De stappen in het ontwerpproces
Voordat gestart kan worden met het ontwerpen van een verkeerslichtenregeling, moet besloten zijn dat een met verkeerslichten geregeld kruispunt de beste oplossing biedt voor de geconstateerde problemen en dat deze oplossing het beste past bij de geldende beleidsuitgangspunten.
Het betekent, anders gezegd, dat alternatieve oplossingen niet in aanmerking komen. Voorbeelden daarvan zijn het aanpassen van de vormgeving en inrichting van het kruispunt, het aanpassen van de voorrangsregeling of het vervangen van het kruispunt door een rotonde. Om de meest geschikte kruispuntvorm te bepalen, moeten de voor- en nadelen van alle mogelijke oplossingen tegen elkaar worden afgewogen. Criteria die daarbij een rol spelen, zijn onder andere verkeersveiligheid, verkeersafwikkeling, leefbaarheid, milieu en kosten.
Als het kruispunt deel uitmaakt van een gebied waarin al maatregelen voor dynamisch verkeersmanagement (DVM) worden toegepast of waarin deze op korte termijn toegepast zullen worden, is het bij de afweging van belang om na te gaan of de gekozen oplossing past binnen het totaal aan DVM-maatregelen. Ook de toekomstvastheid van de oplossing moet in de afweging een rol spelen; het is immers niet verstandig voor een oplossing te kiezen die na korte tijd als gevolg van veranderingen niet meer voldoet. Bij de afweging dient niet alleen te worden gekeken naar de ontwerp- en de realisatiefase, maar ook naar de beheerfase.
In figuur 1-1 zijn de stappen van het ontwerpproces van een verkeerslichtenregeling weergegeven. Voor een schematische weergave van het beheerproces wordt verwezen naar hoofdstuk 19.
[ link ]
Uit figuur 1-1 en uit de beschrijving van de processtappen blijkt dat het kruispuntontwerp in diverse stappen aan de orde komt. Een goed kruispuntontwerp is cruciaal voor een goed functionerende verkeerslichtenregeling. Het is daarom van belang dat alle betrokken partijen, en zeker de verkeersregeltechnicus, al in een vroeg stadium bij het kruispuntontwerp worden betrokken. Gebeurt dit niet, dan bestaat de kans dat de kruispuntvorm door niet meer te veranderen stedenbouwkundige of planologische randvoorwaarden onvoldoende aan de regeltechnische eisen beantwoordt. Daardoor ontstaat uiteindelijk een slecht functionerend geheel van kruispuntvorm en verkeerslichtenregeling.Figuur 1-1. Ontwerpproces van een verkeerslichtenregeling
Het schema van figuur 1-1 heeft betrekking op het ontwerpproces van een voertuig- of verkeersafhankelijke regeling voor één kruispunt. Het ontwerp van een netwerkregeling, waarvan een afzonderlijke kruispuntregeling deel kan uitmaken, is niet opgenomen (netwerkregelingen komen aan de orde in hoofdstuk 17).
In de praktijk is de belasting van een kruispunt niet altijd gelijk. Daarnaast kunnen er voor verschillende perioden of situaties andere doelstellingen gelden. Hierdoor is het vaak niet mogelijk één regeling te ontwerpen die tijdens alle perioden of in alle situaties voldoet. In dat geval is het noodzakelijk verschillende regelingen met elk hun eigen doelstellingen en voorwaarden te ontwerpen.
Hierna worden de achtereenvolgende stappen van het ontwerpproces kort toegelicht.
