הנדסת תנועה -רמזור המשך

מטרות הרמזור :

1. הפרדה בזמן בין תנועות עוינות , במגמה לאפשר זרימה יעילה שוטפת ובטוחה במערכת הדרכים בכל שעות היממה .

2. צמצום זמני העיכוב וההמתנה בצמתים במגמה לנצל ככל האפשר את קיבולת המערכת .

3. ויסות זרמי-התנועה וקביעת משטר-תנועה מתאים לצומת .

4. פישוט ההחלטות העומדות בפני הנהג המתקרב לצומת .

5. מניעת תאונות הנובעות מקונפליקט בין תנועות עוינות .

6. הבטחת רציפות הזרימה לאורך דרכים עורקיות .

7. הגנת החצייה של הולכי-הרגל .

הרימזור חייב לענות על הדרישות הבסיסיות הבאות :

1. חייב להיות מותאם לתנאי-המקום ומסוגל למלא את ייעודו .

2. חייב למשוך תשומת-לב המשתמשים בדרך .

3. חייב להיות ברור וחד-משמעי .

4. חייב לגרום לתגובה המצופה מן המשתמשים בדרך .

5. חייב להיות ממוקם ומופעל באופן אשר יאפשר זמן ידוע ומספיק לתגובה .

6. חייב להיות תחת פיקוח .

7. חייב להיות מעוגן בחוק ומאושר ע"י הרשות החוקית המתאימה

יתרונות הרמזור :

1. מביא בעקבותיו זרימת-תנועה סדירה יותר .

2. מקטין תאונות חזית-צד ותאונות אחרות שעיקרן אי מתן זכות-קדימה .

3. מאפשר לרכב הבא מכוונים משניים לחצות בבטחה זרמי-תנועה חזקים בלי להמר .

4. מגביר ביטחונם של נהגים והולכי-רגל .

חסרונות הרמזור :

1. יקר , עלות גדולה .

2. מגדיל לעתים את זמני העיכוב בצומת .

3. מגדיל לרוב את מספר תאונות חזית-אחור .

שלושת סוגי התאונות העיקריים בצמתים הם :

1. פגיעה בהולך רגל .

2. התנגשות חזית-צד .

3. התנגשות חזית-אחור .

יחד הם מהווים כ – 89% מכלל התאונות בצמתים . סוג התאונה השכיח בצומת מרומזר הוא התנגשות חזית אל צד .

קיימים 3 סוגים של הצדקים להתקנת רמזורים :

1. נפחי-תנועה (רכב) בצומת – ההצדק מתקיים כאשר במשך 8 שעות העמוסות ביותר של יום מייצג הנפח הכללי של כלי-הרכב הנכנסים לצומת (למעט פניות חופשיות) עולה על 10,000 יר"מ , שמהם לפחות 1,5000 יר"מ באים מן התנועות המשניות .

2. הצדק חציית הולכי-רגל – צירוף מספר הולכי-הרגל החוצים במעבר חצייה אחד , ונפחי תנועת הרכב העוברים עליו , במשך כל אחד מ – 8 השעות העמוסות ביותר של יום מייצג , נופל בשטח המוגדר במצדיק רימזור .

3. נתוני תאונות דרכים – בגל אי-מתן זכות קדימה אירעו בצומת לפחות 5 תאונות בשנה , או 7 תאונות בשנתיים , או 9 תאונות בשלוש השנים האחרונות , אז מתקיים ההצדק הנפחי לרימזור בערכים הנמוכים עד-כדי 20% מהמקובל .

נתוני תאונות-דרכים לבדם אינם מהווים הצדק להתקנת רמזורים .

הנדסת תנועה -רמזור

אופן התפעול של רמזורים :

מונחים חשובים :

1. גלאי – מתקן בדרך המגלה ומודיע על הימצאות רכב מעליו מבחינת פעילות הגלאים יש להבחין בין שני סוגי פעולות : דרישה למופע או פסיחה עליו , הארכת הזמן הירוק של המופע.

2. הצדק – נפח-תנועה מזערי המצדיק רימזור .

