De afgelopen maanden is het regelconcept gecoördineerd netwerkbreed verkeersmanagement verder beproefd en ontwikkeld. Dat leverde enkele interessante nieuwe inzichten op over onder meer de verschillen tussen staande files en filegolven en over de te behalen winst.
Met gecoördineerd netwerkbreed verkeersmanagement, kortweg GNV, zetten wegbeheerders verkeersmanagementmaatregelen in een gebied gecoördineerd – in samenhang – in. Door het verkeer beter te verspreiden over het netwerk kan filevorming worden uitgesteld of zelfs voorkomen. De ‘restruimte’ op het wegennet wordt zo efficiënt gebruikt en daarmee is in theorie doorstromingswinst te behalen.
Maar goed, dat is de theorie. Hoe zit dat in de altijd weerbarstige praktijk? Het principe van gecoördineerd netwerkbreed verkeersmanagement wordt al enige tijd in de praktijk getest, geëvalueerd en weer ‘doorontwikkeld’ in de Praktijkproef Amsterdam. Over deze grootschalige proef in het operationele verkeer in de regio Amsterdam berichtten we al eerder in NM Magazine. Recent zijn in Fase 2 van de Praktijkproef flinke stappen vooruit gezet. Tijd dus voor een update.
Onder de noemer PPA-West heeft het projectteam proeven op de A10-West gedaan met als focus het voorkomen dan wel uitstellen van de capaciteitsval op ‘kiemlocaties’, locaties (toeritten, weefvakken etc.) waar frequent files ontstaan. Door toeritdoseerinstallaties en verkeersregelinstallaties gecoördineerd in te zetten kunnen we de verkeersstroom richting de kiemlocaties beperken. De snelweg kan zo langer op volle (en vrije) capaciteit blijven draaien. Figuur 1 toont de opstelling op de A10-West. In het proefgebied zijn zeven kiemlocaties: drie toeritten, een infrastructurele kiem en een weefvak. In de figuur is ook aangegeven welke buffers bij de s106 en s105 worden ingezet om filevorming tegen te gaan.
Om te bepalen wat de beste aanpak is voor dit deel van de ring, is eerst een compleet jaar aan lusdata van het regelgebied geanalyseerd. Op basis van de data hebben we meerdere terugkerende filepatronen geïdentificeerd en geclassificeerd. Er is daarbij onderscheid gemaakt tussen staande files en filegolven. Met een staande file doelen we op congestie met een vaste koplocatie die gelijk is aan de locatie van de kiem (oorzaak van de file). Een filegolf is congestie die zich met ongeveer 18 km/uur tegen de rijrichting in beweegt. Beide types interacteren overigens flink. Zo ontstaan filegolven vaak door instabiliteit in een staande file. Als de golven uitzwerven over het netwerk kunnen ze op hun beurt weer staande files veroorzaken.
Uit de analyse bleek dat veel van de congestie op de A10-West wordt veroorzaakt door filegolven en staande files die ontstaan bij de A10-Zuid, knooppunt Amstel en verder stroomafwaarts. Die problemen kunnen niet worden tegengegaan met instroombeperking op de aansluitingen op de A10-West: een (te) beperkt deel van het verkeer uit die buffers rijdt richting de ver weg gelegen kiemlocaties, dus het knijpen van die aanvoer heeft nauwelijks effect. Ook de filegolven die de A10-West bereiken, zijn lastig met instroombeperking op A10-West te bestrijden. De golven komen vaak van veel verder stroomafwaarts en ze zouden ook bij voorkeur dicht bij de oorsprong moeten worden aangepakt.
Aanpassing systemen
Op basis van de data-analyse is het GNV-systeem uit Praktijkproef Amsterdam Fase 1 op verschillende punten aangepast. Het verbeterde Fase 2-systeem maakt onderscheid tussen staande files en filegolven. Op basis van een aantal beslisregels bepaalt het systeem vervolgens geheel automatisch of het effectief is in te grijpen en hoe lang er moet worden geregeld.
Bij staande files wordt eerst bekeken of die toebehoort aan een bekende kiemlocatie. Zo ja, dan kan er geregeld worden, mits aan drie voorwaarden wordt voldaan. Er moeten (1) dermate veel voertuigen genoodzaakt zijn hun voorligger te volgen (en daarmee een lagere snelheid te rijden dan gewenst), dat er een grote kans is dat er file ontstaat. Er is (2) voldoende buffercapaciteit beschikbaar om een capaciteitsval te voorkomen of ongedaan te maken. En (3) de kiemlocatie is de bron van de congestie, oftewel: er is geen sprake van terugslag. Alleen als aan alle drie de punten wordt voldaan, schakelt het systeem de algoritmes van de toeritdoseerinstallatie en de coördinatieprincipes in. Wanneer tijdens het regelen de bufferruimte opraakt en/of wanneer een capaciteitsval onvermijdelijk is (voorwaarde 2), wordt het systeem weer uitgeschakeld. Zo voorkomen we onnodige voertuigverliesuren in de buffers. Dit is een belangrijke verbetering ten opzichte van het regelsysteem in de Praktijkproef Fase 1.
Voor filegolven zijn de regelprincipes anders. Hier moeten we afwegen of er voldoende ruimte én voldoende tijd is. Er is voldoende ruimte wanneer er meer effectieve bufferruimte is dan voertuigen te veel in de filegolf. Er is voldoende tijd wanneer, gegeven de minimale doseerintensiteit, de filegolf is opgelost wanneer deze bij de buffers/toeritten aankomt.