Stap 1 Formuleren doelstellingen en voorwaarden
Omdat de uitvoering van verschillende van de volgende stappen wordt bepaald door de doelstellingen en voorwaarden waaraan de geregelde situatie moet voldoen, vormt het formuleren van de doelstellingen en voorwaarden de eerste stap van het ontwerpproces. De doelstellingen worden geformuleerd op basis van het vigerende verkeersbeleid van de wegbeheerder. De doelstellingen van een regeling kunnen er bijvoorbeeld op gericht zijn de totale wachttijd van alle verkeersdeelnemers te minimaliseren. De voorwaarden worden bepaald door al dan niet algemeen geldende voorschriften, richtlijnen en normen, maar kunnen daarnaast ook bepaald worden door het verkeersbeleid. Zo zullen ontruimingstijden meestal worden berekend volgens de CROW-richtlijn [118] en zullen vaste tijdinstellingen vaak volgens eigen richtlijnen van de wegbeheerder worden ingesteld. Daarnaast kan aan het verkeersbeleid bijvoorbeeld de voorwaarde worden ontleend dat de maximale wachttijd voor voertuigen van het openbaar vervoer niet groter mag zijn dan een bepaalde tijd.
Omdat de uitvoering van verschillende van de volgende stappen wordt bepaald door de doelstellingen en voorwaarden waaraan de geregelde situatie moet voldoen, vormt het formuleren van de doelstellingen en voorwaarden de eerste stap van het ontwerpproces. De doelstellingen worden geformuleerd op basis van het vigerende verkeersbeleid van de wegbeheerder. De doelstellingen van een regeling kunnen er bijvoorbeeld op gericht zijn de totale wachttijd van alle verkeersdeelnemers te minimaliseren. De voorwaarden worden bepaald door al dan niet algemeen geldende voorschriften, richtlijnen en normen, maar kunnen daarnaast ook bepaald worden door het verkeersbeleid. Zo zullen ontruimingstijden meestal worden berekend volgens de CROW-richtlijn [118] en zullen vaste tijdinstellingen vaak volgens eigen richtlijnen van de wegbeheerder worden ingesteld. Daarnaast kan aan het verkeersbeleid bijvoorbeeld de voorwaarde worden ontleend dat de maximale wachttijd voor voertuigen van het openbaar vervoer niet groter mag zijn dan een bepaalde tijd.
Veel grote wegbeheerders hebben hun beleid en doelstellingen vertaald naar kaders en daaruit afgeleide concrete richtlijnen, standaarden en handleidingen, waarin voor veel voorkomende situaties de wijze van regelen precies is vastgelegd. In de context van de iVRI gebruikt men hiervoor de term ‘wegbeheerderskaders’.
Hoofdstuk 2besteedt aandacht aan de doelstellingen en voorwaarden voor een verkeerslichtenregeling. In hoofdstuk 6 wordt dieper ingegaan op de voorwaarden. Stap 2 Bepalen intensiteiten
Een verkeerskundige kan alleen een goede verkeerslichtenregeling ontwerpen als bekend is hoeveel verkeer de regeling moet kunnen verwerken. Dit betekent dat intensiteiten gemeten moeten worden. Indien de actuele situatie sterk afwijkt van de te regelen situatie, kunnen de intensiteiten worden geschat met behulp van een verkeersmodel. De intensiteiten worden bepaald voor alle kenmerkende perioden (spitsen, dalperiodes, evenementen en dergelijke). Aan dit onderwerp wordt in hoofdstuk 4 aandacht besteed.
Een verkeerskundige kan alleen een goede verkeerslichtenregeling ontwerpen als bekend is hoeveel verkeer de regeling moet kunnen verwerken. Dit betekent dat intensiteiten gemeten moeten worden. Indien de actuele situatie sterk afwijkt van de te regelen situatie, kunnen de intensiteiten worden geschat met behulp van een verkeersmodel. De intensiteiten worden bepaald voor alle kenmerkende perioden (spitsen, dalperiodes, evenementen en dergelijke). Aan dit onderwerp wordt in hoofdstuk 4 aandacht besteed.
Stap 3 Maken voorlopig kruispuntontwerp
Allereerst wordt voor het te regelen kruispunt (op schaal) een voorlopig (schets)ontwerp gemaakt. Hierin zijn de vormgeving en de indeling van de kruispuntarmen en het kruisingsvlak weergegeven (met onder meer het aantal rijstroken, middenbermen, verkeerseilanden, boogstralen en markering). Vervolgens wordt het ontwerp voorzien van de verkeersregeltechnische elementen, zoals verkeerslantaarns, detectievelden en drukknoppen.
