parkingowymi, ruch generowany przez mieszkańców Elbląga, w tym mieszkańców południowych dzielnic, tj. Gronowo Górne, ruch mieszkańców Gminy Elbląg zamieszkujących na południe od drogi krajowej S7. 3

4 2. SPOSÓB WYKONANIA PRZESTRZENNYCH ANALIZ RUCHU Mapy natężeń ruchu dla poszczególnych lat prognozy zostały opracowane na podstawie analiz symulacyjnych ruchu, wykonanych za pomocą programów komputerowych VISEM oraz VISUM. Pierwszym etapem powyższych analiz było określenie macierzy ruchu samochodowego pomiędzy poszczególnymi rejonami komunikacyjnymi miasta. Pełną macierz ruchu samochodowego stanowiła suma macierzy ruchu: a) wewnętrznego, b) wjazdowego do miasta, c) wyjazdowego z miasta, d) tranzytowego. Do wyznaczenia macierzy ruchu wewnętrznego oraz wjazdowego i wyjazdowego autorzy zastosowali program VISEM (Graficzny, Interaktywny, Komunikacyjny Pakiet Informatyczny), który jest produktem firmy PTV System z Karlsruhe. Program ten służy do wyznaczania macierzy ruchu na podstawie, między innymi, wyników badań zachowań transportowych mieszkańców Elbląga. W tym celu została przeprowadzona tzw. ankieta transportowa. Wykonano ją metodą wywiadu domowego 500 gospodarstw domowych, 1444 ankietowanych osób (powyżej 9 roku życia). Macierz ruchu tranzytowego określono bezpośrednio z badań kordonowych, które zostały przeprowadzone w maju 2009 r. przez firmę BID z Bydgoszczy, pod kierunkiem autorów niniejszego opracowania. Zostały one przeprowadzone w ośmiu punktach kordonowych. Badania kordonowe miały na celu określenie struktury kierunkowej i rodzajowej oraz wartości natężeń ruchu zewnętrznego, tj. ruchu tranzytowego, ruchu wjazdowego i wyjazdowego z miasta. Na podstawie analiz wyników tych pomiarów wyznaczono wartości: - średniodobowego w roku i w godzinie szczytu natężenia ruchu, - średniodobowego w roku i w godzinie szczytu natężenia ruchu wjazdowego do miasta, - średniodobowego w roku i w godzinie szczytu natężenia ruchu wyjazdowego z miasta, - średniodobowego w roku i w godzinie szczytu natężenia ruchu tranzytowego. 4

5 Za pomocą programu VISEM można wyznaczać macierze podróży dla wszystkich sposobów przemieszczania się przy wykorzystaniu różnych środków transportowych występujących w analizowanym obszarze (np.: pieszo, jako kierowca samochodu osobowego, jako pasażer samochodu osobowego, transportem zbiorowym, rowerem). Ruch pomiędzy dwoma rozważanymi obszarami w programie jest określany głównie poprzez trzy funkcje: a) liczby generowanych podróży, b) prawdopodobieństwo wyboru danego celu podróży, c) prawdopodobieństwo wyboru danego środka transportowego. Liczbę podróży pomiędzy strefą komunikacyjną i oraz j określa się za pomocą następującej funkcji: gdzie: Q i - Pi j - Z j - ( ) W i, j f ij = Qi Pi j (2.1) liczba wszystkich generowanych podróży ze strefy i, [sztuk], prawdopodobieństwo wyboru celu podróży strefy j ze strefy i : P i j = atrakcyjność strefy j, f - funkcja oporu podróży: W i, j - B - f Z j f ( Wi,j ) B [ Zk f ( Wi,j )] k= 1, ( P < 0;1 > ) i j α W,j ( W ) = e, { f ( W ) < 0;1 > } i, j i, j (2.2) i (2.3) odległość pomiędzy strefą i oraz j mierzona w jednostkach długości lub czasu, [km] lub [h], liczba rejonów komunikacyjnych. Opory podróży dla danej grupy osób jednorodnych zachowań komunikacyjnych definiowane są w algorytmie przestrzennego rozkładu ruchu poprzez współczynnik oporu podróży α. Współczynnik ten uzależniony jest od celu podróży oraz klasy obsługi komunikacją zbiorową. Stanowi on wartość stałą w funkcji oporu połączenia f ( W ij ). Prawdopodobieństwo wyboru danego środka transportowego m przez grupę osób g (grupę osób jednorodnych zachowań transportowych) dla odbycia podróży ze strefy i do strefy j określa się: 5

