Suunnitteluesimerkki SYNCHRO
AJOITUKSEN OPTIMOINTI

SYVARIN malliverkon liikennevalojen ajoitukset on optimoitu amerikkalaisella liikennevalojen suunnitteluohjelmalla SYNCHRO.

SYNCHRO on koekäyttöä varten ladattavissa valmistajan TRAFFICWARE kotisivulta. Kokeiluversiolla (demo) voi tarkastella SYVARIN malliverkon liikennemalleja, mutta ei simuloida niitä eikä myöskään optimoida.

MALLIVERKKO  (PERUSVERKKO)

SYVARIN malliverkon suunnittelu ja ajoitusten optimointi kulki seuraavaan tapaan:

0. SYNCHRO -liikennemallin teko

Synchron liikennemalli luotiin perinteisellä tavalla: piirrettiin kolme risteystä ja niiden väliset linkit, määriteltiin risteyksittäin kaistat ja liikennevalojen vaiheet sekä lopuksi lisättiin malliin liikennemäärät.

Synchron liikennemallin risteykset ovat tämän näköisiä

Risteys 101 malliristeys A	Risteys 102 malliristeys B	Risteys 103 malliristeys C

Risteykseen 101 lisättiin eteläiselle tulosuunnalle lyhyt yhden auton pituinen lisäkaista. Muuten sekavaiheessa vasemmalle kääntyvät autot olisivat ruuhkauttaneet samaa kaistaa ajavan suoraan menevän liikenteen. Tämä johtuu siitä, että Synchron liikennemallissa sekavaiheessa vasemmalle kääntyvät autot eivät aja risteyksen keskelle odottamaan sopivaa aikaväliä, vaan ne jäävät pysäytysviivalle, jolloin ne tukkivat tien samaa kaistaa suoraan ajavilta autoilta.

Liikennevalojen kiertoajaksi valittiin tyypillinen ruuhka-ajan kiertoaika 90 sekuntia. Vaihejaoksi kuhunkin risteykseen valittiin SYVARIN malliristeysten mukainen vaihejako.

Liikennevalojen ajoituksessa pääsuunnan suoraan ajavalle liikenteen vaiheella varattiin aikaa 40 sekuntia, vasemmalle kääntyville vaiheelle enintään 20 sekuntia ja sivusuunnalle 30 sekuntia. Vaiheet sisältävät myös keskimääräisen suoja-ajan 5 sekuntia (3 sekuntia keltaista ja 2 punaista). Vihreiden pituudet ovat siten eri suunnissa 35, 15 ja 25 sekuntia, mikä likimain vastaa tulosuuntien liikennemääriä. Risteyksessä 103 sivusuunnan vaihe jaettiin kahteen 15 sekunnin vaiheeseen.
 
Ajoitukset ja vaihejärjestys eri risteyksessä olivat lähtötilanteessa seuraavat:

Risteys 101  

Risteys 102

Risteys 103

Malleissa ei yksinkertaisuuden vuoksi tarkasteltu lainkaan jalankulkua. Käytännössä tällä ei ole merkitystä, koska muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta vaiheet ovat riittävän pitkät myös jalankulkijoille.


1. Ajoitusten suunnittelu käsin

Käsin tehdyn ajoituksen tavoitteena oli ruuhkasuunnan (itään) mahdollisimman leveä vihreä aalto. Tämä on samalla yksinkertaisen amerikkalaisen Maximum Bandwith -ajoitusperiaatteen lähtökohta.

Alla ovat käsin tehty vihreän aallon yhteenkytkentäkaavio sekä liikenteen sujuvuutta kuvaavat tulokset

2. Vihreän aallon optimointi

Vihreän aallon optimoinnissa Synchro säilyttää kiertoajan, vaihejärjestyksen ja eri suuntien vihreiden pituudet ennallaan mutta etsii mahdollisimman hyvän vihreän aallon laskemalla risteysten välille parhaat mahdolliset vaihesiirrot (offsets).

