BESKRIVELSE AF TRAFIKMODEL FOR

Transkript

1 BESKRIVELSE AF TRAFIKMODEL FOR GUNDSØ KOMMUNE Maj 2004 RAMBØLL NYVIG

2 INDHOLDSFORTEGNELSE RESUMÉ... 2 INDLEDNING... 3 GENERELT OM TRAFIKMODELLER... 3 DATAGRUNDLAG... 4 Zonesystem... 4 Beregningsvejnet... 5 Strækninger... 6 Knuder... 6 Byplandata... 7 Ekstern trafik... 7 Trafiktællinger... 7 MODELLER... 7 Gravitationsmodellen... 7 Tællemodellen... 8 Opstilling af den foreløbige matrix... 8 Kalibrering af modellen... 9 RESULTATER HVAD KAN MODELLEN BRUGES TIL?

3 RESUMÉ I foråret 2004 er der opstillet en biltrafikmodel for Gundsø Kommune. Modellen er en planlægningsorienteret model til brug for konsekvensvurdering af byudviklingsplaner og vejnetsændringer. Modellen er udviklet i forbindelse med igangsættelse af arbejdet med en trafikplan for Gundsø Kommune. Modellen kan anvendes til at beregne trafik- og miljøkonsekvenserne i forbindelse med vej- og byplaner. En trafikmodel er en matematisk afbildning af virkelighedens trafiksystem dvs. de trafikskabende elementer, vejnettets beskaffenhed og trafikanternes rutevalg gennem vejnettet. En trafikmodel er ikke en eksakt beskrivelse af virkeligheden, idet den matematiske model nødvendigvis indeholder en række forenklinger, og fordi trafikanternes adfærd ikke altid er begrundet i rationalitet. Trafikmodellernes styrke ligger i muligheden for gennem en række modelforsøg med eksakt samme forudsætninger at teste de trafikale konsekvenser i relation til: - Nye byplaner - lokalisering af boliger og erhverv fordelt på typer - Prognoser for befolknings- og erhvervsudviklingen i eksisterende byområder - Placering af indkøbscentre/aflastningscentre - Nye vejanlæg kommunale såvel som regionale - Omstrukturering af det eksisterende vejnet - Fremkommelighed - Uheldsvurdering I Gundsø Kommune er modellen opstillet i forbindelse med udarbejdelsen af en trafikplan for hele kommunen dvs. til brug for prioritering af de kommende års trafikinvesteringer. Trafikken i Gundsø Kommune er et resultat af såvel lokal- og oplandstrafik, men også gennemfartstrafik gennem kommunen. Trafikken i Kommunen er påvirket af overordnede trafikpolitiske beslutninger i Hovedstadsområdet, fx en Frederikssundsmotorvej. Modellen er derfor opbygget således at den omfatter hele hovedstadsområdets dvs. Frederiksborg, Københavns og Roskilde amter trafikvejnet. 2

