Metoder til trængslesopgørelse ved brug af GPS-data

Abstract

For at beskrive og indsnævre de initierende problemstillinger omkring trængselsopgørelse ved brug af GPS-data er trængslens konsekvenser indledningsvist beskrevet. Udover dette er der foretaget en gennemgang af traditionelle og nyere dataindsamlingsmetoder på det trafiktekniske område. Gennem litteraturstudier er det søgt at belyse forskellige bud på en definition af trængsel med henblik på udvælgelse af en almengyldig definition til brug i dette projekt. Dette har resulteret i følgende definition, der fokuserer på fænomenet trængsel og ikke årsager hertil eller konsekvenser heraf: ”Trængsel er et udtryk for de gener, som trafikanterne påfører hinanden i form af nedsat bevægelsesfrihed, når de færdes i trafiksystemet.” Herudover er et udvalg af såvel nationale som internationale projekter omhandlende trængselsopgørelse ved brug af data fra flåder af køretøjer gennemgået med fokus på bl.a. flådestørrelser og logningsfrekvenser. På baggrund af det ovenstående er problemets overordnede problemstilling formuleret som følger: Hvordan kan en generel metode til registrering, analyse og kvantificering af trængsel udformes, således den på baggrund af GPSdata fra en flåde af køretøjer kan benyttes for ethvert vejnet? For at besvare dette spørgsmål er det valgt at udforme projektets analyser som før/efter-undersøgelser. Den overordnede analysemetode består derved i en sammenligning af en situation med trængsel og en situation uden trængsel - en free-flow-situation. I praksis udføres disse sammenligninger ved brug af en række EDBprogrammer, som er udarbejdet i samarbejde med en datalogistuderende. Disse programmer er designet ud fra en betragtning af trafikken som bestående af en mængde strømme. Således udvælges ved brug af programmet en overordnet geografisk afgrænsning for dataudvælgelsen samt to bokse, hvorved programmerne aggregerer de enkelte logninger til ture i strømmene mellem de definerede bokse. Ud fra de udvalgte ture kan aktuelle rejsehastigheder eller rejsetider bestemmes for de enkelte strømme som udtryk for de aktuelle situationer, for hvilke graden af trængsel ønskes opgjort. Som en direkte konsekvens af den ovennævnte definition af trængsel, må situationen uden trængsel - free-flow-situationen - defineres som en situation, hvor den enkelte bilist ikke er under påvirkning af øvrig trafik. Således er forskellige metoder til tilnærmelse af sådanne situationer beskrevet, vurderet og afprøvet. Dette har resulteret i, at free-flow-hastigheder for dette projekt bestemmes som gennemsnitlige rejsehastigheder i perioden 20.00-06.00, hvor der er størst sandsynlighed for free-flow-situationer. For at undgå påvirkninger fra signalanlæg, der kan karakteriseres som indirekte påvirkninger fra øvrig trafik, frasorteres alle ture, indeholdende én eller flere hastighedslogninger på 0 km/t. Yderligere er der udviklet en metode, hvorved alle hastighedslogninger, der overskrider den aktuelle hastighedsgrænse, kan nedjusteres hertil. Ved brug af denne metode undgås det, at overtrædelser af den gældende hastighedsgrænse er med til at højne den beregnede free-flow-hastighed og dermed også den registrerede trængsel og de samfundsøkonomiske omkostninger heraf. Ved udførelse af en validering af GPS-datasættet er det konkluderet, at analysernes detaljeringsgrad med et datasæt af denne størrelse, bør begrænses til en opgørelse over perioder på tre timer, der summeres over alle hverdage i den periode, der haves data for. Valideringen er udført som en sammenligning af GPS-data for et udvalgt snit på Østre Allé med en maskinelt udført snittælling fra samme snit. Herudover er der foretaget en sammenligning mellem forsinkelser bestemt ud fra GPS-datasættet og forsinkelser beregnet med EDBprogrammet Dankap. Når der haves et udtryk for rejsehastigheden i situationerne henholdsvis med og uden trængsel, kan det trængselsrelaterede tidsforbrug - forsinkelsen - bestemmes, hvis også længden af den tilbagelagte distance kendes. Ved brug af trafiktællinger for de analyserede perioder kan de beregnede forsinkelser opskaleres til at repræsentere den samlede trafik i de analyserede strømme. Således kan de samlede samfundsøkonomiske omkostninger, forbundet med trængslen i de analyserede perioder, estimeres ved indførelse af samfundsøkonomiske enhedspriser for tidsforbrug. Den ovenfor beskrevne fremgangsmåde kan opskalere de beregnede forsinkelser til at repræsentere de samlede trafikmængder på en strækning eller i et kryds. Ved at overføre betragtningen af trafikken som strømme til et helt vejnet vil de beskrevne metoder også kunne opgøre de samlede forsinkelser og omkostninger for et samlet vejnet.

