Extra: Toeritdosering

Toeritdosering aan den lijve ondervinden: een voetgangersexperiment

Al lopend wordt het verkeer op een snelweg gesimuleerd. De testpersonen lopen een aantal toertjes op een gesloten parkoers. Doordat er te veel personen het netwerk op willen ontstaan er net zoals op onze snelwegen vertragingen en kom je in de file terecht. Zonder sturing kom je helemaal stil te staan, net als alle anderen. In een tweede ronde houden we verkeer al op de oprit tegen. Verplaatsen we zo alleen maar de file? Of loopt het echt beter? En hoe komt dat dan? 

Het experiment modelleert in feite een snelweg met een opeenvolging van aansluitingen bestaande uit een oprit O en afrit A. Laat ons nu de aandacht vestigen op aansluiting OA. Daar komen rode voertuigen aan vanuit oprit O” (of eerder) die via afrit A de snelweg verlaten. Tegelijk komen via oprit O oranje voertuigen de snelweg op die naar A’ (of verder) rijden. Tenslotte zijn er blauwe voertuigen die bij O” (of eerder) de snelweg zijn opgekomen en die voorbij OA rijden op weg naar hun bestemming A’ (of verder).

Het zijn de blauwe voertuigen die door een te grote oranje instroom van oprit O in de file terechtkomen. De file wordt al snel zo lang dat de rode voertuigen hun afrit A niet meer kunnen bereiken en mee in de file komen te staan.

Om dit als voetgangers na te spelen zou een lang recht en onoverzichtelijk traject nodig zijn met veel proefpersonen en veel assistenten die de op- en afritten moeten bewaken. We plooien daarom het traject als het ware toe tot een overzichtelijke kring. De rol van de eerder gelegen oprit O” wordt overgenomen door O, en die van de later gelegen afrit A’ door A. Let dus op: O en A krijgen hierdoor een dubbelrol! En dat geldt ook voor jou als voetganger die de auto’s nabootst. Als je via O de snelweg opkomt, ben je een oranje voertuig (dat ‘in de weg’ rijdt van de blauwe). Oranje rijdt in het echt direct het systeem uit en is verder niet zo interessant. Je wisselt daarom je oranje ticket in en verandert in een blauw voertuig, dus alsof je via O” bent binnengekomen en voorbij OA naar A’ moet. Als je als blauw voorbij OA bent gelopen, is je blauwe rol uitgespeeld: je wisselt je tweede ticket in en verandert in rood voertuig: je wil er immers deze keer bij afrit A wél uit.

Dit veranderen van rollen is een beetje ingewikkeld, maar het is nodig voor het experiment. Als je immers van O gelijk via A er weer uitloopt, zou er niemand tussen A en O lopen en kan er natuurlijk nooit file ontstaan! Daarom moet je dus onderweg een tijdlang blauw voertuig spelen.

Scenario 1: Laat het systeem zijn gang gaan

Elk voertuig rijdt twee ronden alvorens via afrit A de weg te verlaten. De voertuigen vanaf de oprit nemen hierbij voorrang bij het invoegen (zoals dat in de praktijk ook meestal gebeurt, ook al moet invoegend verkeer in principe voorrang verlenen).

Scenario 2: Controle opritstroom via toeritdosering

Het scenario verloopt zoals het vorige. Echter, van zodra de file de uitstroom naar de afrit dreigt te gaan hinderen, wordt verkeer op de oprit tegen gehouden en slechts mondjesmaat op de snelweg toegelaten. Zo balanceert de regelaar voortdurend op de rand van filevorming op de snelweg.

Hoe prestatie van het systeem meten?

In het tweede scenario zorgt de toeritdosering ervoor dat de wachtrij op de oprit en niet op de snelweg komt te staan. We verplaatsen dus het probleem. Maar is dat het enige effect? Om dit te beantwoorden moeten we de prestatie van het systeem als geheel meten. We doen dit aan de hand van de totale verblijftijd van alle voertuigen samen.

Bovenstaande figuur toont van elk voertuig het tijdstip dat het in (cirkel) en uit (donker vierkant) het systeem reed. Zo lees je op y-waarde i van de linkse figuur af dat voertuig i gedurende Dt_i seconden in het systeem verbleef (lengte van de dubbele pijl). Hogere voertuignummers komen na hun vrije rit nog een tijd in de file terecht (licht vierkant) voordat ze het systeem verlaten. De totale verblijftijd vind je nu door van elk voertuig de afstand tussen in- en uitrijcurve op te tellen; dit komt overeen met de totale gekleurde oppervlakte. Daarvan werd het donkerder aangeduid gedeelte in file doorgebracht, het lichte deel vrij rijdend.