4 INDLEDNING Til brug for udarbejdelse af en trafikplan for Gundsø Kommune er der opstillet en planlægningsorienteret biltrafikmodel, som kan belyse de trafikale og miljømæssige konsekvenser af omlægninger i vejnettet eller af nye byudviklingsmodeller. Denne rapport giver en overordnet beskrivelse af, hvordan modellen er opbygget, hvad den kan bruges til, og hvordan den kan videreføres. GENERELT OM TRAFIKMODELLER En bådebygger, som har udviklet en ny bådtype, vil mellem idéfasen og produktionsfasen bygge en model af sin båd og udsætte den for modelforsøg - vindforhold, strømforhold, søgang, krængning ol. - for at undersøge om bådens egenskaber svarer til det forventede. Modelbåden er en funktionel efterligning af den virkelige båd, men uden den færdige båds detaljerigdom, som dog kun vil give marginalt ændrede sejlegenskaber. Modelforsøgene viser bådebyggeren, hvilke konstruktionsprincipper han kan arbejde videre med, og hvilke manøvreforhold ol., som bør forbedres. Tilsvarende er en trafikmodel en simplificeret beskrivelse af virkeligheden, hvor sæt af matematiske formler udtrykker sammenhængen mellem på den ene side de by- og trafikplanmæssige forhold, og på den anden side de resulterende trafikmængder fordelt på vejnettet og eventuelt opdelt på rejseformål og transportmiddel (bil, bus/tog og gang/cykel/knallert). Modellerne opbygges således, at de på bedst mulig måde gengiver den trafik, som kan registreres på beregningsvejnettet i analyseåret. Trafikmodeller beregner trafikken ud fra oplysninger og forudsætninger om trafiknet, byplaner, motoriseringsgrad (biler/1000 indb.), bolig- og erhvervsudviklingen samt den økonomiske udvikling lokalt og i samfundet generelt. Hver gang man ændrer en af disse parametre ændres også den beregnede trafik. Modellerne bruges oftest til at vurdere forskellige trafiknet og byplaner (de parametre, som er underlagt de lokale politikere og planlæggere), mens de øvrige parametre holdes fast. I Gundsø Kommune blev det besluttet at opbygge trafikmodellen som en biltrafikmodel med udgangspunkt i oplysninger om antallet af indbyggere og arbejdspladser, et relativt omfattende antal trafiktællinger på trafikvejnettet samt Hovedstadsmodellen, som giver en god beskrivelse af oplandstrafikken, dvs. den trafik, hvor det ene eller begge turendepunkter er beliggende uden for kommunens grænser. Modellen er opstillet, således at den kan beregne hver-

5 dagsdøgntrafikken 2003 på trafikvejene i og gennem kommunen. I nogle tilfælde er også lokalveje medtaget i beregningsvejnettet, hvor disse benyttes eller kan benyttes som trafikveje. Modelsystemet, som ligger til grund for trafikmodellen, er det engelske programsystem TRIPS, som indeholder en facilitet til opdatering af turmatricen (hjertet i en trafikmodel, der indeholder oplysningerne om, hvor mange ture der foretages mellem de forskellige lokalområder/zoner i kommunen) ud fra tællinger på vejnettet. Metoden kaldes tællemodellen. Da Gundsø Kommune er velforsynet med trafiktællinger på trafikvejnettet, er denne metode særdeles velegnet til kalibrering af modellen. Modellen er således opstillet efter følgende metode. Først opdeles kommunen i et passende antal zoner (55 zoner, hvoraf 25 dækker landområdet og landsbyerne, mens resten dækker Jyllinge), hvorefter der er opbygget et beregningsvejnet. Derefter etableres en foreløbig turmatrix ud fra oplysninger om indbyggere og arbejdspladser samt ud fra oplysninger om oplandstrafikken, som den er beskrevet i hovedstadsmodellens turmatrix. Til sidst kalibreres matricen med tællemetoden ud fra trafiktællinger på vejnettet. DATAGRUNDLAG Datagrundlaget kan inddeles i følgende grupper: - Byplandata, dvs. Danmarks Statistiks oplysninger om antallet af indbyggere og antallet af arbejdspladser fordelt på statistikdistrikter. - Beregningsvejnet, dvs den del af vejnettet, som skal indgå i modellen. Dette net kodes som enkeltstrækninger med angivelse af strækningernes længde, rejsehastighed, kapacitet samt en kode for sammenhængen mellem rejsehastighed og trafikbelastning - Hovedstadsmodellens turmatrix. - Trafiktællinger på 76 enkeltstrækninger. Zonesystem Trafikmodellen fungerer teknisk på den måde, at man først beregner, hvor mange bilture, der foretages mellem de enkelte byområder. Herefter findes den mest 4