With the purpose of describing and confining the initiative problems regarding estimation of congestion by the use of GPS data the consequences of congestion is initially described. Additionally, a review of both traditional and more recent methods for collecting data on the area of traffic engineering has been conducted. Through literature studies it is sought to elucidate diverse definitions of congestion with the selection of a generally applicable definition in mind, which will be used in this project. This has resulted in the following definition of congestion, which focuses on the phenomenon of congestion and not on what causes it or the consequences hereof: “Congestion reflects the inconveniences motorists impose on each other in the form of reduced freedom of movement when they move about the traffic system.” Furthermore, a selection of national as well as international projects that are concerned with estimating congestion by the use of data from fleets of vehicles have been examined with focus on fleet sizes and logging frequencies, among other things. Based on the above the overall problem formulation is as follows: How can a general method for registration, analysis and quantification of congestion be developed so that it on background of GPS data from a fleet of vehicles can be utilised for any given road system? In order to answer this question the project’s analyses has been constructed as before and after studies. The overall analytical method thereby consists of a comparison of a situation with congestion and a situation without congestion – a free-flow situation. This comparison is carried out in practice by using a number of software programmes that have been developed in co-operation with a computer science student. These programmes have been designed from the consideration that traffic consists of a number of flows. Thus, an overall geographical limitation for the collection of data is selected along with two boxes whereby the programmes aggregate the individual loggings to trips in the flows between the defined boxes. On the basis of the selected trips actual cruising speed or travel time can be determined for the individual flows as indicators for the actual situations for which the degree of congestion is wished determined. As a direct consequence of the above-mentioned definition of congestion the situation without congestion – the free-flow situation – must be defined as a situation where the individual driver is not influenced by additional traffic. Hence, different methods for approaching such situations are described, evaluated and tested, which have resulted in that free-flow speeds for this project are determined as average cruising speeds in the time period from 8 PM to 6 AM where the possibility of free-flow situations are greatest. In order to avoid influences from signal control systems, which can be characterised as indirect influences of additional traffic, all trips that contain one or more speed loggings on 0 km/h are segregated. Furthermore, a method by which all speed loggings that exceed the actual speed limit are lowered to match this speed limit. By using this method it is avoided that violations of the actual speed limit can raise the calculated free-flow speed and thereby also the recorded congestion and the socio-economic costs hereof. In the execution of a validation of the GPS data set it is concluded that the analyses’ degree of detail with a data set this size should be limited to an estimation over time periods of three hours, which are summarised over all weekdays in the period in which data has been collected. The validation has been carried out as a comparison between GPS data for a selected section of Østre Allé and a mechanical conducted stationary traffic count from the aforementioned section. Additionally, a comparison between delays determined on the basis of the GPS data set and delays calculated with the software programme Dankap has been conducted. When there is an expression for cruising speed in situations with and without congestion respectively the congestion related expenditure of time – the delay – can be determined if the length of the distance travelled is known. By using traffic counts for the analysed periods of time the calculated delays can be scaled up to represent the total traffic in the analysed flows. Thus, the total socio-economic costs associated to the congestion in the analysed periods of time are estimated by introducing socio-economic uniform prices for expenditure of time. The above described procedure can scale up the calculated delays so that it represents the total intensity of traffic on a stretch of road or in an intersection. By applying the consideration of traffic as flows to a whole road system the described methods could also measure the total delays and costs of a whole road system.

A master thesis from Aalborg University

Metoder til trængslesopgørelse ved brug af GPS-data

[Methods for estimating congestion by the use of GPS data]