6 U P g,i,j ( m) i, j - indeksy stref komunikacyjnych, m - indeks środka transportowego, e = m g,i, j ( m) - funkcja określająca atrakcyjność wykorzystania środka transportowego m przez grupę osób g dla odbycia podróży ze strefy i do j : U g,i,j k= 1 U e g,i, j U ( m) g,i, j ( m) = p T ( m) p Z ( m) 1gm p ij 5gm C ij 2gm ij ( m) + p D ln P ( m) + p + p A ( m) T ij ( m) - czas podróży środkiem transportowym m ze strefy i do j [min]; Z ij ( m) suma czasów: dojścia do środka transportowego m w strefie i 6gm 7gm 3gm oraz odejścia od środka transportowego w strefie j ; C ij ( m) - koszt podróży ze strefy i do j danym środkiem transportowym D ij - m ; odległość ze strefy i do j, [m]; A ij ( m) - dodatkowe atrybuty połączenia środkiem transportowym m ze strefy i do j, np. dostępność miejsc parkingowych; p igm - parametry logitowe określone dla każdej grupy osób jednorodnych zachowań transportowych g przy wykorzystaniu środka transportowego m ; parametry te określają wagę danej jednostki atrybutu wykorzystania środka transportowego w połączeniu i - j (np. czasu podróży, czasu dojścia, kosztu podróży itp.) w stosunku do pozostałych jednostek atrybutów; przy czym: p 1gm - użyteczność 1 minuty czasu podróży, p 2gm - użyteczność 1 minuty czasu dojścia i odejścia od środka transportowego m. p 3gm - użyteczność logarytmicznie zależnego przyrostu odległości, p 4gm - minimalna odległość dla połączenia danym środkiem ij ij 4gm (2.4) (2.5) 6

7 transportowym m, [m.], p 5gm - użyteczność jednostki monetarnej lub opłaty, p 6gm - stała użyteczność połączenia środkiem transportowym m, p 7gm - użyteczność jednostki dodatkowo uwzględnianego atrybutu połączenia środkiem transportowym m, np. liczby miejsc parkingowych. Niezbędnymi danymi wyjściowymi do analiz macierzy ruchu samochodowego za pomocą programu komputerowego VISEM są między innymi: a) łańcuchy podróży dla poszczególnych grup osób jednorodnych zachowań transportowych mieszkańców; b) atrakcyjności poszczególnych obszarów miasta pod względem: celów prywatnych, pracy, sklepów, punktów usługowych, szkół podstawowych, gimnazjów, szkół średnich i zasadniczych zawodowych, uczelni, szkół pomaturalnych i policealnych, itp.; c) liczby osób w poszczególnych grupach jednorodnych zachowań transportowych w poszczególnych obszarach miasta; d) macierze odległości pomiędzy poszczególnymi obszarami miasta; e) wartości współczynników oporu podróży α dla poszczególnych grup osób jednorodnych zachowań transportowych i dla poszczególnych celów podróży; f) wektory prędkości przemieszczania się danymi środkami transportowymi; g) macierze czasów dojścia i odejścia od poszczególnych środków; h) wartości parametrów logitowych określających atrakcyjności poszczególnych środków transportowych dla poszczególnych grup osób jednorodnych zachowań transportowych; i) rozkłady dobowe ogniw (par źródło cel ) łańcuchów podróży; j) macierze czasów podróży dokonywanych różnymi środkami transportowymi. Powyższe dane wyznaczono na podstawie analizy danych uzyskanych z ankiety transportowej, danych zebranych podczas wizji lokalnych, danych pozyskanych z Urzędu Miasta Elbląg oraz innych elbląskich instytucji. Liczbę osób w poszczególnych grupach jednorodnych zachowań transportowych w poszczególnych rejonach miasta ustalono, wykorzystując również zebrane, odpowiednie dane o mieszkańcach (zbiór danych PESEL) oraz specjalny algorytm opracowany przez autorów. 7

