[工学]08教材第五章 交织区通行能力分析.ppt

第五章 交织区通行能力分析,道路交织区及其构成 道路交织区的交通特性 道路交织区通行能力分析方法,任何类型的道路上，都会有交织区：高速公路，多车道公路，双车道公路，立体交叉区，城市道路或集散道路。,高速公路由基本路段（Bisic Freeway Segment）、交织区（Freeway Weaving）、匝道（Ramps）、匝道交叉口（Ramp Junctions）组成。,高速公路的交织区,3,道路交织区及其特征,如果入口和出口的车行道都叫做“支路”，则从A支路驶向D支路的车辆必须穿过从B支路驶往C支路车辆行驶的路径。所以AD和BC叫做交织流。在这段路上还有AC和BD车流，不与其他车流交叉，因而就叫它们是“非交织车流”。,交织行驶方向相同的两股或多股交通流，沿着相当长的路段，不借助交通控制设施进行的交叉。,4,道路交织区及其特征,当合流区后面紧跟着分流区，或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝道，并在二者之间有辅助车道连接时，就构成了交织区。 由于驾驶员必须进入通向他们出口的车道，在交织区需要紧张的变换车道行驶，因而交织区内的交通流形成严重的紊乱，超过了高速公路基本路段上正常出现的紊乱。,交织区的构型划分,A类交织区,两个方向的所有交织车辆必须进行一次车道变换；,B类交织区,一组交织运行无须进行任何车道变换就可完成； 其它方向的交织车辆至多变换一次车道才能完成交织运行。,C类交织区,有一种交织可无须进行车道交换就可完成； 其它的交织运程需要进行两次或多次的车道交换。,交织区段的构成,简单的交织区，由一个单独的合流点后接一个单独的分流点构成。 多重交织区是由一个合流点后接两个分流点，或者两个合流点后接一个单独的分流点所构成。,交织路段的构成,A,交织区的构成,交织长度,从进口三角区宽度0.6m处到出口三角区宽度3.7m处的交织区段长度。,交织宽度,交织宽度由交织区段的车道数来量度。,交织运行的形式,交织形式,交织运行分约束及非约束运行两种形式。,-交织车辆为了取得均衡运行或非约束运行所必须采用的车道数（不一定是整数）。 -对于指定构型交织区，交织车辆可采用的最大车道数（不一定是整数）。,约束运行,非约束运行,交织形式判定,交织运行分约束及非约束运行两种形式。,约束运行,非约束运行,交织运行的判定标准,交织区的交通特征,由于驾驶员必须进入通向他们出口的车道，在交织区需要紧张的变换车道行驶，因而交织区内的交通流形成严重的紊乱 。 由于交织构型决定车道变换特性，因此交织构型严重影响交织性能。 交织构型还可以影响到交织车辆和非交织车辆使用车道的比例。交织车辆为有效完成交织操作，必须占用某些特定的车道。交织构型能限制交织车辆使用外侧车道的能力。,交通量在车道间的分布 交织区由交织侧向非交织侧，车道空间的占有强度依次递增。交织行为主要在交织侧车道进行，非交织侧车道车辆所受干扰较小，车流中除了交织车辆外，都希望尽量减少或避免交织干扰，因而非交织车辆向非交织侧车道汇集，以获得平稳的行驶车速和假设自由度。,交织区的交通特征,交织区的交通特征,车辆交织行为 在交织区进口断面之前已经有95%以上的交织车辆靠近交织车道行驶，为交织做准备，而非交织车辆则向非交织侧靠近以避免交织的较大影响。在交织区长度1/2处， 90%的车辆可以完成变换车道行为过程，而进行换车道前的车辆速度一般较换车道后的车辆速度低。,交织车辆的可接受间隙 临界车头时距的大小依赖于车速的大小：车速较小的车辆可接受的车头时距相对较小，车速大的车辆可接受的临界车头时距则相对较大。,交织区的交通特征,交织区车辆跟驰特性 交织区内交织车辆必须在交织区长度限制内完成车道变换，所以，交织车辆运行时往往不是追求最大的直行速度而保持和前导车之间的最小车头时距，而是在行进过程中寻找相邻车道车流中合适的可插入间隙。 交织车辆的这种特性导致了当与前导车间的车头时距增大时，也不急于加速紧跟，甚至在一定程度上反而会因等候相邻车道中的可插入间隙而减速。,交织区的交通特征,交织车辆换车道特性 受交织区长度的限制，交织车辆必须在交织区内行驶过程中找到变换车道的可能性并实现其操作，否则，就只好在交织区内被迫减速等候这种可能性的出现，从而造成交织区拥堵。一定条件下，驾驶员还有可能牺牲一定的安全水平而冒险进行车道变换。 