Zatory komunikacyjne w miastach

Artykuł powstał na podstawie rozprawy doktorskiej Damiana Iwanowicza pt. „Model procesu powstawania i zmienności długości kolejki pojazdów na wlotach skrzyżowań z sygnalizacją świetlną”. Autor jest pracownikiem Wydziału Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska Uniwersytetu Technologiczno-Przyrodniczego w Bydgoszczy.

Każdy z nas, mieszkańców lub użytkowników dużych i średnich miast, musi niestety liczyć się z tym, że podróżowanie czy to własnym samochodem, czy to środkami komunikacji miejskiej w zdecydowanej większości przypadków w godzinach szczytu komunikacyjnego zabiera dużo czasu i generuje koszty. Wpływ na to ma przede wszystkim stale rosnący od kilkunastu już lat wskaźnik motoryzacji. Żyjemy w czasach, w których trend posiadania własnego samochodu osobowego i podróżowania nim „od drzwi do drzwi” jest uznawany niemal za konieczność, a nawet za symbol ekonomicznego i społecznego „awansu”. Stąd też należy spodziewać się narastających problemów zatłoczenia w mieście także w przyszłości.

W Polsce w 2017 roku najbardziej zatłoczonym miastem był Kraków, gdzie kierowcy spędzali w „korkach”, w przeliczeniu, aż 36 h na rok. Najbardziej „zakorkowanym” miastem na świecie jest natomiast Los Angeles, w którym kierowcy w 2017 roku na podróżowanie w czasie zatoru stracili około 102 h na rok. Dlaczego tak się dzieje i czy możemy coś z tym zrobić?

Chęć podróżowania wszędzie przy użyciu samochodu osobowego jest podstawowym problemem zatłoczenia w mieście, a dotyczy głównie okresów szczytów komunikacyjnych. Alternatywne sposoby przemieszczania się po aglomeracji w tych okresach, przede wszystkim na dalsze odległości, są przez większość z nas nie do zaakceptowania. Co jest tego powodem? Najczęściej wyolbrzymiamy typowe wady podróżowania innymi środkami transportu (np. w komunikacji miejskiej: podróż z udziałem innych osób, niezadowalająca częstotliwość kursowania, konieczność przesiadania się, opór podróży pieszej do i z przystanków, wrażliwość na warunki atmosferyczne, bezpieczeństwo itp.). Ci, którzy „zasmakowali” już podróżowania samochodem, nie są chętni do porzucenia komfortu podróży, jaki odczuwamy przy przemieszczaniu się nim – w dodatku przedkładając ponad wszystko pryzmat „bezpośredniości” podróży (od źródła do celu) jako najważniejszy. Nie zważamy przy tym nawet na konieczność ponoszenia dodatkowych opłat w podróży, np. za korzystanie z miejsca postojowego czy wjazdu do danej strefy miasta. Cytując wyniki ankiet transportowych, jakie realizowane były przez Zakład Inżynierii Drogowej i Transportu, 42% z nas deklaruje, że nigdy nie przesiądzie się do transportu publicznego. To bardzo duży odsetek, który o czymś świadczy…

Obecnie w aglomeracjach miejskich mamy „bum” inwestycyjny z zakresu szeroko rozumianej infrastruktury drogowej. Budowane są ciągi alternatywne, usprawniamy systemy sterowania ruchem, poszerzamy jezdnie do przekrojów dwupasowych lub większych itp. W ślad za tymi inwestycjami idą również inwestycje z zakresu transportu publicznego, w tym przede wszystkim budowa nowych buspasów i nowych linii tramwajowych czy ścieżek rowerowych i stacji roweru miejskiego. Czy to wystarcza? Odpowiedź jest jednoznaczna i… negatywna. Przyrost liczby pojazdów na drogach jest tak duży, że obecne sieci uliczne nie są w stanie przejąć tak dużego ruchu w sposób płynny. Według danych GUS, w Polsce w okresie 2000-2017, liczba samochodów osobowych wzrosła o ~125,5%!

Jak to się dzieje, że stoimy w „korku”? Generalnie w miastach w okresach największego popytu na transport borykamy się z tzw. ruchem „szarpanym”. Dojeżdżamy do danego skrzyżowania, zatrzymując się w kolejce, po czym ruszamy i ponownie się zatrzymujemy, aż po którymś ruszeniu przejeżdżamy to skrzyżowanie, a dalej niestety proces ten powtarza się na dojeździe do następnego skrzyżowania. Powodem tego jest oczywiście ograniczona przepustowość skrzyżowań. W szczególności sytuacje te mają miejsce na głównych arteriach miejskich. Przecięcia drogowe takich arterii z reguły wyposażone są w sygnalizację świetlną, by bezpiecznie rozprowadzić w czasie duży ruch potoków pojazdów (w szczególności relacje kolizyjne).