Vihreän aallon optimointi paransi odotetusti liikenteen sujuvuutta käsin tehtyyn vihreään aaltoon verrattuna. Ruuhkasuunnassa optimointi paransi liikenteen sujuvuutta jopa enemmän kuin vastasuunnassa.

	Ruuhkasuunta			Vastasuunta
Ajoitus	nopeus (km/h)	viivytys (s/ajon)	pysähdykset (kpl/ajon)	nopeus (km/h)	viivytys (s/ajon)	pysähdykset (kpl/ajon)
1	30	20	0.69	30	21	0.72
2	33	16	0.61	31	19	0.64

3. Vihreiden pituuksien optimointi

Vihreän pituuden optimoinnissa Synchro säilyttää kiertoajan ja vaihejärjestyksen ennallaan mutta etsii mahdollisimman hyvän vihreän ajan jaon tulosuuntien kesken. Myös vaihesiirrot optimoidaan uudelleen.

Vihreiden pituuksien optimointi ei enää parantanut liikenteen sujuvuutta - päinvastoin pysähdykset, päästöt ja polttoaineen kulutus lisääntyivät. Muutokset olivat kuitenkin hyvin pieniä, mikä osoittaa että käsin tehty vihreiden pituuden määritys oli suhteellisen hyvin kohdallaan.

4. Vaihejärjestyksen optimointi

Vaihejärjestyksen optimoinnissa Synchro pitää kiertoajan ennallaan mutta etsi risteyksille parhaan mahdollisen vaihejärjestyksen. Myös vihreän ajan jako sekä vaihesiirrot optimoidaan uudelleen.

Vaihejärjestyksen optimointi paransi liikenteen sujuvuutta joskin ero pelkkään vihreän aallon optimointiin (2) verrattuna jäi varsin vähäiseksi. Tämä osoittaa, että risteysten vaihejärjestyksellä ei tässä verkossa ole suurta merkitystä.

Vaihejärjestyksen optimoinnin jälkeen ajoitukset ja vaihejärjestys eri risteyksessä olivat seuraavat:

Ajoitus Risteys 101            Vaihesiirto  = 0  (S2&6 keltaisen alku)

Ajoitus Risteys 102             Vaihesiirto  = 75  (S2&6 keltaisen alku)


Ajoitus risteys 103              Vaihesiirto  = 17  (S2&6 keltaisen alku)

5. Täydellinen optimointi

Täydellinen optimointi sisältää kiertoajan optimoinnin kuten myös vaihejärjestyksen, vihreän pituuden sekä vihreän aallon eli vaihesiirtojen optimoinnin. Optimointi lyhensi kiertoajan 90 sekunnista 50 sekuntiin.

Lyhyt 50 sekunnin kiertoaika paransi liikenteen keskinopeutta ja vähensi viivytyksiä koko liikenneverkossa. Sen sijaan lyhyt kiertoaika lisäsi pääkadun liikenteen pysähdyksiä verrattuna vihreän aallon (2) ja vaihejärjestyksen (4) optimointiin.

Lyhyt kiertoaika 50 sekuntia ei ole käytännössä mahdollinen suojateiden takia. Tästä syystä optimoinnin tulos antaa karkean arvion siitä, miten suojateiden olemassaolo lisää liikenteen viivytyksiä. Viivytysten kasvu on noin 50 % joskin sekunneissa mitaten muutos on vain 5-10 sekunnin luokkaa.

Päätelmät

Tehty analyysi pohjautuu kiinteäaikaisten valojen toimintaan. Siten tuloksia ei voi suoraan laajentaa ajantasaisesti toimiviin valoihin, koska ajantasaisesti toimivat valot ottavat huomioon liikenteen satunnaiset vaihtelut ja siten parantavat liikenteen sujuvuutta kiinteäaikaiseen valo-ohjaukseen verrattuna.