Tot op heden konden we alleen de regelprincipes voor de staande files in de praktijk toetsen. De principes voor filegolven zijn nog niet getest in Amsterdam omdat er met de beschikbare lusdata geen exacte buffer-naar-filegolf fracties bepaald kunnen worden. In het vervolg van de proef PPA-West staat de ontwikkeling van een fractieschatter op basis van ‘floating car data’ (met herkomsten en bestemmingen van voertuigen) op het programma. Daarmee komt regelen op filegolven wel binnen bereik.
Resultaten praktijkproef
In november 2015 is het regelsysteem voor de staande files gedurende een maand in de praktijk getest: twee weken voormeting, twee weken nameting. Om de resultaten van de proeven goed te kunnen analyseren en interpreteren hebben we verschillende speciaal ontwikkelde visualisatietools gebruikt.
Een van deze tools combineert de lusdata, karakteristieken van de congestie (resultaten monitoringmodules) en ingezette regelacties in één beeld. De figuren 2 tot en met 5 tonen enkele van de visualisaties. Het gaat om tijd-wegdiagrammen van de gemeten snelheden (aangegeven met kleuren). Links van elk diagram is een schematische weergave van de A10-West, inclusief vertakkingen. De schaal ervan correspondeert met de y-as van het diagram, de hectometerpaaltjes. De rijrichting is van boven naar onder.
De balkjes ter hoogte van de hectometerpaaltjes 20.8, 21.2, 21.4, 22.8, en 24.2 zijn de kiemlocaties op de A10-West. Hoe dikker de lijn, hoe meer kans op file. Als de lijn magenta gekleurd is, is er sprake van terugslag.
De twee stevige balken bij hectometerpaal 23.1 en 24.7 geven de locatie en status van de toeritdoseerinstallaties aan. Rood betekent dat de TDI uit staat, groen dat het GNV-systeem van PPA-West de TDI aan heeft gezet.
Uit de visualisatie blijkt duidelijk dat het GNV-systeem op de juiste momenten aanslaat en ook weer uitgaat, bijvoorbeeld als er sprake is van terugslag en bufferen toch geen zin heeft. Maar op de momenten dat regelen zin heeft, lukt het het systeem om kiemen op te lossen (figuur 2, 3), de aangroei van files te dempen (figuur 4) en het oplossen van files te versnellen (figuur 2). Zie verder de bijschriften bij de figuren.
Indirecte winst
Wat valt er te zeggen over het verkeerskundige effect van het GNV-systeem? Het is mogelijk dit te becijferen, maar dat was in deze proef zeker niet triviaal. De dag-tot-dag variatie in de verkeerspatronen op de A10-West is dermate groot, dat het vrijwel ondoenlijk is om vergelijkbare voor- en nametingen uit te voeren. Doordat de wachtrijschatters niet betrouwbaar waren, konden bovendien de wachttijden in de stedelijke buffers niet juist bepaald worden.
Duidelijk is wel dat de winst die mogelijk is met GNV uit twee componenten bestaat. Er is allereerst de winst die wordt gehaald met het uitstellen (en eventueel: voorkomen) van file. Omdat er op de A10-West veelvuldig sprake is van terugslag, is het effect daar redelijk beperkt. Aan de andere kant: de effecten die behaald worden met het uitstellen van een staande file – met het uitstellen van de capaciteitsval – zijn wel gedurende de gehele spitsperiode aanwezig. Dit zouden we de indirecte winst kunnen noemen.
We verduidelijken dat aan de hand van figuur 6. De grafiek heeft drie cumulatieve krommes: de instroom (= verkeersvraag), een uitstroom zonder GNV en een uitstroom met GNV. Bij de oorsprong (t = 0) zijn de cumulatieven gelijkgesteld zodat het verschil in instroom en uitstroom gelijk is aan de voertuigverliesuren. Tussen t0 en t* is het GNV-systeem actief en weet het de capaciteitsval te voorkomen. Vanaf tijdstip t* is er sprake van terugslag en wordt de uitstroom volledig bepaald door wat er stroomafwaarts gebeurt. Het GNV-systeem schakelt op dat moment ook weer uit. Het gele oppervlak geeft de directe winst aan voertuigverliesuren weer. Echter, ook al is het GNV-systeem nu uit, de wachtrij is nog steeds korter dan in een situatie zonder GNV-systeem. Gedurende de resterende spitsperiode is er dan ook nog steeds indirecte winst: het oranje oppervlak.
Bij het ontwerp en de evaluatie van GNV-systemen zouden naast de directe daarom ook de indirecte effecten van GNV meegenomen moeten worden, om de potentiële winst van GNV niet te onderschatten.
Tot slot
De proeven met gecoördineerd netwerkbreed verkeersmanagement in PPA-West hebben tot nieuwe inzichten over verkeersdoorstroming geleid en hebben ons geleerd hoe belangrijk het is om meer probleemspecifieke regelstrategieën te gebruiken. Zo blijkt het essentieel om onderscheid te maken tussen staande files en filegolven, omdat die elk hun eigen verkeerskundige kenmerken hebben die ook verschillende regelaanpakken vereisen. Het GNV-systeem is inmiddels op deze inzichten aangepast. Ten slotte is duidelijk geworden dat bij het bepalen van de doorstromingswinst, die mogelijk is door files uit te stellen, we de gehele spitsperiode in ogenschouw moeten nemen.
___
De auteurs
Erik-Sander Smits, Jaap van Kooten en Serge Hoogendoorn zijn respectievelijk adviseur, directeur en strategisch adviseur bij Arane Adviseurs in Verkeer en Vervoer.
Harry van Ooststroom is projectleider PPA-West bij Rijkswaterstaat.
Ronald Adams is projectleider Praktijkproef Amsterdam bij Rijkswaterstaat.