6 optimale rute gennem vejnettet fra udgangszonen til målzonen for hver enkelt zonerelation. Den optimale rute beregnes ud fra en vægtning mellem rejsetid og afstand. Zonesystemets maskevidde er bestemmende for nøjagtigheden af modellen. Et groft zonesystem vil ikke være velegnet til at beregne trafik på enkelte strækninger, hvor der indgår komplicerede rutevalg, mens det til gengæld er den rigtige model, hvis man i forbindelse med en overordnet strukturplanlægning vil analysere trafikken i forskellige korridorer. I trafikmodeller opbygget på kommunalt niveau er man interesseret i at kunne beregne trafik på strækningsniveau. Man skal derfor have et fintmasket zonesystem, således at inddata kan beskrives med en nøjagtighed, der svarer til den ønskede nøjagtighed af resultaterne. Kommunen er derfor opdelt i et fintmasket zonesystem bestående af 55 trafikzoner fordelt på 30 zoner for Jyllinge, 25 zoner for landsbyerne og landområdet i kommunen samt 278 zoner for den øvrige del af de 3 hovedstadsamter. Det relativt store antal eksterne trafikzoner skyldes, at modellens vejnet skal indeholde en del af det overordnede vejnet uden for Gundsø Kommune, idet en stor del af trafikken på fx A6 består af gennemfarts- eller oplandstrafik, som ved indgreb på trafiknettet i eller udenfor Gundsø Kommune kan flyttes til veje uden for kommunen fx på en ny Frederikssundsmotorvej. For at opnå en korrekt beskrivelse af trafikken er det nødvendigt også at have en relativ fin zoneopdeling af det nærmeste opland omkring Gundsø Kommune. Zonesystemet er opbygget efter følgende kriterier: 1. Trafikzonerne skal være mindre end eller lig med maskevidden i beregningsvejnettet dvs. den del af kommunens vejnet, der skal indgå i beregningerne. 2. Trafikzonerne skal så vidt muligt kunne beskrive fremtidige byudviklingsområder, således at kriterie 1. er opfyldt. 3. Zonerne må helst ikke overstige 2000 indbyggere. De ovennævnte kriterier er opfyldt i hovedparten af trafikzonerne. Beregningsvejnet Beregningsvejnettet er som nævnt den del af kommunens vejnet, som skal indgå i modelberegningerne. Kriteriet for om en vej skal indgå i beregningsvejnettet har været, at vejen skal forbinde to eller flere lokaltrafikområder. Lokalveje og trafikveje, som forløber helt inden for én zone benyttes til at definere zonens ophængningspunkt på beregningsvejnettet - dvs., hvor man fra zonen kører ud på

7 trafikvejnettet. Nettet er opbygget af knuder og strækninger, hvor knuderne hovedsageligt repræsenterer vejkryds, og hvor strækningerne forbinder knuderne til et sammenhængende net. Strækninger En dobbeltrettet vejstrækning er beskrevet som to ensrettede strækninger hver med angivelse af længde, middelhastighed ved uhindret kørsel, kapacitet samt en speed/flow kurve svarende til den pågældende vejs klasse dvs. en sammenhæng mellem trafikbelastningen og den kørte hastighed på en strækning. Ud fra disse oplysninger kan modelsystemet beregne rejsetiden på strækningerne som en funktion af trafikbelastningen. Med disse oplysninger for vejnettet er det muligt at foretage to forskellige typer vejvalg. 1. Alt-eller-intet vejvalget, hvor al trafik mellem to zoner lægges ud på den 'hurtigste' rute. I modellen er den hurtigste rute beregnet ud fra en vægtning af tid og afstand. Denne vejvalgsmetode beskriver trafikanternes foretrukne rutevalg gennem vejnettet. 2. Kapacitetsafhængigt vejvalg, hvor vejvalget bestemmes i en iterativ proces, hvor hastighederne justeres efter belastningen på vejnettet. Efterhånden som man nærmer sig kapacitetsgrænsen sænkes hastigheden, og andre ruter kan blive konkurrencedygtige selvom de ved fri hastighed ikke kan komme i betragtning. Processen fortsætter indtil der er opnået en ligevægtstilstand, hvor ingen trafikant kan 'tjene' tid på at foretage et andet vejvalg. Denne vejvalgsmetode udtrykker kompromisset mellem det ønskede og det praktiske vejvalg i den givne situation. Begge vejvalgstyper kan forsynes med et stokastisk element, som udtrykker, at ikke alle vejvalg foregår efter strengt logiske overvejelser over hvilken rute, der har de laveste omkostninger. En række vejvalg foretages fx efter ønsket om at køre ad en smuk rute selvom den ikke er den 'billigste'. I Gundsø Kommune er benyttet en stokastisk, ikke kapacitetsafhængig vejvalgsmetode, idet kun ganske få vejvalg uden for det centrale København foretages ud fra kapacitetsovervejelser. Knuder Knudepunkterne i beregningsvejnettet kan have flere funktioner: 1. Knudepunktet kan repræsentere et vejkryds med fuld udveksling 6