Allereerst wordt voor het te regelen kruispunt (op schaal) een voorlopig (schets)ontwerp gemaakt. Hierin zijn de vormgeving en de indeling van de kruispuntarmen en het kruisingsvlak weergegeven (met onder meer het aantal rijstroken, middenbermen, verkeerseilanden, boogstralen en markering). Vervolgens wordt het ontwerp voorzien van de verkeersregeltechnische elementen, zoals verkeerslantaarns, detectievelden en drukknoppen.
Een belangrijke parameter hierbij is de geldende of de in te stellen maximumsnelheid per kruispunttak. Deze is bepalend voor het detectie-ontwerp en de lantaarnopstelling, en daarmee van invloed op de kosten.
Met nadruk wordt gesteld dat het in deze fase van het ontwerpproces om een voorlopig kruispuntontwerp gaat. Het definitieve kruispuntontwerp ontstaat in de loop van het doorgaans iteratieve ontwerpproces (zie figuur 1-1). Hoofdstuk 5 behandelt het maken van een (voorlopig) kruispuntontwerp.
Stap 4 Bepalen vaste tijdinstellingen en schatten afrijcapaciteiten
Op basis van het kruispuntontwerp en de voorwaarden (stap 1) wordt de conflictmatrix samengesteld en worden de ontruimingstijden berekend. Andere vaste tijdinstellingen die tijdens deze stap worden vastgesteld, zijn onder meer de geeltijden, de vastgroentijden en de garantietijden (zie hoofdstuk 6 en paragraaf 13.2.1).
Op basis van het kruispuntontwerp en de voorwaarden (stap 1) wordt de conflictmatrix samengesteld en worden de ontruimingstijden berekend. Andere vaste tijdinstellingen die tijdens deze stap worden vastgesteld, zijn onder meer de geeltijden, de vastgroentijden en de garantietijden (zie hoofdstuk 6 en paragraaf 13.2.1).
Het bepalen van de afrijcapaciteiten moet nauwkeurig gebeuren. In ieder geval moet voorkomen worden dat de afrijcapaciteit van een rijstrook te hoog wordt ingeschat. Een te hoge inschatting heeft namelijk tot gevolg dat de bijbehorende signaalgroep in de regeling een te korte (maximum)groentijd kan krijgen; hierdoor kan oververzadiging op de betreffende richting optreden. Het bepalen van de afrijcapaciteiten wordt besproken in hoofdstuk 7.
Stap 5 Kruispuntanalyse/aanpassen kruispuntontwerp
Tijdens de kruispuntanalyse worden de conflictgroepen van het geregelde kruispunt bepaald, waarna per conflictgroep de conflictbelasting en – rekening houdend met garantietijden – de cyclustijd worden berekend. De berekeningen worden bij voorkeur niet alleen voor de bestaande intensiteiten uitgevoerd, maar ook voor de verwachte intensiteiten in de komende jaren. Deze berekeningen resulteren in een gevoeligheidsanalyse. Op basis hiervan wordt geconcludeerd of de kruispuntvormgeving, de gedefinieerde conflicten en de voorwaarden tezamen een situatie opleveren waarin gedurende een aantal jaren het aangeboden verkeer binnen een acceptabele cyclustijd kan worden verwerkt. Is dit niet het geval, dan zullen de kruispuntvormgeving, de gedefinieerde conflicten en/of de voorwaarden moeten worden aangepast. Indien de aanpassingen daartoe aanleiding geven, worden tijdinstellingen en/of afrijcapaciteiten opnieuw bepaald.
Hoofdstuk 8 behandelt de kruispuntanalyse.
