Vliv vyhrazené jízdní dráhy na cestovní rychlost a spolehlivost provozu VHD

Tento článek představuje jeden z možných způsobů evaluace provozu veřejné dopravy na základě vyhodnocení hodnot cestovní rychlosti a pravidelnosti v daném mezizastávkovém úseku. Tato analýza je přitom nezbytným podkladem pro vytvoření hodnotícího nástroje pro vyhodnocení efektivity preferenčních opatření pro veřejnou dopravu. Kromě stručného představení příslušné teorie se článek zabývá především aplikací tohoto způsobu vyhodnocení na reálných datech z určité části pražské autobusové sítě.

Ivo Novotný, Tomáš Javořík, Vojtěch Novotný
ČVUT v Praze Fakulta dopravní

Preference veřejné hromadné dopravy

Atraktivní, využívaná a správně fungující veřejná hromadná doprava (VHD) je v současné době jedním z hlavních způsobů udržitelné mobility ve městech a okolí. Cílem je mít modal-split, tedy dělbu přepravní práce, vyšší u VHD oproti individuální automobilové. Výhodou není pouze efektivita dopravního systému samotného, ale také vliv na udržitelný rozvoj územní, ať už při jeho plánování, tak i z hlediska ekologického i ekonomického využití. Snahou je nabídnout občanům kvalitní VHD a zařídit jejich přirozenou volbu veřejné dopravy před individuální automobilovou dopravou.

V zastavěných oblastech je VHD ovlivňována externími faktory, zejména silným automobilovým provozem, por jejich potlačení využíváme prvků preference VHD. Ty by však neměly být využívány pouze jako prvky pro stabilizaci současných cestovních dob, ale měly by vést k celkovému zrychlení VHD. Tato opatření můžeme rozdělit do dvou skupin:

• Preference v uzlových bodech silniční sítě – typicky světelná signalizační zařízení
• Preference vztažená k infrastruktuře a dopravnímu řešení komunikace – vyhrazená jízdní dráha (oddělené tramvajové těleso, vyhrazené jízdní pruhy), jízda autobusů po tramvajovém tělese, systémová přednost pro veřejnou dopravu

Zrychlení VHD přináší také úspory provozních nákladů a to nejenom v úspoře pohonných hmot. Zvýšení oběžné rychlosti vozidel může v konečném důsledku vést ke snížení počtu vypravených vozidel a s tím související úspory na osobních nákladech či odpisech.

Je zřejmé, že částečné uplatnění preferenčních opatření vede k lokálnímu řešení problémů. Je rozhodně žádoucí zmíněná opatření spojovat do souvislých úseků a vytvářet takzvané „preferenční osy“, protože synergický efekt všech různorodých opatření vytváří maximální účinek pro VHD.

Analýza efektů preferenčních os ve vztahu k dopravnímu proudu je jedním z hlavních úkolů výzkumného projektu SGS PREFOS. Na základě cestovních dob a pravidelnosti provozu určených úseků autobusů v Praze budou zobecněny pravidla vlivu preference na pravidelnost provozu.

Kvalita veřejné hromadné dopravy a její vyhodnocování

Vnímání kvality VHD cestujícími záleží na několika aspektech. Z provozního pohledu jsou relevantní zejména následující dva:

• Spolehlivost – cestující chce být přepraven do jeho cíle včas bez ohledu na dopravní situaci či například počasí
• Cestovní doba –ukazuje konkurenceschopnost VHD oproti jiným druhům dopravy

Preference VHD je základním nástrojem k dosažení vyššího kvalitativního stupně provozu. Preference na křižovatkách, vyhrazené jízdní pruhy i další opatření slouží ke zvyšování pravidelnosti a ke zkracování jízdních dob.

Prvním úkolem je najít základní nástroj pro vyhodnocování těchto dvou proměnných v mezizastávkových úsecích, následně z toho bude možné vyhodnocovat ucelené úseky. Pro projekt SGS PREFOS jsme získali data provozu pražských autobusů v úseku Spořilov a Želivského. Tato trasa sestává ze sedmi mezizastávkových úseků, je vedena po různých typech městských komunikací a v ulicích s různými intenzitami.

Data sestávají z 25 tisíc časových údajů, které označují odjezd jednotlivého vozidla z jednotlivé zastávky. Z těchto údajů byly vypočítány cestovní doby, jejich směrodatné odchylky a cestovní rychlost. Pro porovnatelnost byly vypočítány i hodinové průměry cestovních dob a cestovní rychlosti.

Vyhodnocení pravidelnosti provozu 

Jeden ze základních faktorů ovlivňující kvalitu systému VHD je přesnost provozu. V souvislosti s jízdním řádem a snaze o jeho dodržování, je důležité, aby vozidla dosahovala v průběhu dne stejných cestovních dob. Pro vyhodnocení pravidelnosti provozu je klíčovou hodnotou směrodatná odchylka cestovní doby.