3. יום מייצג – אחד הימים ב' עד ה' (למעט חגים , מועדים והימים שלפניהם ואחריהן ולמעט ימי פגרת בתי-הספר) שבו אין מאורעות מיוחדים או מזג אויר חריג או כל גורם שאינו שגרתי .

4. מהירות – מהירות אופיינית , אשר 85% מכלי-הרכב נוסעים בה או לאט ממנה .

5. מופע – חלק מן הזמן הכללי במחזור הרמזור , המוקצה להתנהגות מסוימת (כגון : נסיעה או עמידה) , לתנועה מסוימת או לקבוצת תנועות המתקיימות ביחד .

6. מחזור – משך הזמן הכללי הנדרש להשלמת מהלך מלא של אותות הרמזור (מהתחלת מופע מסוים ועד להתחלתו מחדש בפעם הבאה)

7. פרוגרמה (תכנית-זמנים) – תכנית לקביעת סדר המופעים ברמזור ולקציבת משך הזמן של כל אחד מהם .

8. רמזור – אמצעי לבקרת התנועה , המורה לתנועה בצומת לעצור או להתקדם בהתאם למערכת זמנים קצובה מראש או מופעלת ע"י התנועה או מרחוק . מרכיביו התפעוליים , כגון אורך מחזור , פילוג למופעים וכו' , ניתנים לשינוי לפי תוכנית זמנים אחת או יותר המוגדרות מראש .

אותות הרמזור ומאפייניהם :

1. המופע הירוק – מורה לנהג שעתה תורו לנסוע . בשביל כל תנועה יש לקבוע את אורך המופע הירוק אשר יספיק להעברת מספר כלי-הרכב המתקרבים לצומת במחזור אחד של הרמזור באותה שעה . קביעת מופע ירוק ארוך מידי תגרום לאי-ניצול זמן זה ולבזבוז זמן על חשבון התנועות האחרות .

קביעת מופע ירוק קצר מדי תגרום להצטברות כלי-רכב בסוף המופע שלא הספיקו לעבור . וכן זמן קצר מידי באופן עקבי מעודד כניסה לצומת באור אדום ואיתה בעיות בטיחות חמורות .

2. המופע הירוק המהבהב – מודיע לנהג על סופו הקרוב של מופע הירוק , והוא מותקן בכל הרמזורים שבהם מהירות ההתקרבות בפועל של כלי-הרכב היא 60 קמ"ש ומעלה . ההבהוב נמשך 3 שניות ביחס אור חושך 1:1 ומייד אחריו תם הירוק ובא המופע הצהוב .

3. המופע הצהוב – מתחיל מיד אחרי הירוק , תכליתו אזהרה מפני המופע האדום הקרוב ומתן אפשרות נאותה לפינוי הצומת בטרם יחלו התנועות העוינות להיכנס לצומת .

1. המופע האדום – אוסר כל כניסה לצומת באופן מוחלט . משך האור תלוי באורך המופעים הירוקים לתנועות העוינות ובאורך הרמזור . לעיתים ניתן אור אדום לכל הכיוונים ולכל התנועות , למשך שניה או שתיים כדי לאפשר פינוי מוחלט של הצומת (בעיקר בצמתים גדולים) . מופע כזה נקרא "אדום כולל" או "כל אדום" .

2. המופע האדום-צהוב – מתריע על הופעתו הקרובה של המופע הירוק . תכליתו לתת לנהג שהות לשלב הילוך ראשון ולהתכונן לנסיעה . משך המופע הזה הוא עד 2 שניות .

3. זמן-פינוי ברמזור – הוא משך הזמן הקצר ביותר העובר מכניסת רכב לאזור-קונפליקט עם תנועה אחרת ועד לכניסתו הבטוחה של הרכב מהתנועה העוינת לאותו אזור-קונפליקט .

4. זמן בין-ירוק – משך הזמן העובר מסוף המופע הירוק ועד תחילת המופע הירוק הבא של תנועה עוינת .