Tijdens de kruispuntanalyse worden de conflictgroepen van het geregelde kruispunt bepaald, waarna per conflictgroep de conflictbelasting en – rekening houdend met garantietijden – de cyclustijd worden berekend. De berekeningen worden bij voorkeur niet alleen voor de bestaande intensiteiten uitgevoerd, maar ook voor de verwachte intensiteiten in de komende jaren. Deze berekeningen resulteren in een gevoeligheidsanalyse. Op basis hiervan wordt geconcludeerd of de kruispuntvormgeving, de gedefinieerde conflicten en de voorwaarden tezamen een situatie opleveren waarin gedurende een aantal jaren het aangeboden verkeer binnen een acceptabele cyclustijd kan worden verwerkt. Is dit niet het geval, dan zullen de kruispuntvormgeving, de gedefinieerde conflicten en/of de voorwaarden moeten worden aangepast. Indien de aanpassingen daartoe aanleiding geven, worden tijdinstellingen en/of afrijcapaciteiten opnieuw bepaald.
Hoofdstuk 8 behandelt de kruispuntanalyse.
Stap 6 Ontwerpen van optimale starre regeling
Alhoewel starre regelingen in de praktijk niet vaak worden toegepast, wordt voorafgaand aan het ontwerp van de voertuigafhankelijke regeling toch eerst een optimale starre regeling ontworpen. Deze regeling geeft een globaal beeld van de mate waarin doelstellingen en voorwaarden gerealiseerd kunnen worden. Het ontwerpen van de starre regeling wordt besproken in hoofdstuk 10.
Alhoewel starre regelingen in de praktijk niet vaak worden toegepast, wordt voorafgaand aan het ontwerp van de voertuigafhankelijke regeling toch eerst een optimale starre regeling ontworpen. Deze regeling geeft een globaal beeld van de mate waarin doelstellingen en voorwaarden gerealiseerd kunnen worden. Het ontwerpen van de starre regeling wordt besproken in hoofdstuk 10.
Stap 7 Afrijcapaciteiten herberekenen
De afrijcapaciteit van een rijstrook is in sommige situaties sterk afhankelijk van de regeling. Dit is bijvoorbeeld het geval bij korte rijstroken en bij rijstroken waarop het afrijdende afslaande verkeer voorrang moet verlenen aan tegemoetkomend verkeer of parallel langzaam verkeer. Als het kruispunt dergelijke rijstroken bevat, wordt op basis van de optimale starre regeling de afrijcapaciteit herberekend.
De uitvoering van deze stap komt aan de orde in hoofdstuk 7.
De afrijcapaciteit van een rijstrook is in sommige situaties sterk afhankelijk van de regeling. Dit is bijvoorbeeld het geval bij korte rijstroken en bij rijstroken waarop het afrijdende afslaande verkeer voorrang moet verlenen aan tegemoetkomend verkeer of parallel langzaam verkeer. Als het kruispunt dergelijke rijstroken bevat, wordt op basis van de optimale starre regeling de afrijcapaciteit herberekend.
De uitvoering van deze stap komt aan de orde in hoofdstuk 7.
Stap 8 Vaststellen definitief kruispuntontwerp
Door het uitvoeren van de stappen 5, 6 en 7 is een kruispuntontwerp ontstaan dat in combinatie met een goed ontworpen regeling zal leiden tot een verkeersafwikkeling die aan de gestelde doelen beantwoordt. Voor dit definitieve kruispuntontwerp kan vervolgens een voertuigafhankelijke regeling worden ontworpen.
Door het uitvoeren van de stappen 5, 6 en 7 is een kruispuntontwerp ontstaan dat in combinatie met een goed ontworpen regeling zal leiden tot een verkeersafwikkeling die aan de gestelde doelen beantwoordt. Voor dit definitieve kruispuntontwerp kan vervolgens een voertuigafhankelijke regeling worden ontworpen.
Stap 9 Ontwerpen voertuig-/verkeersafhankelijke regeling
Tijdens deze stap wordt allereerst een functionele specificatie van de voertuigafhankelijke regeling gemaakt. Hierin wordt in grote lijnen de werking van de regeling beschreven. Daarbij moet worden gedacht aan het functioneel specificeren van onder meer de blokken- of modulestructuur, coördinaties, meeaanvragen, meeverlengen en prioriteiten voor bepaalde verkeerssoorten. Op basis van de functionele specificatie wordt het regelprogramma geschreven door de werking van de regeling met behulp van een programmeertaal exact vast te leggen. Nadat het regelprogramma is geschreven, wordt dit uitvoerig getest.