Směrodatná odchylka je nástroj pro určení rozptýlenosti a proměnlivosti souboru dat. Pro tento případ platí, že čím jsou nižší odchylky, tím nižší jsou rozdíly cestovních dob v průběhu dne a tím je dosaženo i vyšší pravidelnosti provozu. Nižší směrodatné odchylky taktéž ukazují, že je provoz bezproblémový a není negativně ovlivněn individuální automobilovou dopravou, i přestože sdílejí společný dopravní prostor, neboť jsou užita kvalitní preferenční opatření.

Úsek mezi zastávkami Spořilov a Teplárna Michle je charakteristický vysokým podílem vyhrazené jízdní dráhy (63,14% délky mezizastávkového úseku), zbývající úsek je veden na komunikacích s nízkou intenzitou ostatní dopravy. V úseku je pouze jedna světelná křižovatka s preferencí vozidel VHD.

Naproti tomu úsek mezi zastávkami Bohdalec a Chodovská je zatížen vysokými intenzitami silničního provozu a není v něm žádný vyhrazený jízdní pruh.

Následující tabulka a grafy ukazují srovnání cestovních dob jednotlivých spojů a zároveň i hodinové průměry cestovních dob v obou úsecích včetně hodnot průměrné cestovní doby a její směrodatné odchylky:

Tab. 1: Shrnutí charakteristických hodnot obou úseků

Úsek	Délka [m]	% vyhrazené jízdní dráhy	Počet měřených spojů	Střední cestovní doba[min]	Směrodatná odchylka cestovní doby [min]
Spořilov – Teplárna Michle	1096	63,14 %	343	2,615	0,313 min
Bohdalec – Chodovská	516	0,00 %	228	2,106	0,753 min

V úseku mezi zastávkami Bohdalec – Chodovská bez vyhrazeného jízdní pruhu a s vysokou intenzitou je dosaženo významně vyšší směrodatné odchylky cestovní doby. Běžná cestovní doba jsou přibližně 2 minuty, ale v ranní špičce dosahuje až 4 minut, což odpovídá nárůstu až o 100%.

Zajímavý pohled nabízí i vztah směrodatné odchylky cestovní doby a podílu vyhrazené jízdní dráhy z délky úseku. Vyhrazený jízdní pruh umožňuje eliminovat vliv ostatního provozu na provoz VHD. Podíl vyhrazené jízdní dráhy z délky úseku má tak významnou souvislost se směrodatnou odchylkou cestovní doby, jak ukazuje graf níže. Vliv ostatního provozu v pondělí je významně vyšší než v neděli, kdy vztah není tak jednoznačný.

Vyhodnocení cestovní doby

Pokud vyhodnocujeme cestovní doby mezi dvěma zastávkami, není možné hodnoty převzít ze současného jízdního řádu. Hodnoty z jízdní řádů jsou zaokrouhlovány na celé minuty a to velmi často směrem dolů. Dalším aspektem je proměnlivost cestovních dob během různých částí dne, kdy mohou být pro linku nastaveny dvě až tři různé doby. Toto je praktikováno velmi často – jízdní řád přijme proměnlivost cestovních dob již do své podstaty. To ale přináší problém.

Například: cestovní doba je dle jízdního řádu pro úsek Bohdalec – Chodovská 120 s v během špičkového období (pracovní den) a 60 s v ostatních obdobích. V histogramu je vidět vliv jízdního řádu na reálnou cestovní dobu. Mnoho vozidel projede úsekem přibližně za 90 s (levý vrchol histogramu). Tyto hodnoty jsou velmi často z mimošpičkových období, nebo i ze špičkových období, ovšem pokud byly spoje zpožděny v předchozích úsecích a zde došlo ke snížení zpoždění. Ty spoje, které v daném období jedou včas, musí jet pomalu, případně i čekat do času odjezdu (pravý vrchol okolo hodnoty cca 125 s). To je ukázka neefektivního využití času v průběhu cesty.

Pro správné vyhodnocení cestovní doby je nutné srovnat rozdíly během dne s rozhodnou cestovní dobou. Ta představuje optimální cestovní dobu pro vysokou kvalitu VHD a bez negativního vlivu ostatního provozu. Otázkou zůstává, jak ji stanovit.

Pokud se běžná cestovní doba blíží rozhodné cestovní době, tak je zřejmé, že je dosaženo vysoké spolehlivosti a že je vhodnými preferenčními opatřeními potlačen vliv ostatního provozu.