Vaikka analyysin tulokset rajoittuvat vain esimerkkinä olevaan liikenneverkkoon, niin sen perustella voidaan todeta:

• Optimoitu ajoitus tuottaa liikenteelle kaikissa tapauksissa paremman sujuvuuden kuin käsin tehty ajoitus - tässä esimerkissä ero jopa korostui, koska käsin tehdyn ajoituksen tavoite oli suosia vain pääkadun ruuhkasuunnan liikennettä.
   
• Pääkadun suosinta optimoinnissa parantaa luonnollisesti pääkadun liikenteen sujuvuutta. Koko liikenneverkon kannalta eri optimointivaihtoehtojen väliset erot ovat kuitenkin käytännössä varsin vähäiset.
   
• Pitkä kiertoaika lisää selvästi liikenteen viivytyksiä lyhyeen kiertoaikaan verrattuna. Sen sijaan pitkä vähentää pysähdyksiä, mikä viivytysten kasvusta huolimatta saa liikenteen kuitenkin tuntumaan sujuvammalta.

Yhteenveto tuloksista

Edellä kuvatut SYVARIN malliverkon SYNCHRO-liikennemallit ovat vapaasti noudettavissa seuraavasta:
Malli 1 - ajoitus käsin - nouda
Malli 2 - vihreän aallon optimointi- nouda
Malli 3 - vihreiden pituuksien optimointi - nouda
Malli 4 - vaihejärjestyksen optimointi - nouda
Malli 5 - kaiken optimointi - nouda

Mallin 4 mukainen valojen ajoitus on käytössä SYVARIN malliverkossa, jonka avulla arvioidaan SYVARIN vaikutuksia

UUSI VERKKO (KESKUSTAVERKKO)

SYVARIN malliverkko R400 muodostuu kolmesta risteyksestä, joiden välimatkat vasemmalta oikealle ovat 200 ja 200 m - yhtensä 400 m.

Malliverkon R400 liikennevalojen ajoitusten optimointi kulki seuraavaan tapaan:

11  Malli 4:n ajoitus ennallaan - vain risteysvälit muutettu

Risteysvälien lyhentyminen huonontaa selvästi liikenteen sujuvuutta. Pääkadun keskimääräinen nopeus pienentyy kolmanneksen ja viivytykset tuplaantuivat. Polttoaineen kulutus - huolimatta ajomatkan puolittumisesta - säilyy lähes ennallaan.

12  Malli 4:n vihreä aalto optimoitu - vaihejärjestys ennallaan 

Vihreän aallon optimointi paransi keskimääräistä nopeutta ja vähensi viivytyksiä. Myös polttoaineen kulutus aleni noin 5%.

13  Malli 4:n vihreä aalto ja vaihejärjestys optimoidut

Vaihejärjestyksen optimointi vaihtoi risteyksen 103 vaihejärjestyksen käänteiseksi. Samalla viivytykset ja pysähdykset kuten myös polttoaineen kulutus vähenivät. Tulos osoittaa selvästi, että varsinkin lyhyillä risteysväleillä oikean vaihejärjestyksen valinnalla vaikutetaan huomattavasti liikenteen sujuvuuteen.

 

Uuden verkon (keskustaverkon optimoitu ajoitus)


Luvut osoittavat ajosuunnan keltaisen alkuhetken kierron aikana
 

Ajoitus Risteys 101                    Vaihesiirto  = 0  (S2&6 kelt.alku)

Ajoitus Risteys 102                    Vaihesiirto  = 64  (S2&6 kelt.alku)

Ajoitus Risteys 103                    Vaihesiirto  = 57  (S6 kelt.alku)

 

 

Ajoituskaaviot sekä risteyskuvat on poimittu ohjelmasta SYNCHRO.
Yhteenkytkentäkaavion ovat ohjelman YKAAVIO tulosteita