Het ontwerpen van de voertuigafhankelijke regeling wordt behandeld in hoofdstuk 13.
Tijdens deze stap wordt allereerst een functionele specificatie van de voertuigafhankelijke regeling gemaakt. Hierin wordt in grote lijnen de werking van de regeling beschreven. Daarbij moet worden gedacht aan het functioneel specificeren van onder meer de blokken- of modulestructuur, coördinaties, meeaanvragen, meeverlengen en prioriteiten voor bepaalde verkeerssoorten. Op basis van de functionele specificatie wordt het regelprogramma geschreven door de werking van de regeling met behulp van een programmeertaal exact vast te leggen. Nadat het regelprogramma is geschreven, wordt dit uitvoerig getest.
Het ontwerpen van de voertuigafhankelijke regeling wordt behandeld in hoofdstuk 13.
Stap 10 Testen, simuleren en evalueren van de regeling/aanpassing van de regeling
In deze stap wordt onderzocht of de regeling naar wens functioneert. Allereerst wordt handmatig en/of aan de hand van computeranimaties met een simulatiemodel gecontroleerd of de tijdsinstellingen correct zijn en of alle functies goed worden uitgevoerd. Simulatie van de regeling levert voorts evaluatietabellen op. Aan de hand daarvan kan worden bepaald of de regeling aan de gestelde doelen en voorwaarden voldoet. Is dit niet het geval, dan wordt de regeling in een iteratief optimalisatieproces zolang aangepast totdat wel aan de gestelde doelen en voorwaarden wordt voldaan.
Bij het optimaliseren van de regeling moet er rekening mee worden gehouden dat de kwaliteit van een regeling voor een gegeven verkeersaanbod wordt bepaald door de combinatie van kruispuntvormgeving en regelontwerp. Belangrijke aspecten daarbij zijn bijvoorbeeld het aantal en de lengte van opstelvakken, het al dan niet apart (exclusief) regelen van bepaalde richtingen, de keuze van de fasevolgorde en de instelling van parameters zoals tijdinstellingen. Tijdens het optimalisatieproces worden deze aspecten zodanig op elkaar afgestemd dat een optimale combinatie van kruispuntvorm en verkeerslichtenregeling ontstaat.
In hoofdstuk 17 wordt aandacht besteed aan het testen, simuleren, evalueren en optimaliseren van de verkeerslichtenregeling.
In deze stap wordt onderzocht of de regeling naar wens functioneert. Allereerst wordt handmatig en/of aan de hand van computeranimaties met een simulatiemodel gecontroleerd of de tijdsinstellingen correct zijn en of alle functies goed worden uitgevoerd. Simulatie van de regeling levert voorts evaluatietabellen op. Aan de hand daarvan kan worden bepaald of de regeling aan de gestelde doelen en voorwaarden voldoet. Is dit niet het geval, dan wordt de regeling in een iteratief optimalisatieproces zolang aangepast totdat wel aan de gestelde doelen en voorwaarden wordt voldaan.
Bij het optimaliseren van de regeling moet er rekening mee worden gehouden dat de kwaliteit van een regeling voor een gegeven verkeersaanbod wordt bepaald door de combinatie van kruispuntvormgeving en regelontwerp. Belangrijke aspecten daarbij zijn bijvoorbeeld het aantal en de lengte van opstelvakken, het al dan niet apart (exclusief) regelen van bepaalde richtingen, de keuze van de fasevolgorde en de instelling van parameters zoals tijdinstellingen. Tijdens het optimalisatieproces worden deze aspecten zodanig op elkaar afgestemd dat een optimale combinatie van kruispuntvorm en verkeerslichtenregeling ontstaat.
In hoofdstuk 17 wordt aandacht besteed aan het testen, simuleren, evalueren en optimaliseren van de verkeerslichtenregeling.
