Spatial analysis of geometric design consistency and road sight distance

Because of the high number of crashes occurring on highways, it is necessary to intensify the search for new tools that help in understanding their causes. This research explores the use of a geographic information system (GIS) for an integrated analysis, taking into account two accident-related factors: design consistency (DC) (based on vehicle speed) and available sight distance (ASD) (based on visibility). Both factors require specific GIS software add-ins, which are explained. Digital terrain models (DTMs), vehicle paths, road centerlines, a speed prediction model, and crash data are integrated in the GIS. The usefulness of this approach has been assessed through a study of more than 500 crashes. From a regularly spaced grid, the terrain (bare ground) has been modeled through a triangulated irregular network (TIN). The length of the roads analyzed is greater than 100 km. Results have shown that DC and ASD could be related to crashes in approximately 4% of cases. In order to illustrate the potential of GIS, two crashes are fully analyzed: a car rollover after running off road on the right side and a rear-end collision of two moving vehicles. Although this procedure uses two software add-ins that are available only for ArcGIS, the study gives a practical demonstration of the suitability of GIS for conducting integrated studies of road safety

Estimating the Available Sight Distance in the Urban Environment by GIS and Numerical Computing Codes

The available sight distance (ASD) is that part of the roadway ahead which is visible to the driver, and should be of sufficient length to allow a vehicle traveling at the designated speed to stop before reaching a stationary object in its path. It is fundamental in assessing road safety of a project or on an existing road section. Unfortunately, an accurate estimation of the available sight distance is still an issue on existing roads, above all due to the lack of information regarding the as-built condition of the infrastructure. Today, the geomatics field already offers different solutions for collecting 3D information about environments at different scales, integrating multiple sensors, but the main issue regarding existing mobile mapping systems (MMSs) is their high cost. The first part of this research focused on the use of a low-cost MMS as an alternative for obtaining 3D information about infrastructure. The obtained model can be exploited as input data of specific algorithms, both on a GIS platform and in a numerical computing environment to estimate ASD on a typical urban road. The aim of the investigation was to compare the performances of the two approaches used to evaluate the ASD, capturing the complex morphology of the urban environment

Nueva metodología para la obtención de distancias de visibilidad disponibles en carreteras existentes basada en datos LiDAR terrestre