交织区内的非交织车辆与基本路段上的车辆相比较，不可避免的要受交织车辆的干扰，因此进行换车道行为的频率也很高。这是基于驾驶员对交织车道运行条件的恶化做出的必然选择。,交织区的交通特征,交织区的交通特征,在通常条件下，交织与非交织车辆都在争夺可以利用的空间。横过所有车道的运行最终趋于平衡，所有驾驶员处于相似的交通条件。在交织区内，非交织车流的非交织车辆试图保持在外侧车道上行驶，而交织车辆总是尽可能地使用交织车道。因此，交织与非交织车辆在一定程度上可以区分开来，交织和非交织车辆占用的车道有严格的区分。 在通常条件下，交织与非交织车辆最终达到平衡运行。在这种情况下，交织车辆占用交织区的车道数为NW，非交织车辆使用其余的车道。 交织区车流速度、密度可以反映交通流运行质量。,交织区交通特征的影响因素,交织区长度； 交织流量比与交织比； 交织区车道数； 交织区车速； 交织区内车型比例； 交织区的构造类型。,利用交织区内车流速度反映交通流运行质量（服务水平）的分析方法。HCM85,交织区交通特征的影响因素,影响交织区交织运行的参数表,交织区车辆运行速度计算,交织区车辆运行速度计算,交织车辆运行速度(Sw) 非交织车辆运行速度(Snw) a、b、c、d均为常数,计算交织速度和非交织速度，必须对约束进行检查。一般是先计算非约束的交织速度和非交织速度，计算Nw后，通过约束判定条件对约束进行检查。如果为约束，则选择约束型的a、b、c、d常数，再计算约束运行下的交织速度和非交织速度。,交织区车辆运行速度计算,交织区段服务水平,交织区衡量服务水平及划分水平级别的关键性参数是交织车辆的平均行驶速度和非交织车辆的行驶速度，如表。 通常设计时采用二级服务水平。当需要采取改进措施而有困难不得已时可降低一级采用三级服务水平。当交织流和非交织流中一个或两者均低于设计采用的服务水平等级时，就需采取改进措施，改进措施之一是改变交织构造型式。,交织区段的通行能力,交织区通行能力分析计算方法如下： 1给出交织构造型式及N、L和交通量各值。 2根据所采用的服务水平级别，从具体表中查出最小平均交织行驶速度Sw及最小平均非交织行驶速度Snw。 3从具体表中查出非约束运行所需之常数a、b、c、d各值，分别计算出对应于Sw及Snw的V值，取两个V值中之小者。 4从具体表中取相应于已给定构造型式的Nw计算式进行计算，得到Nw后与表中已给出的该种型式的Nwmax相比，以决定运行是约束的还是非约束的。如果是非约束运行，则第3步所得之V值即为交织区的通行能力，分析计算就此结束。,如果是约束运行，则取具体表中对应于已给定构造型式的算式，此时取算式中之Vw等于表中相应的Nwmax,即可算出Sw(型式A)或SnwSw(型式B或型式C)。再进行第5步计算。 5对于构造型式A，用第4步计算出之Sw代人交织速度计算公式，并用具体表中相应之非约束运行的a、b、c、d诸常数值反算出V值，并与第3步中得之V值比较，取其中之小者为通行能力。计算就此结束。 对于构造型式B或型式C，则用第2步之Sw值，并根据第4步算出之(SnwSw)值算出Snw值。用此Snw值代人非交织速度计算公式，并用具体表中相应之非约束运行的a、b、c、d诸常数反算出V值，此V值即为通行能力。 计算结果与交织区运行参数的限制值进行比较，如果能够接受，分析计算就此结束。,交织区段的通行能力,交织区段运行参数的限制值,确定道路条件和交通条件。 将所有交通量换算为在理想条件下的高峰流率。 绘制交织示意图。 计算非约束的交织速度和非交织速度。 对约束进行检查，如果为约束，再计算约束运行下的交织速度和非交织速度。 对交织区各项限制进行检查。 确定服务水平。,确定交织区服务水平步骤,对已有的一匝道一交织段作运行质量分析。 已知：交织段及其交通量示于下图，车道宽3.75m，平原地形，两侧在1.75m内无侧障碍物，主线及匝道交通量中均有30%的大型车。问这交织在什么服务水平下运行?,实例分析,解： 道路及交通条件如上述及图所示，这是构造型式A的简单交织段。 将交通量换算成理想条件下的小客车交通量。仍用基本路段一节中所述之fw、fHV及fp的计算法及EHV值。 