8 Do rozkładu ruchu samochodowego na sieć drogowo-uliczną zastosowano pakiet programowy VISUM, który jest również produktem firmy PTV System z Karlsruhe. Podstawową funkcją stosowaną do rozkładu ruchu na sieć drogową jest zależność (na bazie tej funkcji oparty jest algorytm "najkrótszych czasowo ścieżek"): b L q t = 1 + a V max q c (2.6) gdzie: t - średni czas przejazdu przez dany odcinek drogi, L - długość odcinka drogi, V - średnia prędkość pojazdów samochodowych w ruchu swobodnym na danym odcinku drogi, a, b - współczynniki określające wpływ obciążenia odcinka drogi ruchem na wydłużenie czasu przejazdu przez ten odcinek, c - współczynnik przeliczeniowy przepustowości godzinowej na przepustowość obliczeniowego interwału czasu, q - natężenie ruchu w obliczeniowym interwale czasu, q max - przepustowość odcinka drogi odniesiona do godziny. Na podstawie tej zależności w poszczególnych krokach iteracyjnych obliczeń symulacyjnych danym elementom sieci drogowej przypisywane są potoki pojazdów. Analizy prowadzone mogą być zarówno dla okresu doby, jak i godzin szczytu. Zasadniczą korzyścią wykorzystywanego modelu symulacyjnego ruchu jest możliwość dokonywania rozkładu ruchu na sieć drogową dla dowolnej konfiguracji tej sieci. Model ten zapewnia więc przeprowadzenie wielu analiz sieciowych dla różnych przewidywanych stanów jej rozwoju. Stanowi więc doskonałe narzędzie do rozwiązania problemu postawionego przed autorami. Opracowanie macierzy ruchu, a także map natężeń ruchu dla poszczególnych środków transportowych i różnych lat prognozy jest możliwe w przypadku dysponowania odpowiednio skalibrowanym modelem tworzenia i rozkładu ruchu na sieć, uwzględniającym specyfikę danego miasta oraz zachowań transportowych jego mieszkańców. Do ostatecznych obliczeń związanych z powstawaniem ruchu i jego rozkładem na sieć, niezbędne jest także poprawne zdefiniowanie danych wejściowych, w szczególności opisujących sieci 8

9 transportowe oraz zagospodarowanie przestrzenne miasta. Kalibrację modeli oraz danych wejściowych do obliczeń przeprowadza się poprzez obliczenia testowe więźby ruchu, a następnie map natężeń ruchu dla stanu istniejącego. Porównanie wartości natężeń ruchu w różnych punktach sieci transportu samochodowego uzyskanych z obliczeń modelowych oraz z pomiarów ruchu stanowi podstawę oceny poprawności modelu i omawianych danych wejściowych. Ocena ta umożliwia także określenie przyczyn ewentualnych rozbieżności porównywanych wartości natężeń. W celu ustalenia ostatecznej postaci modeli oraz danych wejściowych przeprowadzono kilkanaście obliczeń testowych, których podstawą były dane z pomiarów natężeń ruchu w tzw. punktach ekranowych uzyskane z pracy [3] (w ramach tej pracy wykonano pomiary natężeń ruchu na 55 punktach ekranowych). Kalibracja modelu polegała na kolejnych zmianach wartości parametrów modelu, aż do momentu uzyskania zgodności pomiędzy obliczonymi i rzeczywistymi (pomierzonymi) wartościami natężeń ruchu na sieci oraz liczbą i strukturą jazd. Kolejnym etapem analiz było opracowanie macierzy potrzeb transportowych oraz modeli umożliwiających dokonanie rozkładu przestrzennego ruchu samochodowego drogą symulacji komputerowej dla poszczególnych lat prognozy. Punktem wyjścia do ustalenia tych macierzy i modeli były macierze oraz modele opracowane dla stanu istniejącego. Ich kalibracji dokonano na podstawie przewidywanych zmian zachowań transportowych mieszkańców oraz przewidywanych zmian charakterystyk dotyczących miasta, w tym zagospodarowania przestrzennego, wskaźnika motoryzacji, ruchliwości, wykorzystania różnych środków transportowych itp. Modele te umożliwiły wyznaczenie macierzy ruchu samochodowego oraz opracowanie map natężeń ruchu dla poszczególnych okresów prognozy. Dla potrzeb prognozy niezbędne było także wykonanie między innymi następujących analiz: a) prognozy ludności w poszczególnych rejonach miasta, b) prognozy liczby osób w grupach jednorodnych zachowań transportowych w poszczególnych obszarach miasta, c) prognozy ruchu zewnętrznego, d) określenia zmian atrakcyjności poszczególnych obszarów miasta dla okresu prognozy; atrakcyjności te dotyczyły zarówno wszystkich rodzajów celów (prywatne, praca, zakupy, szkoła, uczelnia itp.), jak i źródeł podróży (mieszkanie, dworzec PKP, dworzec PKS itp.). 9