Stap 11 Implementeren van de regeling
Nadat is vastgesteld dat de regeling (zo goed mogelijk) aan de doelstellingen voldoet, wordt de regeling in het verkeersregeltoestel geïmplementeerd. Vervolgens worden het verkeersregeltoestel en de verkeersregeling bij de leverancier getest tijdens de zogeheten Factory Acceptance Test (FAT). Het is essentieel dat de FAT wordt uitgevoerd met exact dezelfde apparatuur als later op straat komt te staan. Voor meer informatie over de FAT wordt verwezen naar [104] en [46].
Nadat is vastgesteld dat de regeling (zo goed mogelijk) aan de doelstellingen voldoet, wordt de regeling in het verkeersregeltoestel geïmplementeerd. Vervolgens worden het verkeersregeltoestel en de verkeersregeling bij de leverancier getest tijdens de zogeheten Factory Acceptance Test (FAT). Het is essentieel dat de FAT wordt uitgevoerd met exact dezelfde apparatuur als later op straat komt te staan. Voor meer informatie over de FAT wordt verwezen naar [104] en [46].
Stap 12 In bedrijf stellen
Tot besluit van het ontwerpproces wordt de regelinstallatie op straat in bedrijf genomen en getest. Bij deze Site Acceptance Test (SAT) komen met name de zaken aan de orde die tijdens de FAT niet getest konden worden; bijvoorbeeld of de lantaarns en de detectoren goed zijn aangesloten, of de lantaarns de juiste sjablonen bevatten en of de lantaarns vanuit alle voorkomende posities goed zichtbaar zijn. Voor meer informatie over de SAT wordt verwezen naar [104] en [46].
Tot besluit van het ontwerpproces wordt de regelinstallatie op straat in bedrijf genomen en getest. Bij deze Site Acceptance Test (SAT) komen met name de zaken aan de orde die tijdens de FAT niet getest konden worden; bijvoorbeeld of de lantaarns en de detectoren goed zijn aangesloten, of de lantaarns de juiste sjablonen bevatten en of de lantaarns vanuit alle voorkomende posities goed zichtbaar zijn. Voor meer informatie over de SAT wordt verwezen naar [104] en [46].
Stap 13 Inregelen
Direct nadat de regelinstallatie in bedrijf is genomen, moet deze nog worden ingeregeld. Deze fase, die enkele weken kan duren, is erop gericht parameters zoals ontruimingstijden, hiaattijden, maximumgroentijden en coördinatietijden zodanig in te stellen dat de regeling qua veiligheid en verkeersafwikkeling naar wens functioneert.
Direct nadat de regelinstallatie in bedrijf is genomen, moet deze nog worden ingeregeld. Deze fase, die enkele weken kan duren, is erop gericht parameters zoals ontruimingstijden, hiaattijden, maximumgroentijden en coördinatietijden zodanig in te stellen dat de regeling qua veiligheid en verkeersafwikkeling naar wens functioneert.
Preventief en correctief verkeerskundig en technisch beheer
Nadat een verkeerslichtenregeling in bedrijf is genomen, zal de verkeerssituatie op en rondom het kruispunt na verloop van tijd bijna altijd weer veranderen. Dit betekent dat de regeling dan verkeerskundig gezien niet meer optimaal zal functioneren en dus aan de nieuwe situatie moet worden aangepast. Dit aanpassen is een permanent proces; het wordt uitvoerig besproken in CROW-publicatie 313 ‘Verkeerskundig beheer van regel- en informatiesystemen’ [101].
Hoofdstuk 19 behandelt de voorwaarden om het verkeerskundig beheer structureel te kunnen verankeren. Vervolgens wordt uitvoerig aandacht besteed aan het uitvoeren van het verkeerskundig beheer van verkeerslichtenregelingen.
Ook met het oog op het technisch functioneren is onderhoud noodzakelijk. Van dit onderhoudsproces, dat is beschreven in CROW-publicatie 246 ‘Onderhoud verkeersregelinstallaties’ [102], wordt in hoofdstuk 19 van dit handboek een korte samenvatting gegeven.