סוגי רמזורים עקרוניים :

1. רמזורים קצובי זמן – פועל על-פי תכניות-זמנים מתוכננות מראש שבהן נקבעו : סדר המופעים , משך הזמן של כל מופע , משך הזמנים הבין-ירוקים , משך זמן המחזור . התוכניות האלה נקבעות לפי ספירות-תנועה שבוצעו בעבר . שעון אוטומטי מחליף את התוכניות לפי סדר שנקבע מראש . יתרונות :

א. פשוט ונוח לתפעול .

ב. ניתן להתאמה טובה לתפעול במסגרת גל ירוק .

ג. זול ופשוט להתקנה ולאחזקה .

ד. מתאים ביותר לתפעול בצמתים סמוכים צפופים .

ה. מתאים במיוחד לצמתים בהם נפחי-תנועה גבוהים וקבועים פחות או יותר .

חסרונות :

א. אין הוא יכול להתאים עצמו לתנועה משתנה בטווח קצר .

ב. אין הוא יכול להגיב על אירועים חריגים .

ג. יש בו מידה של בזבוז זמן כאשר התנועה בפועל שונה מזו שלפיה הוא תוכנת .

2. רמזור מופעל-תנועה – מתפקד לפי תכנית שנקבעה מראש , אך מותאמת להתערבות ולשינוים תכופים לפי התנועה הזורמת בפועל בצומת על ידי גלאים .

בתוכניות המקוריות , המאוחסנות במנגנון הרמזור , נקבעים מראש : סדר המופעים , משך הזמנים הבין-ירוקים , משך המופעים הירוקים , יחידת-הזמן להארכת המופע הירוק .

רמזור מופעל-תנועה במלואו – כשיש גלאים בכל הגישות לצומת ולכל התנועות , מקבל המנגנון מידע בזמן אמיתי מכל הכיוונים ובהתאם לו מחליט על תכנית הרמזור .

רמזור מופעל-תנועה חלקית – כשהגלאים מותקנים רק בציר המשני או בתועות משניות יינתן אור ירוק לזרועות המשניות רק במידה שתהיה דרישה לכך מכוונים אלה . ביתר הזמן ייתן הרמזור לציר הראשי .

3. רמזורים בבקרה אזורית – כשיש צורך לתאם את פעולתם של כמה רמזורים בצמתים סמוכים באזור אחד , אפשר להתחבר למנגנון אחד השולט במנגנוניהם של 10 עד 20 רמזורים . באמצעות גלאים , ניתן להשיג מידע בזמן אמיתי על התנועה באזור ולפיו לתפעל את המנגנון בכל אחד מן הרמזורים כשמתקיים תיאום מיטבי בין הצמתים המרומזרים .

4. תפעול מרחוק : בקרה מרכזית לרמזורים – היא מערכת המתקשרת באורח קבוע עם עשרות או מאות רמזורים בכל שטח העיר , מתוך כוונה לפקח עליהם ולהפעילם באופנים מסוימים . זאת לפי עדיפויות קבועות שנקבעו מראש או לפי החלטות אד-הוק של מפעלים , לפי הנסיבות הקיימות באותו רגע .התוצאה היא תפעול מיטבי של עשרות ומאות רמזורים . קיים גם פיקוח שוטף על תקינות הרמזורים ולאסוף נתוני תנועה שוטפים במערכת .

1. תפעול ידני של רמזורים – בתפעול ידני ניטלת הבקרה האוטומטית על הרמזור מן המנגנון ועוברת לשליטת מפעיל אנושי , על פי רוב שוטר . תפעול ידני נעשה בדרך כלל בעת תקלות בצומת או בשעות שיא תנועה . בכל ארון-מנגנון של רמזור יש תא פיקוד נפרד וממנו ניתן לתפעל את הרמזור באופן שונה מהרגיל – ע"י הבהוב הצהוב , ע"י כיבויו כליל או ע"י תפעול ידני . ההפעלה הידנית גורמת לרמזור לעבור ממופע מסוים למופע הבא אחריו ולהיעצר שם . השוטר המתפעל את הרמזור יכול להאריך את המופע הירוק של תנועה מסוימת כרצנו בלבד .אין הוא יכול לשנות את הרכב התנועות , אין הוא יכול לשנות את סדר המופעים ואין הוא יכול לשנות את הזמן הבין-ירוק .