Skąd biorą się te największe utrudnienia w ruchu miejskim? Wynika to głównie z układu gęstej sieci ulic miast i sposobu podróżowania po niej. Dla przykładu, jeżeli o godzinie 15:00 większość z nas kończy pracę i wsiada do samochodów, aby dojechać do domu (lub najpierw do innego celu pośredniego), to w tym samym punkcie czasu rozpoczyna się największe zapotrzebowanie na transport, rozproszone po całej tkance miasta. Podróżni z dróg „dojazdowych” z miejsc pracy dojeżdżają do dróg „rozprowadzających” po danych dzielnicach miasta, a dalej podróżują po drogach „magistralnych”, łączących ze sobą poszczególne dzielnice miast. To właśnie na skrzyżowaniach dróg magistralnych i rozprowadzających mamy największe spiętrzenie ruchu w okresie szczytu komunikacyjnego. Na tych skrzyżowaniach dochodzi do nagromadzenia się tak dużej liczby pojazdów z różnych dzielnic miasta, której nie sposób obsłużyć podczas jednej fazy nadawania sygnału zielonego. Popyt przewyższa podaż, powstaje zator.

Pojazdy dojeżdżające do danego wlotu skrzyżowania gromadzą się w kolejce zatrzymanych pojazdów w oczekiwaniu na możliwość kontynuacji jazdy. Jeżeli podczas jednego cyklu sygnalizacyjnego (składającego się w uproszczeniu z sygnału czerwonego i zielonego), powiedzmy, dojechało na wlot 20 pojazdów, a zostało obsłużonych tylko 10, to pozostałe 10 pojazdów zmuszonych jest do ponownego oczekiwania na następny sygnał zielony. Kiedy tych 10 pojazdów „pozostających” na wlocie oczekuje na kolejny sygnał zielony, jesteśmy już w okresie kolejnego cyklu sygnalizacyjnego, podczas którego też przyjmijmy, że dojeżdża następne 20 pojazdów. Co się dzieje w tym drugim cyklu? Oczywiście ponownie „średnio” przejedzie 10 pojazdów, a na wlocie pozostanie już 20 pojazdów zgłoszonych do obsługi na trzeci z kolei cykl. Proces ten (kumulowania się kolejki pozostającej) będzie kontynuowany tak długo, aż natężenie ruchu pojazdów dojeżdżających do wlotu skrzyżowania nie zmniejszy się istotnie do takiej wartości, by podczas nadawanych przez sygnalizator sygnałów zielonych rozładować kolejkę (pozostającą) do zera. Dopływ musi być mniejszy od odpływu. Pamiętać należy, że te procesy zachodzą nie na jednym, a na wszystkich wlotach kilkudziesięciu skrzyżowań arterii drogowych w mieście. Dlatego też nie możemy w nieskończoność wydłużać czasu nadawania sygnału zielonego (co z resztą regulują odpowiednie przepisy projektowe sygnalizacji świetlnej). Zaznaczmy, że pomijamy tu całkowicie kwestie zaburzeń w ruchu (np. konflikty lub zdarzenie drogowe).

Proces rozładowania zatoru w okresach szczytu komunikacyjnego trwa zdecydowanie dłużej od procesu jego powstawania. Jak wynika z badań autorskich, jedną z przyczyn tego jest zachowanie kierujących pojazdami. Okazało się bowiem, że w warunkach permanentnego zatłoczenia motoryzacyjnego cechuje nas zupełnie inny sposób dynamiki prowadzenia pojazdu w zależności od rodzaju nadawanego sygnału świetlnego. Zbadano bowiem, że w przypadku dużych zasięgów kolejek inaczej ruszamy i zatrzymujemy się w zależności od tego, jak oceniamy nasze szanse opuszczenia skrzyżowania. Gdy ruszamy ze stojącej kolejki i dostrzegamy, że na wlocie skrzyżowania nadawany jest sygnał zielony, wykonujemy ten manewr z motywacją jak najszybszego jego opuszczenia. Gdy zaś ruszamy i widzimy inną barwę nadawanego sygnału, to „po prostu się nam nie spieszy”. Wiemy doskonale, że jeżeli ruszymy, to i tak będziemy musieli się zatrzymać w oczekiwaniu na następny sygnał zielony. Zmieniamy jedynie pozycję w kolejce. Jakie odnotowano różnice? Otóż średnio podczas nadawania sygnału zielonego pojazdy ruszają z intensywnością około 0,85 P/s (pojazdów na jedną sekundę) podczas, gdy ten sam proces w okresie nadawania sygnału czerwonego przebiega z intensywnością około 0,50 P/s. Niby niewiele, ale w długich kolejkach to istotna różnica. Bardzo podobnie „układają się” wyniki natężenia zatrzymywania się w kolejce pozostającej, ponieważ średnio ten proces odbywa się przy intensywności około 0,45 P/s. Ciekawostką jest również, że proces ruszania i zatrzymywania się w kolejce przebiega inaczej w zależności od tego, za kim się znajdujemy w tej kolejce. Ruszamy zdecydowanie później, znajdując się za pojazdem ciężkim w odniesieniu do sytuacji, gdy ruszamy za pojazdem lekkim. Natomiast w przypadku zatrzymywania się, w pojazdach lekkich czynimy to zdecydowanie szybciej, będąc za pojazdem ciężkim aniżeli za pojazdem lekkim. Inną ciekawą sytuacją jest to, że pojazdy ciężkie wykonują manewr zatrzymania zdecydowanie dłużej niż pojazdy lekkie. Domniemać można, że kierowcy „tirów” czynią to z troski np. o zużycie paliwa. Wymienione intensywności udało się również skorelować z długością nadawania światła zielonego. Wraz z jego wydłużeniem wspomniane manewry wykonujemy dłużej. Natomiast im krótszy jest sygnał zielony, tym więcej pojazdów przejeżdża na sygnale czerwonym.