Rozhodná cestovní doba může být stanovena různými metodami. Matematický popis pohybu vozidla, kdy se sčítá čas všech zrychlení, rovnoměrných jízd, zpomalení a času na křižovatkách a zastávkách je sice velmi precizní, nicméně pro vyhodnocení efektů preference příliš složitý a uživatelsky nepřívětivý, neboť je složité jízdu popsat s dostatečnou přesností.  V reálném provozu také můžeme projet trasu zkušebním vozidlem, případně čas odhadnout ze zkušeností příslušných pracovníků (řidiči, dispečeři).

Ideálně můžeme rozhodnout cestovní rychlost stanovit z naměřených hodnot. V našem případě se jedná o data z průběhu jednoho týdne od 20. do 26. dubna 2015, kdy jsou brány v potaz všechny autobusy z denního provozu (cca 5:00 – 0:30). Z těchto hodnot byly vypočteny různé charakteristiky a následně proběhla jejich analýza pro určení rozhodné cestovní rychlosti:

• Q_0,05 – 5 % kvantil celotýdenních dat
• Q_0,10 – 10 % kvantil celotýdenních dat
• Q_0,15 – 15 % kvantil celotýdenních dat
• AVG₂₂₂₃ – průměrná hodnota večerních průjezdů celotýdenně (od 22:00 do 23:00)
• AVG_w – průměrná hodnota za celý víkend

Tabulka níže shrnuje tyto hodnoty pro dané úseky spolu s hodnotou uvedenou v jízdním řádu (T_š/mimo-š).

Tab. 2: Shrnutí charakteristik pro oba dva úseky

Úsek	Počet spojů	Q0,05[s]	Q0,10[s]	Q0,15[s]	AVG2223[s]	AVGw[s]	Tš/mimo-š[s]
Spořilov – Teplárna Michle	2072	132	137	140	153	152	120/120
Bohdalec – Chodovská	1247	71	79	87	92	95	120/60

Z tabulky je patrné, že všechny hodnoty v prvním řádku jsou vyšší, než je uvedeno v jízdním řádu (T_š/mimo-š), přestože je v daném úseku vysoká spolehlivost a vysoký podíl vyhrazené jízdní dráhy. To dokazuje, že k hodnocení efektů preference je nevhodné využití současných cestovních dob.

Z analýzy dat se pro dané úseky nejlépe ukazuje hodnota Q_0,10, která splňuje požadavky a očekávání od hodnoty rozhodné cestovní rychlosti. Je dostatečně “rychlá” jako cílová optimální rychlost, ale zároveň je splnitelná pro řidiče. Vyšší hodnoty jako Q_0,15 se příliš přibližují hodnotám večerů (AVG₂₂₂₃) a víkendů (AVG_w), které jsou příliš vysoké, neboť umožňují průměrný průjezd vozidla pouze bez vlivu ostatního provozu v mimošpičková období. Takové časy ale nevyžadují preferenci, pokud je lze dosáhnout i v současné v některých obdobích, jsou tedy málo ambiciózní pro určení maximálního potenciálu. Hodnoty Q_0,05 jsou nízké a je obava, že mohou být ovlivněny nepřesností sledovacího systému.

Závislost hodnoty směrodatné odchylky cestovní doby na průměrné cestovní rychlosti

Při vyhodnocování dat vyvstala otázka, jestli mezi těmito dvěma veličinami nemůže existovat spojitost. Na vyhodnocovaných úsecích je vztah jednoznačný. V mezizastávkových úsecích s velkou mírou spolehlivosti je zároveň dosahováno vyšší rychlosti. Tento důkaz potvrzuje, že preferenční opatření pro VHD zlepšují obě dvě klíčové charakteristiky provozu VHD.

Závěr

Atraktivní a efektivní systém VHD je jedním z hlavních cílů měst a hustě zastavěných oblastí. Dvě základní charakteristiky, které reprezentují kvalitu provozu VHD, jsou spolehlivost a cestovní rychlost. Jejich vyhodnocení je důležité pro určení efektivity realizace preferenčních opatření. Navržené ukazatele (rozhodná cestovní doba a směrodatná odchylka cestovní doby) ukazují, které veličiny sledovat a využít pro vyhodnocení. Dále je ukázána závislost mezi průměrnou rychlostí a směrodatnou odchylkou – vyšší průměrná rychlost je obecně dosahována s vyšší spolehlivostí. To potvrzuje, že zvyšování kvality VHD za pomocí preferenční opatření je správnou cestou.

Tento článek byl zpracován na základě příspěvku projektu PREFOS na konferenci TRINfra 2016 "Trendy a inovace v dopravním stavitelství":
NOVOTNÝ, Ivo, Tomáš Javořík a Vojtěch Novotný. Effects of Dedicated Bus Lanes on Travel Time Based on Data Evaluation. In TRINfra 2016 Trends and Innovations in Transport Infrastructure[sborník]. Praha: ČVUT v Praze Fakulta stavební, 2016, s. 37-43. ISBN 978-80-01-05973-9.