Op de rechterfiguur zie je de situatie met dosering. Het vrij rijdend deel is gelijk. Echter, de hogere voertuignummers brengen nu eerst een tijdje door wachtend in de buffer op de oprit (donkerder gekleurd deel). Echter, doordat ze nu vlotter uitstromen (uitrijcurve blijft steiler gaan in de tijd), zijn ze toch sneller het systeem uit dan in de situatie zonder dosering. De totale vermeden verliestijd is getoond als de donkerste oppervlakte.

We concluderen dus dat toeritdosering het probleem (= de wachtrij) inderdaad verplaatst. Maar omdat hierdoor de uitstroom gevrijwaard blijft, wordt het probleem tegelijk ook kleiner. Een deel van de verliestijd verdwijnt of anders gezegd: door te wachten op de oprit, is uiteindelijk iedereen samen een stuk sneller, al draaien sommigen (cfr. oranje) op voor de winst van anderen (cfr. rood)!

 Wist je dat…?

• … het voetgangersexperiment waaraan je deelnam ontwikkeld werd aan de TU Delft?

Prof. Hans van Lint en zijn collega’s in Delft werkten al jaren rond slim verkeersmanagement maar ook rond voetgangersstromen. Toen kwam het idee om beide onderzoeksthema’s samen te brengen in dit leuke wetenschappelijke experiment. Je kunt Hans toelichting zien geven over zijn werk op Youtube (http://www.youtube.com/user/tudelft#p/u/2/iNzmeZa0rSA of zoek op “Hans van Lint”).

• … geblokkeerde uitstroom slechts één van twee redenen is waarom toeritdosering werkt?

Toeritdosering kan ook capacity drop (capaciteitsverlies) tegengaan. Capacity drop is het verschijnsel dat een weg meer verkeer kan verwerken zolang dat stroomt en minder zodra het uit stilstand moet vertrekken. Gewoonlijk zien we kort voor de vorming van files 5 tot 15% méér verkeer door knelpunten rijden dan dat er nadien uit de file ontsnapt en door datzelfde knelpunt rijdt. Toeritdosering kan in bepaalde gevallen filevorming op de snelweg vermijden, zodat dus ook het verlies niet optreedt. Omdat files en verliestijd niet lineair afhangen van capaciteit, kan de 5 tot 15% hogere verwerking door het knelpunt tot 50% reductie in verloren tijd opleveren!

• … toeritdosering zeker niet altijd werkt?

Als de oprit bijvoorbeeld geen bufferruimte heeft en de wachtrij daar zou al snel het stedelijk wegennet blokkeren, kan toeritdosering zelfs meer kwaads dan goeds aanrichten. Als bestuurders om de dosering te vermijden omrijden, kan dat onnodige drukte om de omrijroute veroorzaken die mogelijk meer vertraging oplevert dan wat de toeritdosering wint. En zo zijn er nog een heleboel situaties die je goed in de gaten moet houden. Toeritdoseren kan dus niet zomaar altijd en overal, daar is zorgvuldige studie en een slim ontwerp voor nodig en dat leer je in de master VLITS!

• … slimme coördinatie onmisbaar is om toeritdosering succesvol toe te passen?

Je kunt je voorstellen dat één oprit doseren vaak een druppel op een hete plaat is; alsof je overstroming tracht te voorkomen door alleen het water van het laatste beekje te bufferen in een wachtbekken. Om echt effect te bereiken moeten verschillende opritten samenwerken. Er is al veel onderzoek gedaan naar dit coördinatieprobleem en recent is bewezen dat het ook echt werkt. Zo draaien in Melbourne 6 toeritdoseringen onder een slimme gecoördineerde sturing, wat een reductie van het fileleed met 35 tot 60% oplevert.

• … toeritdosering in diverse landen ingeburgerd is, waaronder Nederland, Duitsland, Frankrijk, Verenigde Staten, maar niet in België?

Wij hebben in Vlaanderen alleen een tijdelijke proef gehad op de E314 in Wilsele. Die was bedoeld om ervaring op te doen met de techniek, niet eens voor de verkeerskundige effecten. Maar de Vlaamse regering ziet de potentie en heeft projecten in studiefase. Er ligt dus voor VLITS-ingenieurs nog een hele hoop werk in het verschiet!

(Link naar het Europese proefproject)