Dłuższy proces rozładowania zatoru drogowego wynika również z faktu, że nie wszyscy kończymy pracę (szkołę) o godzinie 15:00. Niektórzy z nas kończą zajęcia o 14:00, inni o 15:30 czy 16:00.
Jak już wcześniej zaznaczono, podczas podróży do domu nierzadko zahacza się także o inne cele, np. w celu zrobienia zakupów. Efektem jest nakładanie się i przenoszenie w czasie natężeń dopływu do skrzyżowań, powiększając zatory komunikacyjne, sięgające coraz dłuższego okresu w dobie. Sam popyt transportowy może być chwilowy (np. w okresie 10 minut, od 15:00 do 15:10). Niestety podaż w postaci przepustowości skrzyżowań nie jest w stanie obsłużyć tych pojazdów w takim samym (krótkim) czasie. Formują się zatem kolejki pozostające, których obsługa przekracza nawet 30 minut. Biorąc pod uwagę, że w tym czasie może dojść do ponownego dużego „piku” natężeń dopływu (np. o 15:25), owe pojazdy dojeżdżać będą do uformowanych wcześniej kolejek pozostających, niestety jeszcze bardziej powiększając ich zasięg.

Czy istnieje panaceum na rosnące problemy zatłoczonych miast? Jak dotąd nie wymyślono optymalnego sposobu radzenia sobie z tym problemem. Być może rozwiązaniem okaże się wzrastające zainteresowanie technologią pojazdów autonomicznych . To jednak śpiew przyszłości, zależny zarówno od nas samych (chęci oddania swobody prowadzenia pojazdu komputerom), jak i od możliwości obliczeniowych centralnych systemów sterowania ruchem w całym mieście, a więc od telematyki infrastruktury transportowej.

Obecnie stosuje się również typowe metody inżynierii ruchu, których celem jest minimalizacja rosnących zatorów drogowych. Przykładem mogą być niektóre metropolie w takich państwach, jak Holandia, Dania czy Stany Zjednoczone, gdzie wprowadzone zostały eksperymentalne rozwiązania organizacji ruchu, polegające na redukcji liczby pasów ruchu do minimum oraz na całkowitej rezygnacji ze stosowania znaków i sygnałów drogowych. Co osiągnięto? Większą płynność ruchu i większy poziom bezpieczeństwa, wynikający z niepewności kierowców poruszających się z mniejszą prędkością po takich ulicach. Mniej radykalne formy, które stosuje się nawet w miastach naszego kraju, to przede wszystkim wszelkiego rodzaju ograniczenia wjazdu wybranych rodzajów pojazdów do wyznaczonych stref miasta, w tym także pobieranie opłat za wjazd i parkowanie. Wyniki badań potwierdzają także, że w niektórych przypadkach nie warto „w nieskończoność” poszerzać przekrojów ulic, dodając na nich kolejne pasy ruchu. Wręcz przeciwnie, np. w Nowym Jorku osiągnięto bardzo dobre rezultaty, oddając ogromne przestrzenie pieszym i rowerzystom, optymalnie rozprowadzając duże potoki ruchu samochodowego na drogi alternatywne. Innymi, ostatnio często wdrażanymi w miastach sposobami, są również nowoczesne systemy sterowania ruchem.

Pamiętać jednak należy, że po pewnym czasie metody te i tak osiągają swoją maksymalną wydolność. Dzieje się tak na skutek chwilowej poprawy warunków ruchu, „ściągając” w te miejsca nowych kierowców, a więc ponownie zwiększając natężenie ruchu. Wydaje się zatem, że powinniśmy skłaniać ludzi do podróżowania środkami publicznego transportu zbiorowego lub samochodem z większą liczbą pasażerów. To niestety nie jest tak proste do wykonania, mając na uwadze nasz komfort podróży samochodem w pojedynkę.

tekst: dr inż. Damian Iwanowicz
zdjęcia: Ryszard Wszołek


Drukuj