יתרונות הרמזורים ב"גל ירוק" :

1. הקטנת מספר העצירות והזינוקים , ואיתם הקטנת מספר התאונות חזית-אחור .

2. צמצום השונות במהירות הנסיעה של כלי-רכב הנעים בחברות .

3. קיצור זמני הנסיעה הקטנת מספר העיכובים ומשך העיכובים .

4. צמצום מפגעי-רעש וזיהום-אוויר וחיסכון באנרגיה .

עקרונות מנחים לתכנון גל ירוק :

1. זמן המחזור המיטבי חיוני שיהיה זהה בכל הצמתים ולרוב יוכתב על פי האילוצים הנגזרים מן הצומת הקריטי בגל .

2. יש להתאים ככל האפשר את מהירות התכן של הגל למהירות הנסיעה בפועל .

3. קל להתקין גל ירוק לכוון אחד קשה ,ולעיתים בלתי אפשרי , ליצור גל טוב בשני הכיוונים . יש לבחור כיוון מעודף הוא יהיה תמיד הכוון שבו נפח התנועה גבוה יותר באותה תקופה . הכיוון המועדף ניתן לשינוי בתקופות זמן שונות .

4. ניתן ורצוי לתאם בגל ירוק גם צמתים סמוכים , המופעלים ע"י התנועה בעזרת גלאים .

5. כאשר לא ניתן להגיע לתפעול יעיל של גל ירוק לאורך ציר שלם , ניתן לפצלו לקטעים במקרים אלה יש לבחור בצמתים הקריטיים כצמתי-מעבר בין הקטעים .

מאפייני גל ירוק מתרשים הגל :

· קטע ח'-ט' : מראה את המופע האדום לציר הראשי כל הקטעים השחורים בשאר הצמתים מראים את המופע האדום .

· קטע ז'-ח' : מראה את המופע הירוק לציר בצומת בכלל זה המופע הצהוב . כל הקטעים הלבנים בשאר הצמתים מראים את המופע הירוק .

· קטע ז'-ח'-ט' : מראה את אורך המחזור של רמזור בצומת A בצומת J מסומן באות ה' .

· הסחת הגל : הפרש הזמן שבין כ' ו-ל' וכן בין ל' ו-מ' מאפשר לרכב לנסוע מצומת A לצומת C וליהנות מאור ירוק בציר הנדלק בדיוק לפני הגיעו לצומת . והוא נקבע לפי המרחק בין הצמתים ולפי מהירות הגל הרצויה . דוגמא : במהירות גל 60 קמ"ש תידרש הסחה של 30 שניות בין צמתים שהמרחק ביניהם 500 מ' . 60 קמ"ש / 3.6 = 16.66 מטר/לשניה . 500 מ' / 16.66 = 30 שניות .

· נקודות א'-ב' : הפס הזה מתאר לנו את המופע הירוק לאורך הציר מצומת A לצומת J , את התחלתו ואת סופו . והוא גם מתאר לנו מתי יהיה המופע האדום לתנועה בציר . נקבל זאת אם נסדר את המופעים הירוק והאדום לפי הסעיף הקודם .

· שיפוע הפס יחסי והפוך למהירות הנסיעה : ככל שהפס א'-ב' תלול יותר המהירות קטנה יותר וככל שהוא שטוח יותר המהירות גדולה . מכאן שניתן ללמוד על מהירות הגל וגם על כוון הגל לפי הציור (לפי זווית הקו המתאר את הגל) .

· תנועה איטית יחסית בגל הירוק :הפס א'-ב' מבטא מהירות מסוימת אך בגלל עובי הפס ברור שבתוך הגל תיתכנה מהירויות אחרות , איטיות מהגל או מהירות מהגל . הקו נ'-ס' מתאר תנועה איטית יחסית בגל שלפני הגל קטע א'-ב' .ולכן בנקודה ס' יגיע הרכב הנוסע במהירות נ'-ס' לרמזור אדום ויצטרך לחכות עד ב' כדי להמשיך .