10 Zewnętrzny ruch samochodowy dla poszczególnych lat prognozy określono w oparciu o macierz ruchu zewnętrznego oraz przewidywane wartości wskaźnika wzrostu ruchu, zgodnie z zaleceniami GDDKiA na podstawie wzrostu PKB. Niezbędne było również uwzględnienie zmian w układzie drogowym miasta (np. nowe i przebudowywane elementy infrastruktury drogowej). Na podstawie informacji i danych uzyskanych z Urzędu Miasta Elbląg przyjęto następujący harmonogram rozwoju sieci drogowo-ulicznej miasta (tabl. 2.1). Tablica 2.1 Harmonogram rozwoju sieci drogowo-ulicznej Elbląga Lp. Element sieci Lata realizacji: Budowa dwujezdniowego przedłużenia ul. płk. Dąbka (G2/2) w obszar Modrzewiny (w kierunku północnym). 2. Zmiany w centralnej części miasta wprowadzenie strefy ograniczonej dostępności (SOD). 3. Budowa Trasy Wschodniej jako relacji dzielnicowej na kierunku N S w peryferyjnym obszarze już zabudowanym, utworzonej przez ciąg ulic: Rawskiej (G1/2) i odc. Łęczyckiej (G1/2), nowej trasy z tunelem (G1/2 i 2/2 od ul. Chrobrego) do płn. Kościuszki (G2/2) i Królewieckiej (G2/2). 4. Przedłużenie ul. Tysiąclecia (G2/2) do Trasy Zachodniej (umożliwienie obsługi powstającego centrum handlowego) 5. Budowa ul. Dojazdowej, połączonej w obrębie ul. Skrzydlatej poprzez węzeł Lotnisko z drogą krajową nr 7, (Z1/2) (umożliwienie obsługi komunikacyjnej powstającego centrum handlowego). 6. Budowa drugich jezdni: - ul. Pocztowa (G2/2) brakujący odcinek; - ul. Królewiecka (od ul. Kościuszki do ul. Fromborskiej); 7. Modernizacja ulic: - Chrobrego; - Agrykoli; - Lotniczej; - Robotniczej (od ul. Browarnej do ul. Brzeskiej) Budowa drugiej jezdni ul. Unii Europejskiej (wraz z mostem na rzece Elbląg). 2. Budowa drugiej jezdni ul. Grunwaldzkiej. 3. Budowa drugiej jezdni ul. Fromborskiej. 4. Budowa drugiej jezdni ul. Browarnej (od ul. Teatralnej do ul. Brzeskiej). 5. Budowa Trasy Zachodniej Żuławskiej G1/

11 6. Modernizacja ul. Tysiąclecia na istniejącym odcinku do przekroju 2/ Budowa drugiej jezdni ul. Brzeskiej do ul. płk. Dąbka. 2. Budowa drugiej jezdni ul. Bema (G2/2) od ul. Grobla św. Jerzego do ul. Żeromskiego. 3. Budowa drugiej jezdni Trasy Zachodniej Żuławskiej G2/2. 4. Przebudowa układu ul. Sienkiewicza Orzeszkowej. 5. Budowa Trasy Południowej (od ul. Tysiąclecia do ul. Skrzydlatej Budowa drugiej jezdni ul. Mazurskiej oraz ul. Browarnej (od ul. Brzeskiej do ul. Mazurskiej) Budowa drugiej jezdni ul. Bema od ul. Żeromskiego do ul. Łęczyckiej 2. Modernizacja ul. Piłsudskiego