[EN] The existence of a visibility that is appropriate to the actual operating conditions is a sine qua non to achieve a safe geometric design. The sight distances required in driving tasks, such as decision-making, stopping, overtaking or crossing, represent an essential parameter in the geometric design of new roads; and they play a key role in all international design guidelines. Nevertheless, once the road has been built and operating, many other surrounding circumstances do determine the actual sight distance available over time. Moreover, since geometric design guidelines encompass visibility measurements based on the observer and the obstacle located on the roadway, systematic and periodic measurements prove difficult and tedious as well as risky and traffic-disruptive. In engineering practice, it is common to use elevation digital models and geometric design specific programs to establish the visibility conditions on roads; however, the development of new remote sensing technologies expand the possibilities to better estimate the visibility actually available. LiDAR technology has been enjoying a boost internationally in recent years. It is an important source of information that consists of millions of georeferenced points belonging to all kinds of objects, which represent not only the geometry of the road itself, but also its more immediate surroundings. It is precisely this ability to include all sorts of potential obstacles to vision in the analysis that raised our interest. This PhD thesis presents a newly developed and tested methodology for the systematic assessment of visibility available on roads that deploys visuals directly drawn against the LiDAR point cloud. To this purpose the concepts of Visual Prism (VP) and Rectangular Prismatic Unit (RPU) have been defined as key elements in this new way of thinking about vision. They represent an alternative to the traditional straight line drawn between the observer and the object. During the research, the impact on the results of the point cloud density has been analyzed; and this methodology has been compared to the visibility results yielded by known techniques based upon digital terrain models, digital surface models and project profiles in two existing road sections. In general, conventional methods overestimate sight distance compared to the new methodology based on LiDAR data, and in many cases the overestimation is significant.. The development, that displays both visuals and three dimensional point cloud results, also enables to spot the reason for the obstruction of vision. This improvement is practice-ready and could be used while assessing the road and improving the conditions of sight distance and road safety.[ES] La existencia de una visibilidad adecuada a las condiciones reales de operación, es condición indispensable para alcanzar un diseño geométrico seguro. Las distancias de visibilidad requeridas para tareas inherentes a la conducción, tales como la decisión, la parada, el adelantamiento o el cruce, constituyen un parámetro esencial en el diseño geométrico de nuevas carreteras, formando parte importante de todas las guías de diseño a nivel internacional. Sin embargo, una vez construida la carretera y durante el tiempo en que esta se encuentra en servicio, muchas otras circunstancias de su entorno condicionan la visibilidad realmente disponible a lo largo del tiempo. Por otro lado, dado que las guías de diseño geométrico contemplan las mediciones de visibilidad disponible con el observador y el obstáculo situados sobre la calzada, su medición sistemática y periódica es una complicada y tediosa labor no exenta de riesgos y de perturbaciones al tráfico. En la práctica ingenieril, es habitual el empleo de modelos digitales de elevaciones y de programas específicos de diseño geométrico para establecer las condiciones de visibilidad en carreteras; no obstante, el desarrollo de nuevas tecnologías de teledetección amplían las posibilidades a una mejor estimación de la visibilidad realmente disponible. La tecnología LiDAR está gozando de un importante impulso a nivel internacional en los últimos años y constituye una importante fuente de información consistente en millones de puntos georreferenciados pertenecientes a todo tipo de objetos que representan no solo la geometría de la propia carretera, sino también su entorno más inmediato. Precisamente por su capacidad de incluir en el análisis todo tipo de obstáculos potenciales a la visión, en la presente Tesis Doctoral se ha desarrollado y analizado una nueva metodología de evaluación sistemática de visibilidades disponibles en carreteras a partir