אבחון מאפייני מחזור-הרמזור מתרשים- המופעים :

עיקרם של המשטרים השונים הפרדה רבה יותר ויותר בין זרמי-תנועה ניגודיים .

1. משטר צהוב חופף : יש הפרדה קלה ביותר בזמן בין זרמי התנועה בצומת מהשניה 0 עד 27 דולק הירוק למזרח/מערב .בשניה זו נדלק הצהוב למשך 3 שניות ואז נדלק האדום בשניה מס' 30 (הצהוב שלפני האדום נמשך תמיד 3 שניות בארץ) . במשך 3 השניות האלה נמשך האדום לצפון/דרום ובמשך שתי שניות (29-30) דולק המופע אדום-צהוב .אחריו מתחלף הרמזור לירוק לצפון/דרום . במשטר זה של הרמזור בשניות 29-30 יש צהוב לכל הכיוונים בצומת אחד לבדו ובשני עם אדום . הפרדה בין זרמי התנועה הניגודיים בצומת קטנה ולכאורה עלולים כלי רכב לעבור בצומת מכוונים שונים .

2. משטר צהוב עוקב : יש ירוק למזרח/מערב בין השניות 0 עד 25 ומשם עד 28 צהוב ואז אדום . אך בניגוד למשטר הקודם נדלק האדום-צהוב לכוון צפון/דרום רק בשניה 28 בסופה . לכן אין אף לשניה אחת צהוב לשני הכיוונים בבת אחת .הצהוב-אדום בא בעקבות הצהוב שבכוון הניצב . ההסתברות ששני כלי רכב יעברו בצומת בבת אחת באופן חוקי יורדת מאוד במשטר צהוב עוקב . המחיר אותו משלמת התנועה בצומת על הבטיחות הנוספת הוא הפסד 2 שניות אור ירוק בהשוואה למשטר הקודם .

3. משטר כל-אדום : הירוק למזרח/מערב מסתיים כבר בתום השניה 24 . אחריו 3 שניות צהוב ואח"כ אדום עד לשניה 60 . הצהוב-אדום לצפון/דרום נדלק רק בסוף השניה 28 למשך 2 שניות כרגיל . התוצאה היא שבשניה 28 יש למשך שניה אחת אור אדום לכל הכיוונים . בצורה זאת יש הפרדה מרבית בין זרמי התנועה העוינים בצומת .

4. זמן בין ירוק : פרק הזמן שבין סוף הירוק לתנועה אחת בצומת לבין התחלת הירוק לתנועה העוינת הבאה . ברור שככל שהזמן הבין-ירוק יגדל מתבזבז יותר מזמן המחזור . מכיוון שאי-אפשר בדרך כלל לצמצם את הזמן הבין ירוק , הדרך היחידה ליעל את מחזור הרמזור (ולהקטין את איבודי הזמן יחסית לאורך הרמזור) היא להאריך את מחזור הרמזור וכך אכן נעשה בשעות השיא . לעומת זה בשעות שפל התנועה מקצרים את מחזור הרמזור ומשיגים זמן המתנה קצר יותר בצומת . ע"י שימוש נבון בגלאים ניתן לבטל לחלוטין את בעיית בזבוז הזמן בשעות השפל . במיוחד במשטר של רמזור מופעל-תנועה במלואו .

מבוא להנדסת תנועה

הגדרה :

הנדסת – תנועה היא חלק ממדע ההנדסה , העוסק בתכנון , בתכן גיאומטרי ובתפעול – תנועה של דרכים. בכלל זה גם מערכות ורשתות של דרכים , מסופים , הקרקע הסמוכה להם ואמצעי תחבורה אחרים , כדי לאפשר תנועה בטוחה , יעילה ונוחה של בני אדם ומטענים.

תפקודים עיקריים :

1. חקר מאפייני תנועה (זרימה , הצטברות , מהירות וכו') .

2. כנון תחבורה (מערכות דרכים , תכניות אב לתחבורה וכו') .

3. כן גיאומטרי של דרכים ומסופים (מאפייני דרכים , תווי אנכי ואופקי , רוחב וכו') .

4. תפעול תנועה (התפעול היומיומי של מערכות דרכים , מסופים , חניונים וכו') .