8 mellem krydsets ben. I kryds, hvor der er svingforbud, er dette forbud kodet specielt. 2. Knuderne kan markere steder, hvor vejen skifter klasse. Byplandata Byplandata stammer fra året Herefter blev Kommunens statistikzoner oversat til modellens trafikzoner med en fordelingsnøgle beregnet ud fra indbyggere og arbejdspladser fordelt på trafikzonerne. Ekstern trafik Til at bestemme den trafik, som benytter vejnettet inden for kommunegrænsen, men hvor det ene eller begge turendepunkter ligger uden for kommunen, benyttedes hovedstadsmodellens bilmatrix. Denne beskriver trafikken i år 2000, men er til brug for den aktuelle opgave opregnet til 2003 niveau ved hjælp af Vejdirektoratets trafikindeks for de pågældende år. Trafiktællinger Til brug for kalibrering af trafikmodellen er der indsamlet et stort antal trafiktællinger i alt 76, hvoraf knap halvdelen er eksisterende tællinger fra tidligere undersøgelser, mens resten er udført specifikt i forbindelse med modelopstillingen. Hver tælling er opregnet til det fælles beregningstidspunkt - nemlig hverdagsdøgntrafikken MODELLER Gravitationsmodellen Trafikmodeller er hidtil blevet opbygget som traditionelle 4-trins gravitationsmodeller, hvor modellens trin er følgende: 1. Turproduktion En beregning af det samlede antal ture der skal indgå i modellen 2. Turgeneration og turattraktion. Geografisk dvs. zonevis beskrivelse af hvor de interne ture og oplandsturene opstår, og hvor målpunkterne er for disse ture. 3. Turfordeling. Dannelse af sammenhængende ture ved kombination af turudgangspunkter og -målpunkter under hensyntagen til rejsemodstanden (rejsetid og -afstand) mellem de pågældende zoner. Dette trin kræver de-

9 taljerede oplysninger om trafikanternes rejsevaner i det aktuelle analyseområde. En sådan analyse er meget kostbar og har ikke været foretaget i Danmark siden NORDKOLT-projektet i starten af 70'erne. 4. Vejvalg Fordeling af turmatricens trafik på vejnettet foretages med Alt-ellerintet vejvalg eller med kapacitetsafhængigt vejvalg. Gravitationsmodellerne har således skullet basere sig på gammelt og delvist forældet materiale og resultaterne bliver dermed tilsvarende usikre. Samtidig er modellen relativt kostbar at opstille og selve modelstrukturen er lidt kompliceret at bruge især ved beregning af nye bymodeller. Gravitationsmodellen tager udgangspunkt i detaljerede byplantal og danner via matematiske formler og parametre en matrix, som beregner trafik på vejnettet. Parametrene justeres, så den beregnede trafik passer bedst muligt med tællingerne. Det betyder, at modelfejlene lægges ud på de beregnede trafiktal, hvilket er lidt uheldigt, idet vi ved, at selve matricen er usikkert bestemt pga. de manglende rejsevaneundersøgelser. Tællemodellen Til opstilling af modellen for Gundsø Kommune er brugt den før omtalte 'Tællemodel', som kræver inddata, der er meget lettere tilgængeligt. Det væsentligste input til modelopstillingen er trafiktællinger og evt. byplandata opgjort i indbyggere og arbejdspladser. Trafiktællingerne er endda for en stor dels vedkommende eksisterende tællinger. Tællemodellen fungerer populært sagt modsat gravitationsmodellen, idet den tager udgangspunkt i trafikken på vejnettet ved hjælp af et stort antal trafiktællinger. Herudfra danner modellen via en række matematiske operationer en matrix, som gengiver de indlæste korrekte trafiktal. I tællemodellen lægges modelfejlene således ud på matricen, som måske derved bliver mere korrekt end en tilsvarende gravitationsmatrix, idet den opfanger forskelle i rejsemønstret fra område til område. Opstilling af den foreløbige matrix Ved opstilling af trafikmodeller med tællemodellen vil beregningsnøjagtigheden forøges væsentligt, hvis der eksisterer en ældre turmatrix, eller hvis der opstilles en ny foreløbig matrix ud fra simple forudsætninger om turrater, indbyggere og arbejdspladser. Disse 'før-matricer' vil latent indeholde oplysninger om turpræferencerne i systemet, som tællemodellen kan udnytte. Hvis der ikke eksisterer en sådan før-matrix vil modellen som udgangspunkt antage, at alle turrelationer er lige sandsynlige og dermed starte med et meget forkert udgangspunkt. Da der ikke tidligere er lavet trafikmodeller af denne type for Gundsø Kommune, skulle der opstilles en foreløbig matrix. Denne matrix er opstillet som en grov gravitationsmodel, hvor input var indbyggere, antal arbejdspladser og rejseomkostningerne mellem alle zoner. Den resulterende matrix indeholder herefter alle de ture, som er genereret i Gundsø Kommune af indbyggere og arbejdspladser. De ture, der er genereret udenfor Gundsø og attraheret af kommunens arbejdspladser samt de eksterne ture, hvor begge turendepunkter er 8