根据已知条件，fw=1.00，fp=1.0，EHV=1.7，得： fHV=1/1+PHV(EHV-1 )=1/1+3(1.7-1) =0.83 换算后， Vw1=480/fwfHVfp=480/1.000.831.0=578pcu/h Vw2=250/1.000.831.0=301pcu/h Vw= Vw1+ Vw2=578+301=879puc/h Vnw=(3000+100)/1.000.831.0=3735pcu/h V=Vw+Vnw=879+3735=4614pcu/h,作交织图及列出计算所需之参数。 交织图见上图。参数如下： VR=Vw/V=879/4614=0.191 R=Vw2/Vw=301/879=0.342 L=300m 计算非约束情况下的交织车速Sw及非交织车速Snw。 非约束情况下型式A的常数值如下： 计算得到：Sw=69.4km/h， Snw=81.9km/h,利用非约束情况下的Sw及Snw求算交织车辆为达到非约束运行所需之车道数Nw。 利用构造型式A式，计算得到 查具体表型式A可被交织车辆使用之最大车道数Nwmax=1.4，现NwNwmax，故是非约束运行，步骤中计算所得之Sw及Snw可用于分析。 核查交织区段诸限制值。 Vw1800， V/N1900， VR0.35， R0.5， L610m。 均未超过限制值。 确定服务水平。 查表，交织车辆的运行属于三级服务水平，非交织车辆的运行属于二级服务水平。,交织区长度； 交织流量比与交织比； 交织区车道数； 交织区车速； 交织区内车型比例； 交织区的构造类型。,利用交织区内车流密度反映交通流运行质量（服务水平）的分析方法。HCM2K,交织区交通特征的影响因素,交织区的服务交通量（基本通行能力）和服务水平划分,通过车流密度标准确定交织区的服务水平。,交织区的服务交通量（基本通行能力）和服务水平划分,假定自由流速度为120km/h，PHF为0.90，重型车比例为5%，平原地形，V/C比为0.2，交织区长度为300m。,交织区通行能力的优化方法,优化目标 约束条件,34,分析方法流程图,35,交织区分析方法,1）确定交织区参数 2）确定交通流流率高峰小时系数、重车比例修正、驾驶人员修正 3）确定交织区构型 4）确定交织与非交织速度计算交织强度系数、选择公式常数 5）确定交织区运行类型约束型 、非约束型 6）计算交织区速度 7）计算车流密度 8）确定交织区服务水平和通行能力,基本计算方法和计算流程的主要输出结果是服务水平。,36,分析方法流程,1）确定交织区参数,37,分析方法流程,2）确定交通流流率,3）确定交织区构型同前,38,4）确定交织与非交织速度计算交织强度系数、选择计算公式常数,分析方法流程,39,分析方法流程 修正系数,计算交织强度系数时所需常量的取值根据以下三个因素： 针对交织车辆还是针对非交织车辆的预测速度； 交织区构造型式（A、B或C型）； 约束型还是非约束型运行。,40,4）确定交织与非交织速度计算交织强度系数、选择计算公式常数,分析方法流程,交织区分析方法的核心内容就是预测交织区内交织车辆与非交织车辆的区间平均速度。,41,分析方法流程,5）确定交织区运行类型约束型 、非约束型,-交织车辆为了取得均衡运行或非约束运行所必须采用的车道数（不一定是整数）。 -对于指定构型交织区，交织车辆可采用的最大车道数（不一定是整数）。,约束运行,非约束运行,42,分析方法流程,6）计算交织区速度,一旦计算出了交织与非交织车辆速度和确定了运行状态（有可能需要重新计算速度），就可以用如下公式计算交织区内所有车辆的区间平均速度。,43,7）计算车流密度,用所有车辆的平均速度计算交织区内所有车辆的车流密度 式中，D是交织区内所有车辆的平均车流密度（pc/km/ln）。,分析方法流程,44,通过交织区密度确定交织区服务水平； 通行能力是在相当基本条件下的最大15分钟流率，并取整到最近的10pc/h。使用如下公式计算给定条件下的通行能力值。 式中,分析方法流程,8）确定交织区服务水平与通行能力,45,对于运行（服务水平）分析应用，通过计算交织与非交织速度，进而计算整个交织区内所有车辆的区间平均车速，随后计算车流密度，根据交织区内的车流密度确定服务水平。 设计（N、L、构造型式）分析的目的是在给定流量和自由流车速的条件下，计算交织区长度、车道数或交织区构造型式。假设交织区长度、车道数和交织区构型，再做运行（LOS）分析。将在假设参数下计算得到的服务水平与希望的服务水平进行比较。如果没有达到希望的服务水平，则重新假设一套参数，