de visuales trazadas directamente contra la nube de puntos LiDAR. Para ello se han definido por primera vez los conceptos de Prisma Visual (PV) y de Unidad Prismática Rectangular (UPR) como elementos básicos constitutivos de esta nueva forma de concebir la visión, alternativos a la tradicional línea recta visual trazada entre el observador y el objetivo. Durante la investigación se ha analizado el efecto de la densidad de la nube de puntos en los resultados y se ha sometido esta metodología a comparación con los resultados de visibilidad obtenidos por técnicas conocidas a partir de modelos digitales del terreno, modelos digitales de superficies y perfiles de proyecto en dos tramos de carretera existentes. En general, se obtiene una sobreestimación generalizada y en muchos casos significativa de las visibilidades realmente disponibles si se emplean metodologías convencionales en comparación con las obtenidas a partir de la nueva metodología basada en datos LiDAR. El desarrollo, preparado para la visualización conjunta de resultados de visuales y nube de puntos en tres dimensiones, permite asimismo interpretar el motivo de la obstrucción a la visión, lo que constituye un avance puesto al servicio de los ingenieros en la evaluación de la carretera y en la mejora de sus condiciones de visibilidad y de seguridad vial.[CA] L'existència d'una visibilitat adequada a les condicions reials d'operació, es condició indispensable per a aconseguir un disseny geomètric segur. Les distàncies de visibilitat requerides per a tasques inherents a la conducció, tals com la decisió, la parada, l'avançament, o l'encreuament, constitueixen un paràmetre essencial en el disseny geomètric de noves carreteres, formant part important de totes les guies de disseny a nivell internacional. No obstant, una volta construïda la carretera i durant el temps en què es troba en servici, moltes altres circumstancies del seu entorn condicionen la visibilitat realment disponible. D'altra banda, donat que les guies de disseny geomètric contemplen les mesures de visibilitat disponible en l'observador i el obstacle situats sobre la calçada, la seua medició es una complicada i tediosa llavor no exempta de riscs i de molèsties al trànsit. En la practica, es habitual l'ús de models digitals d'elevacions i de programes específics de disseny geomètric per a establir les condicions de visibilitat en carreteres; no obstant, el desenvolupament de noves tecnologies de tele-detecció amplien les possibilitats a una millor estima de la visibilitat realment disponible. La tecnologia LIDAR està gojant d'un important impuls a nivell internacional en els ultims anys i constitueix una important font d'informació consistent en milions de punts geo-referenciats de tot tipus d'objectes que representen no nomes la geometria de la pròpia carretera, sinó també el seu entorn mes immediat. Precisament per la seua capacitat d'incloure en l'analisis tot tipus d'obstacles potencials a la visió, en el present tesis doctoral s'ha analitzat una nova metodologia d'avaluació sistemàtica de visibilitats disponibles en carreteres a partir de visuals traçades directament contra el núvol de punts LIDAR. Per tal motiu s'han definit per primera vegada els conceptes de Prisma Visual (PV) i d'Unitat Prismàtica Rectangular (UPR) com a elements bàsics constitutius d'aquesta nova forma de concebre la visió, alternatius a la tradicional línia recta visual traçada entre l'observador i el objectiu. Durant la investigació s'ha analitzat l'efecte de la densitat del núvol de punts en els resultats i s'ha sotmès aquesta metodologia a comparació amb els resultats de visibilitat obtinguts per tècniques conegudes a partir de models digitals del terreny, models digitals de superfícies i perfils de projecte en dos trams de carretera existents. En general, s'obté una sobreestimació generalitzada i en molts casos significativa de les visibilitats realment disponibles si s'empren metodologies convencionals en comparació amb les obtingudes a partir de la nova metodologia basada en dades LiDAR. El desenvolupament, preparat per a la visualització conjunta de resultats de visuals i núvol de punts en tres dimensions, permet així mateix interpretar el motiu de l'obstrucció a la visió, el que constitueix un avanç posat al servei dels enginyers en l'avaluació de la carretera i en la millora de les seves condicions de visibilitat i de seguretat viària.Campoy Ungria, JM. (2015). Nueva metodología para la obtención de distancias de visibilidad disponibles en carreteras existentes basada en datos LiDAR terrestre [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/59062TESI