10 beliggende uden for Kommunen, men som benytter vejnettet i Kommunen, er bestemt ud fra Hovedstadsmodellen. Herefter har vi en foreløbig matrix, som ikke nødvendigvis indeholder de helt korrekte trafikniveauer, men som latent indeholder væsentlige oplysninger om turpræferencerne samt om fordelingen mellem interne og eksterne ture. En af tællemetodens styrker ligger i, at det, pga den efterfølgende kalibrering mod en lang række tællinger, ikke er afgørende, at denne udgangsmatrix er helt korrekt. Kalibrering af modellen Trafiktællingerne er samlet i 76 kalibreringssnit, som hver indeholder væsentlige trafikstrømme, og som samlet krydses af langt de fleste bilture, der foretages i Gundsø kommune. Herefter foregår den egentlige estimering af turmatricen med Tælle-metoden. Med input af den foreløbige matrix, kalibreringssnittene og vejnettet gennemføres i ca. 100 iterationer gradvise justeringer af matricen, således at den endelige matrix gengiver tællingerne bedst muligt. Ved det første vejvalg med den nye turmatrix viser det sig imidlertid altid, at der er uacceptabel afvigelse mellem talt og beregnet trafik eller at enkelte turrelationer er blevet justeret utilfredsstillende. Der foretages derfor en kalibrering af vejnettet dvs. en justering af eventuelle fejl i vejnettet, enkelte zoneophæng og hastigheder, således at afvigelsen mellem den beregnede og den talte trafik er inden for et acceptabelt niveau, og således at modellen kan reagere korrekt på de kommende vejnetsændringer, som modellen skal bruges til at vurdere. Efter en række iterationer med successive kalibreringer af matrix og vejnet giver den endelige turmatrix for 2003 meget tilfredsstillende resultater. De konstaterede afvigelser mellem talt og beregnet trafik i de 76 kalibreringssnit kan opgøres således: - 57% af snittene har afvigelser mellem talt og beregnet trafik på mindre end 5% - 80% af snittene har afvigelser mindre end 10% Større afvigelser end 10% skyldes at trafikniveauet på den pågældende strækning er meget lavt, dvs. at den absolutte afvigelse er lille. Når man vurderer modellers nøjagtighed, sammenligner man talt og beregnet trafik og opfatter den talte trafik, som det objektivt sande. Imidlertid er både den talte og den beregnede trafik modeller af virkeligheden. Den talte trafik er en fastfrysning af en situation - nogle timer, et døgn, en uge eller mere - registreret med et måleinstrument indstillet til så godt som muligt at registrere de køretøjer, som passerer måleinstrumentet. Men måleinstrumenterne er ikke lige nøjagtige, og køretøjerne og køremåden er ikke ensartede. Hvordan skelnes fx mellem personbiler i tæt køkørsel og en lastbil med anhænger? Instrumentet forsøges indstillet, så det kan registrere variationerne i køretøjstyperne. Dette er nødvendigt for at gøre tællingerne så detaljerede som muligt, men herved introduceres samtidig en modellering af de registrerede tal.