12 3. OGÓLNY OPIS WARIANTÓW GEOMETRII WĘZŁA LOTNISKO Węzeł drogowy Lotnisko zlokalizowany będzie na drodze S 7, w km (miejsce istniejącego wiaduktu) pomiędzy węzłami drogowymi Raczki a Elbląg Wschód. Celowość budowy węzła Lotnisko wynika z potrzeb transportowych Elbląga, a także z konieczności odciążenia z ruchu węzła Elbląg Wschód. Argumenty szeroko uzasadniające budowę tego węzła podano w opracowaniu Analiza celowości budowy na drodze S 7 w obszarze Elbląga węzła drogowego Lotnisko wykonanego w Katedrze Budownictwa Drogowego, Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy [1]. Koncepcja projektowa węzła Lotnisko obejmuje dwa główne warianty, oznaczone cyframi 1 oraz 2, różniące się rozwiązaniem po północnej stronie drogi S - 7. Każdy z tych wariantów posiada trzy podwarianty, oznaczone literami A, B, C. W wariancie 1 po północnej stronie zastosowano rozwiązanie typu karo, z dwoma skrzyżowaniami typu rondo, a po południowej typu harfa z jednym skrzyżowaniem typu rondo. W wariancie 2 zastosowano rozwiązanie typu harfa po obu stronach drogi S 7 z tym samym układem rond, co w wariancie 1. Natomiast podwarianty różnią się rozwiązaniami geometrycznymi po południowej stronie drogi S 7, a mianowicie: podwariant A łącznice wyłączają i włączają się bezpośrednio z/do drogi ekspresowej; dodatkowo zaprojektowano ulicę Berylową łączącą Nową Holandię z układem drogowym Elbląga ( Nowa Holandia traci status MOP); ul. Berylowa pod względem transportowym łączy obszary położone na południe od S 7 z Elblągiem, a także odciąża z ruchu węzeł Elbląg Wschód ; podwariant B zaprojektowano drogę zbiorczo-rozdzielczą (południowa strona S-7), z której odchodzą i dochodzą łącznice węzła oraz zjazd do Nowej Holandii pełniącą rolę MOP; podwariant C droga zbiorczo- rozdzielcza, jak w podwariancie B jednak tak przedłużona by umożliwić wykonanie zjazdu z Nowej Holandii na tę drogę i następnie na drogę S 7. Geometrię poszczególnych wariantów przedstawiono na rys [2]. 12

13 Rys Rozwiązanie projektowanego węzła Lotnisko wariant 1A [2] Rys Rozwiązanie projektowanego węzła Lotnisko wariant 1B [2] 13

14 Nowa Holandia Rys Rozwiązanie projektowanego węzła Lotnisko wariant 1C [2] Nowa Holandia Rys Rozwiązanie projektowanego węzła Lotnisko wariant 2A [2] 14

15 Nowa Holandia Rys Rozwiązanie projektowanego węzła Lotnisko wariant 2B [2] Nowa Holandia Rys Rozwiązanie projektowanego węzła Lotnisko wariant 2C [2] 15

16 4. WYNIKI ANALIZ SYMULACYJNYCH RUCHU Efektem przeprowadzonych analiz symulacyjnych ruchu są mapy prognozowanych natężeń ruchu w godzinie szczytowego ruchu, na węźle Lotnisko i przylegającym do niego obszarze sieci drogowej w Elblągu, na lata: 2015 rys. 4.1, 2020 rys. 4.2, 2025 rys. 4.3, 2030 rys. 4.4, 2035 rys Zamieszczone na powyższych mapach przestrzenne rozkłady ruchu przedstawione są w formie uniwersalnej umożliwiającej, poprzez bardzo prostą modyfikację, uzyskanie rozkładów ruchu dla wszystkich analizowanych wariantów węzła Lotnisko, tj. 1A, 1B, 1C oraz 2A, 2B, 2C. 16

17 Rys Mapa natężeń ruchu, godzina szczytowego ruchu prognoza 2015 rok 17

18 Rys Mapa natężeń ruchu, godzina szczytowego ruchu prognoza 2020 rok 18

19 Rys Mapa natężeń ruchu, godzina szczytowego ruchu prognoza 2025 rok 19

20 Rys Mapa natężeń ruchu, godzina szczytowego ruchu prognoza 2030 rok 20

21 Rys Mapa natężeń ruchu, godzina szczytowego ruchu prognoza 2035 rok 21

22 Literatura: [1]. Szczuraszek T., Bebyn G., Chmielewski J., Kempa J.: Analiza celowości budowy na drodze S 7 w obszarze Elbląga węzła drogowego Lotnisko. Bydgoszcz, marzec [2]. Raport o oddziaływaniu na środowisko Budowy węzła Lotnisko na drodze ekspresowej S-7 W Elblągu sporządzony na etapie wniosku o wydanie decyzji o środowiskowych uwarunkowaniach. Pracownia Ochrony Środowiska Projekt Sopot, wrzesień [3]. Raport z pomiarów ruchu drogowego na wybranych skrzyżowaniach w Elblągu w celu dostarczenia danych niezbędnych do sporządzenia mapy akustycznej oraz planów rozwoju sieci drogowej i transportu publicznego do roku Biuro Ekspertyz i Analiz Środowiskowych Eko-Noise S.C. Gliwice [4]. Plan rozwoju sieci drogowej z uwzględnieniem transportu zbiorowego dla gminy miasta Elbląg na lata Fundacja Rozwój UTP, Katedra Budownictwa Drogowego Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy. Bydgoszcz