Análisis de las visibilidades disponibles y requeridas para la circulación segura de ciclistas en el puerto de montaña de la carretera cv-25. Tramo Olocau-cumbre del puerto de Chirivilla (Valencia)

[ES] Los puertos de montaña con elevada presencia de ciclistas de carretera presentan a menudo unas condiciones de visibilidad reducida debido a la combinación de radios en planta reducidos con despejes en curva deficientes provocados por la presencia de taludes de desmonte y vegetación que resultan habituales en el entorno orográfico en que se ubican. La diferencia de velocidades entre los vehículos a motor y los ciclistas que ascienden el puerto compartiendo la misma plataforma, es una situación de riesgo que se ve incrementada en condiciones de visibilidad reducida, pudiendo provocarse accidentes por alcance de graves consecuencias. Las guías de diseño definen la distancia de visibilidad de parada como aquella distancia necesaria para detener, en condiciones de seguridad, un vehículo en presencia de un obstáculo. Las dimensiones del obstáculo consideradas en este caso, con alturas comprendidas entre los 0,20 y los 0,60 m según diferentes guías, así como su posicionamiento estático sobre la calzada, garantizaría la existencia de suficiente distancia de visibilidad también en el caso de los ciclistas, que en sí mismos, constituyen obstáculos dinámicos de mayores dimensiones. Sin embargo, las carreteras de montaña son a menudo, carreteras antiguas con trazados sinuosos que no responden a la aplicación de las modernas guías de diseño geométrico y en muchos casos, las distancias de visibilidad de parada requeridas para las velocidades de operación, no llegan a cumplir con los estándares normativos. En las curvas, la maniobra de evasión a ciclistas puede verse asimismo comprometida, especialmente en calzadas de anchura reducida, sobreanchos insuficientes o inexistentes y visibilidad deficiente, máxime si se pretenden realizar maniobras de adelantamiento que cumplan con la preceptiva separación transversal de 1,50 m. Bajo estas condiciones, no podría garantizarse la seguridad de las maniobras de evasión o parada en presencia de un ciclista, especialmente en el interior de curvas con despejes insuficientes. Además, en estos entornos resulta en muchas ocasiones costoso en términos ambientales y económicos modificar las características geométricas de planta, alzado o sección transversal para conseguir dotar a la carretera de la visibilidad requerida. En este contexto, se trata de analizar, atendiendo a las velocidades de operación de los ciclistas y a las velocidades específicas de la carretera, las distancias de visibilidad de alcance requeridas y compararlas con las disponibles en un tramo real de puerto de montaña habitualmente frecuentado por ciclistas.[CA] Els ports de muntanya amb elevada presència de ciclistes de carretera presenten sovint unes condicions de visibilitat reduïda a causa de la combinació de radis en planta reduïts amb rebutjos en corba deficients provocats per la presència de talussos de desmunte i vegetació que resulten habituals en l'entorn orogràfic en què se situen. La diferència de velocitats entre els vehicles a motor i els ciclistes que ascendeixen el port compartint la mateixa plataforma, és una situació de risc que es veu incrementada en condicions de visibilitat reduïda, podent provocar-se accidents per abast de greus conseqüències. Les guies de disseny defineixen la distància de visibilitat de parada com aquella distància necessària per a detindre, en condicions de seguretat, un vehicle en presència d'un obstacle. Les dimensions de l'obstacle considerades en aquest cas, amb altures compreses entre els 0,20 i els 0,60 m segons diferents guies, així com el seu posicionament estàtic sobre la calçada, garantiria l'existència de suficient distància de visibilitat també en el cas dels ciclistes, que en si mateixos, constitueixen obstacles dinàmics de majors dimensions. No obstant això, les carreteres de muntanya són sovint, carreteres antigues amb traçats sinuosos que no responen a l'aplicació de les modernes guies de disseny geomètric i en molts casos, les distàncies de visibilitat de parada requerides per a les velocitats d'operació, no arriben a complir amb els estàndards normatius. En les corbes, la maniobra d'evasió a ciclistes pot veure's així mateix compromesa, especialment en calçades d'amplària reduïda, *sobreanchos insuficients o inexistents i visibilitat deficient, màximament si es pretenen realitzar maniobres d'avançament que complisquen amb la preceptiva separació transversal de 1,50 m. Sota aquestes condicions, no podria garantir-se la seguretat de les maniobres d'evasió o parada en presència d'un ciclista, especialment a l'interior de corbes amb rebutjos insuficients. A més, en aquests entorns resulta en moltes ocasions costós en termes ambientals i econòmics modificar les característiques geomètriques de planta, alçat o secció transversal per a aconseguir dotar a la carretera de la visibilitat requerida. En aquest context, es tracta d'analitzar, ateses les velocitats d'operació dels ciclistes i a les velocitats específiques de la carretera, les distàncies de visibilitat d'abast requerides i comparar-les amb les disponibles en un tram real de port de muntanya habitualment freqüentat per ciclistes.[EN] The mountain passes with a high presence of road cyclists often have low visibility conditions due to the combination of reduced radii in the plant with deficient curve clearances caused by the presence of cut slopes and vegetation that are common in the orographic environment where they are located. The difference in speeds between motor vehicles and cyclists who ascend the port sharing the same platform, is a risk situation that is increased in conditions of reduced visibility, accidents can occur resulting in serious consequences. The design guides define the visibility distance of stop as that distance necessary to stop, in safety conditions, a vehicle in the presence of an obstacle. The dimensions of the obstacle considered in this case, with heights between 0.20 and 0.60 m according to different guides, as well as its static positioning on the roadway, would guarantee the existence of sufficient visibility distance also in the case of cyclists, which in themselves, constitute dynamic obstacles of greater dimensions. However, mountain roads are often old roads with winding paths that do not respond to the application of modern geometric design guides and in many cases, the visibility visibility distances required for operating speeds, do not reach comply with regulatory standards. In the curves, the maneuver of evasion to cyclists can also be compromised, especially in roads of reduced width, inadequate or non-existent overshoots and poor visibility, especially if you intend to perform overtaking maneuvers that comply with the mandatory transversal separation of 1.50 m . Under these conditions, the safety of evasion or stop maneuvers in the presence of a cyclist could not be guaranteed, especially inside curves with insufficient clearings. Furthermore, in these environments, it is often costly in environmental and economic terms to modify the geometric characteristics of the floor, elevation or cross section in order to provide the road with the required visibility. In this context, it is necessary to analyze, based on the speeds of operation of the cyclists and the specific speeds of the road, the distances of visibility of range required and compare them with those available in a real stretch of mountain pass usually frequented by cyclists. .Blanco Castillo, F. (2019). Análisis de las visibilidades disponibles y requeridas para la circulación segura de ciclistas en el puerto de montaña de la carretera cv-25. Tramo Olocau-cumbre del puerto de Chirivilla (Valencia). http://hdl.handle.net/10251/125555Archivo delegad