5. ניהול תנועה ומנהלה (השפעה על התנועה באמצעים הנדסיים ומנהליים , כגון מדיניות חניה , העדפת תחבורה ציבורית וכו').

המרכיבים העקרוניים של התנועה :

1. הגורם האנושי : על מהנדס התנועה להביא בחשבון את מגבלותיו הפיסיולוגיות {ליקויי ראיה ושמיעה , ליקויים בכושר פיסי (כגון : תגובה , זריזות וכוח) וליקויים במיומנות פיסית }, מגבלותיו הפסיכולוגיות (כושר הסתגלות , משמעת , אחריות , עמידה בלחץ , נכונות להסתכן , כושר החלטה , יכולת למידה ושיתוף פעולה) , מגבלות ידע ומיומנות (הנהיגה היא מטלה מורכבת , ואף אם נראה שהיא נחלתם של מיליונים היא עדיין דורשת ידע , מיומנות , קואודינציה , כושר החלטה וכו'), מגבלות הולכי הרגל .

2. גורם הרכב : אף כי מהנדס התנועה אינו מתכנן כלי רכב עליו להתחשב במאפייני הרכב השונים כגון : מאפיינים סטטיים ( אורך , רוחב , גובה ורדיוס הסיבוב שלו וכן משקלו של הרכב). מאפיינים קינמטיים (מהירות הרכב והתאוצה שלו). מאפיינים דינמיים ( המאפיינים הקשורים בכוחות הפועלים על הרכב בין אלה כוח המנוע וכן הכוחות המעכבים כגון: כוח חיכוך של הצמיגים והכביש , התנגדות האוויר והחיכוך הפנימי ברכב .

3. גורם הדרך : החשוב מבין הגורמים שעליהם משפיע מהנדס התנועה , כולל כמה קבוצות שלפיהן נסווג את תכונות הדרך , אלו הן מבנה הדרך (הכוונה בעיקר למבנה הפנימי של המיסעה , שכבותיה וכו' . חשיבות מועטה לכך למהנדס התנועה , לעומת החיכוך והסימון שעל פני הדרך , שחשיבותם לתנועה רבה. מקדם החיכוך שבין הצמיגים והכביש חשוב במיוחד : מקדם החיכוך הוא היחס בין הכוח הנדרש להניע גוף במהירות קבועה על פני גוף אחר לבין הכוח הלוחץ את שני הגופים זה לזה. מקדם החיכוך אינו משתנה למעשה עם המהירות. מקדם החיכוך אינו תלוי במשקל הרכב : אם משקל הרכב עולה כפליים גם הכוח הנחוץ לגרור אותו במגביל למישור יגדל כפליים . מקדם החיכוך תלוי למעשה בתכונות שטח המגע שבין שני הגופים בלבד .מקדם החיכוך בכביש יבש 0.6-0.7 , מקדם חיכוך בכביש רטוב 0.3 , מקדם חיכוך בקרח או שמן 0.1 .למשל : רכב פרטי שמשקלו 800 ק"ג עומד על כביש יבש וארבעת גלגליו נעולים כדי לגרור אותו במהירות קבועה יידרש כוח של כ – 500 ק"ג כיוון : שמקדם החיכוך בכביש יבש 0.6 * 800 = 480 ק"ג .

הגיאומטריה של הדרך : להתוויה הגיאומטרית של הדרך השפעה מכרעת על מכלול התנועה בדרך. למהנדס התנועה השפעה על קביעת ממדי הרוחב והתווי האופקי והאנכי של הדרך ומצד שני משפיעים אלה רבות על הסדרי התנועה הנחוצים בדרך אם אי אפשר לשנות אחדים מתנאי הדרך . אבזרי הדרך (תמרורים , תאורה בדרך ובסביבתה , מעקות , גדרות הפרדה והתקני תנועה ובטיחות אחרים .

למהנדס התנועה השפעה מכרעת ,וכמעט בלעדית, על בחירתם , מיקומם ואופן השימוש באבזרי הדרך , לשם הבטחת תנועה נוחה ובטוחה בדרך .