Natężenie nasycenia relacji dla skrzyżowań z sygnalizacją świetlną modelowanych z wykorzystaniem automatów komórkowych

W artykule przedstawiono metodę obliczania natężeń nasycenia dla relacji na skrzyżowaniu z sygnalizacją świetlną w modelu ruchu wykorzystującym automat komórkowy. Sposoby obliczania przepustowości i warunków ruchu dla skrzyżowań z sygnalizacja świetlną określa instrukcja wydana przez Generalną Dyrekcję Dróg Krajowych i Autostrad. Nie może zostać ona użyta w pewnych przypadkach, związanych szczególnie z blokowaniem strumienia pojazdów na wylotach takiego skrzyżowania. Nie może być ona także wykorzystana dla zmiennych obciążeń ruchem. Zaproponowano użycie automatu komórkowego do modelowania skrzyżowań z sygnalizacją świetlną. Podstawowy model Nagela-Schreckenberga uzupełniono o zasady ruchu na skrzyżowaniach z sygnalizacją świetlną, możliwość uwzględnienia pojazdów ciężkich oraz procedury zachowania bezpiecznej odległości pomiędzy pojazdami. Przewidziano możliwość zmniejszania prędkości pojazdów, umożliwiając w ten sposób symulację rzeczywistych warunków ruchu. Zaproponowano i szczegółowo omówiono sposób obliczenia natężenia nasycenia dla relacji na skrzyżowaniu z sygnalizacją świetlną. Przygotowano i przetestowano uproszczony model małego, jednopasowego, czterowlotowego skrzyżowania z sygnalizacją świetlną. Przeprowadzono szereg symulacji, które pokazały podobieństwa i różnice pomiędzy wynikami uzyskiwanymi z wykorzystaniem obowiązującej procedury obliczeniowej oraz automatu komórkowego. Wykazano możliwość kształtowania w proponowanym modelu dowolnych wartości natężeń nasycenia dla poszczególnych relacji i różnych organizacji ruchu na skrzyżowaniu z sygnalizacją świetlną. Przetestowane elementy składowe po walidacji pozwolą na budowanie modeli dowolnych skrzyżowań z sygnalizacją świetlną, nawet nietypowych, oraz symulację sytuacji nieuwzględnionych w obowiązującej instrukcji obliczeniowe.

This paper shows a method of calculation of the saturation flows for vehicle streams in the signalised intersection in a cellular automata model. The method of calculating capacity and lost time for some types of signalised intersections was shown in Generalna Dyrekcja Dróg Krajowych i Autostrad instruction. However, this instruction should not be used for some cases, especially those including phenomenon that cause blocking the traffic stream on intersection exits. This instruction also should not be used in case of changing load. Usage of a cellular automata for modelling the traffic for signalized intersections was proposed. Basic Nagel-Schreckenberg model was extended by inter alia traffic rules on the signalised intersections, possibility of using heavy vehicles and procedures of keeping safe distance between vehicles. Possibility of decreasing of vehicle speed, making it possible to simulate the real conditions of traffic, was included. The method of calculating saturation flow for vehicle streams was proposed and examined. Simplified model of small, one-lane, four-entry signalised intersection was prepared and tested. A number of simulations were made. Similarities and differences between the results from two calculating methods: obligatory instruction and the model of signalised intersection using a cellular automata were shown and analysed. Possibility of receiving any values of saturation flow for vehicle streams in proposed model was shown and analysed. After the validation of the model, its elements will be used to build models of any kind of signalised intersections, even untypical. It will be possible to simulate situations not taken into account in obligatory method of the signalised intersections calculations.