Safety and traffic performance implications of higher levels of automated vehicles in urban areas

Abstract

Due to increasing urbanisation rates worldwide combined with growing transport demand, current urban transport systems are under pressure. However, the increasing presence of higher levels of automated vehicles (HAVs) on transport networks has given rise to new opportunities and challenges in promoting sustainable mobility and the potential reduction of traffic congestion and the associated externalities. At the same time, it is anticipated that HAVs can play a decisive role in improving traffic safety. To achieve the anticipated benefits, clear policy frameworks to guide the deployment of HAVs need to be implemented. This requires a better understanding of their safety and traffic performance implications and the impact of different implementation strategies and geometric road characteristics on their operation. Having said that, existing research has mainly focused on the technical features of this emerging technology (e.g. adaptive cruise control systems) and its impact on interurban road environments. Available evidence in urban areas is still scarce, mainly due to the complexity of modelling road networks in cities with some kind of realism, given the number of variables (e.g. pedestrians, cyclists, etc.) and the computational cost of modelling different types of roads and infrastructure (e.g. road hierarchy, geometric features, intersections, roundabouts). Investigating and correctly identifying the impact of HAVs increases the knowledge and decreases the uncertainty regarding their deployment path from the transition period to full automation. By bridging this gap, the efficiency and sustainability of future transport networks can potentially be improved. This thesis aims to examine the safety and traffic performance implications of HAVs and the impact of the different strategies and policy options regarding their implementation in urban areas. Five topics were identified that are imperative to achieve this objective. First, the relationships between the different deployment strategies of HAVs, their road design, infrastructure and operation requirements, and their traffic performance implications were investigated (see Chapter 2). Afterwards, the focus was on intersections as critical features of the road networks. It was examined how the intersection control type can affect the operation and performance of HAVs (see Chapter 3). Then, a scoping review was conducted to systematically document and synthesise the existing research related to HAVs' safety implications (see Chapter 4). A critical gap was identified in the available literature concerning HAVs' impact on vulnerable road users and at a road network level. Therefore, the fourth topic focused on the effect of the emerging technology on cyclists' safety (see Chapter 5). Accordingly, the systemlevel impact of HAVs' implementation on safety and traffic performance was examined in an urban road network of a small-sized city. Different policy options and deployment strategies were evaluated and compared (see Chapter 6). The following paragraphs detail the findings of this research concerning these five topics.

Door de stijgende verstedelijking wereldwijd in combinatie met de groeiende transportvraag staan de huidige stadsvervoersystemen onder druk. Maar de toenemende aanwezigheid van hogere niveaus van geautomatiseerde voertuigen (HAVs) op transportnetwerken heeft nieuwe kansen en uitdagingen gecreëerd om duurzame mobiliteit te bevorderen en bij te dragen aan een potentiële vermindering van verkeerscongestie en de bijbehorende externe effecten. Tegelijkertijd wordt verwacht dat HAVs een doorslaggevende rol kunnen spelen bij het verbeteren van de verkeersveiligheid. Om de verwachte voordelen te bereiken, moeten duidelijke beleidskaders worden geïmplementeerd om de inzet van HAVs te begeleiden. Dit vereist een beter begrip van hun implicaties voor veiligheid en verkeersprestaties en de impact van verschillende implementatiestrategieën en geometrische wegkenmerken op hun werking. Bestaande onderzoek is vooral gericht op de technische kenmerken van deze opkomende technologie (bijv. Adaptieve cruise control-systemen) en de impact ervan in interstedelijke wegomgevingen. Beschikbaar bewijs van de impact van de inzet van HAVs in stedelijke gebieden is nog steeds schaars, vooral vanwege de complexiteit van het realistisch modelleren van wegennetwerken in steden gezien het aantal variabelen (bijv. Sokkelaars, fietsers, etc.) en de rekenkosten van het modelleren van verschillende soorten wegen en infrastructuur (bijv. weghiërarchie, geometrische kenmerken, kruispunten, rotondes). Het onderzoeken en correct identificeren van de impact van HAVs vergroot de kennis en vermindert de onzekerheid over hun implementatiepad van de overgangsperiode naar volledige automatisering. Door deze kloof te dichten, kunnen de efficiëntie en duurzaamheid van toekomstige transportnetwerken mogelijk worden verbeterd. Dit proefschrift heeft tot doel de veiligheids- en verkeersprestatie-implicaties van HAVs en de impact van de verschillende strategieën en beleidsopties met betrekking tot de implementatie ervan in stedelijke gebieden te onderzoeken. Er zijn vijf onderwerpen geïdentificeerd die absoluut noodzakelijk zijn om deze doelstelling te bereiken. Ten eerste werden de relaties tussen de verschillende implementatiestrategieën van HAVs, hun wegontwerp, infrastructuur en operationele vereisten en hun verkeersgevolgen onderzocht (zie hoofdstuk 2). Vervolgens lag de focus op kruispunten als kritische kenmerken van de wegennetwerken. Er werd onderzocht hoe het type snijpuntcontrole de werking en prestaties van HAVs kan beïnvloeden (zie hoofdstuk 3). Vervolgens werd een scoping review uitgevoerd om het bestaande onderzoek met betrekking tot de veiligheidsimplicaties van HAVs systematisch te documenteren en samen te voegen (zie hoofdstuk 4). In de beschikbare literatuur werd een kritieke leemte vastgesteld over de impact van HAVs op kwetsbare weggebruikers en op het niveau van het wegennet. Daarom was het vierde onderwerp gericht op het effect van de opkomende technologie op de veiligheid van fietsers (zie hoofdstuk 5). Dienovereenkomstig werd de impact op systeemniveau van de implementatie van HAVs op de veiligheids- en verkeersprestaties onderzocht in een stedelijk wegennet van een kleine stad. Verschillende beleidsopties en implementatiestrategieën werden geëvalueerd en vergeleken (zie hoofdstuk 6). De volgende paragrafen beschrijven de bevindingen van dit onderzoek met betrekking tot deze vijf onderwerpen.