11 Men selvom måleinstrumenterne registrerer trafikken korrekt vil de registrerede trafikmængder stadig være modeller af virkeligheden - pga. trafikmønstrets naturlige variation - med usikkerheder svarende til de beregnede modellers. Set på denne baggrund er resultaterne fra kalibreringsfasen meget tilfredsstillende. 10

12 RESULTATER Talt trafik i Jyllinge

13 Talt trafik i landområdet 12

14 Beregnet trafik i Jyllinge år 2003

15 Beregnet trafik i landområdet år

16 HVAD KAN MODELLEN BRUGES TIL? Modellen kan bruges til at udføre modelforsøg med på samme måde som bådebyggeren. Det vil sige at vurdere de trafikale konsekvenser af to eller flere forskellige løsninger ud fra præcis de samme forudsætninger. Man kan således fra modellen få et værdifuldt og objektivt beslutningsgrundlag. De vigtigste emner, modellen kan benyttes til at vurdere, er følgende: a. Vejnetsændringer. Modellen kan beregne de trafikale konsekvenserne af ændringer i vejnettet. Ændringerne kan være såvel nye vejstrækninger som ændringer i eksisterende i form af ensretning, hastighedsændringer, kapacitetsnedsættelse eller -forøgelse, omdannelse til gågade ol. b. Fremkommelighed. På baggrund af ovenstående kan fremkommeligheden i vejnettet vurderes og alternative muligheder til forbedringer kan afprøves. Fx kan man afprøve, hvordan hastigheden eller kapaciteten skal ændres for at forhindre en uønsket gennemfartstrafik. c. Trafikal vurdering af trafiksaneringer. Dette punkt ligger i forlængelse af de to ovenstående. Man kan vurdere konsekvenserne af forskellige trafiksaneringsprojekter i form af vejlukninger, etablering af ensporede strækninger, hastighedsdæmpninger ol. d. Vurdering af overflytningspotentialer. I forbindelse med fx trafiksaneringsprojekter er det ofte interessant at vide, hvor meget trafik det overhovedet er muligt at flytte fra den aktuelle strækning. Det vil sige, hvor mange reelle gennemfartstrafikanter benytter strækningen. e. Vejinvesteringer. Ud fra ovenstående kan man vurdere de nødvendige vejinvesteringer i form af nybygning, sanering, arealreservation for nybygning, reservation for udvidelse af eksisterende veje. f. Vurdering af byplanforhold. Med modellen kan man analysere de trafikale konsekvenser af fremtidige byudviklingsplaner. Lokaliseringen af boliger og erhverv kan ligeledes vurderes, idet man ved indlægning af de fremtidige byplandata kan skelne mellem trafik genereret af boliger og trafik attraheret af arbejdspladser. Det er imidlertid vigtigt at gøre sig klart, hvordan modellens resultater kan bruges, og hvad modellen ikke kan bruges til. Modellen er som tidligere nævnt en forenklet beskrivelse af virkeligheden opstillet til brug for strukturplanlægningen.

17 Modellen kan ikke umiddelbart benyttes til belysning af spørgsmål af detaljeret art fx dimensionering af magasiner i kryds ol. Det er imidlertid muligt at benytte oplysningerne i turmatricen til at udbygge modellen til en egentlig gadenetsmodel, som vil kunne detailmodellere vejnettet med signalgruppeplaner, magasinlængder osv. fx i form af simuleringer, hvor trafikafviklingen kan følges kontinuert over tid. Når man beregner fremtidige udviklingsmodeller er der en række socio-økonomiske faktorer, der holdes fast - bilbrugen, bilejerskabet, rejsemønstret dvs. turlængdefordelingen, arbejdsløsheden osv. Modellen kan således ikke bruges som et sandhedsvidne, og de beregnede trafikmængder i et scenario er ikke nødvendigvis dem, som vil være gældende, når scenariets forudsætninger om fx vejnet opfyldes. 16