《道路通行能力》PPT课件.ppt

第六章 道路通行能力 第一节 概述 一通行能力概述 1. 通行能力研究的沿革 道路通行能力的研究最早始于美国。从年代起，为了加强国防和适应战后经济发展的需要，美国加快了全国公路网的建设。在建设中，针对公路的规划、设计修筑养护及运营中出现的问题，美国开始了通行能力方面的研究，以求使公路建设在合理、科学、规范的基础上进行。年，美国交通工程师协会在道路通行能力的研究成果基础上，编写出版了道路通行能力手册（Highway Capacity Manual）（HCM），至今已连续修订了四版，继年HCM的修订版问世后，一个名为HCM2000的新手册业已完成。继美国之后，许多发达国家，如：英法德澳日本等，也根据本国的实际情况，编制了适合各自国情的HCM手册。,与国外长时间持续深入的研究相比，我国由于资金与人力所限，对通行能力的研究起步较晚，也不够系统。在八十年代前期，基本上是引用美国的通行能力手册，然而中国的交通环境、交通组成和车辆性能与国外有很大差别，最主要的是混合交通比较普遍。为此，我国自年以来，由交通部牵头，连同一些大专院校，先后对通行能力进行了较大规模的研究，但这些研究都是地方性的逐步的，未能形成通行能力的核心与框架，难以作为修订标准和规范的技术依据。为此，于年，国家成立了“九五”科技攻关“公路通行能力”课题组，对我国道路通行能力进行了深入研究，取得了出版公路通行能力的最终研究成果。,2通行能力的定义 某种设施（如道路）的通行能力（capacity）规定为：在一定的时段和道路、交通、管制条件下，人和车辆通过车道或道路上的一点或均匀断面的最大小时交通量。 这是美国通行能力手册(HCM)中的定义。早期的HCM是将通行能力分为基本通行能力、可能通行能力和实用通行能力三种加以定义。最新版的HCM已用通行能力和服务水平代替了上述三种通行能力概念的划分。,通行能力定义中所依据的条件（即理想条件）是： （1） 道路条件：指的是街道或公路的几何特征，包括：交通设施的种类及其形成的环境、每个方向的车道数、车道和路肩宽度、侧向净空、设计速度以及平面和纵面线形。 （2）交通条件：涉及使用该道路的交通流特性。它由交通流中车辆种类的分布，设施的可用车道中交通量和交通分布以及交通流的方向分布共同确定。 （3）管制条件：是指设施上的管制设备和具体设计的种类，以及交通规则。交通信号的位置、种类和配时是影响通行能力的关键性管制条件。其他重要管制包括停车和让路标志、车道使用限制、转弯限制以及类似的措施。,我国对通行能力的定义是指道路设施疏导交通流的能力。即在一定的时段（通常15分钟或一小时）和正常的道路、交通、管制以及运行质量要求下，通过道路设施交通流质点的能力，也称为交通容量或简称容量。它是道路设施在一定条件下所能通过车辆的极限数值。,通行能力按作用性质分为三种： （1）基本通行能力 是指在理想的道路、交通、控制和环境条件下，公路组成部分的一条车道或一车行道的均匀段上或一横断面上，不论服务水平如何，1小时所能通过标准车辆的最大数量； （2）可能通行能力 是指在实际或预测的道路、交通、控制及环境条件下，一已知公路的一组成部分中一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，不论服务水平如何，1小时所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的最大数量； （3）设计（或实用）通行能力 是指在预测的道路、交通、控制及环境条件下，一设计中的公路的一组成部分的一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，在所选用的设计服务水平下，1小时所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的最大数量。,设计通行能力和可能通行能力的主要区别是：可能通行能力是以基本通行能力为基础，考虑到实际的道路和交通状况，确定其修正系数，再以此修正系数乘以前述的基本通行能力，即得到可能通行能力； 而设计通行能力是指道路根据使用要求的不同，按不同服务水平条件下所具有的通行能力，也就是要求道路所承担的服务交通量，通常作为道路规划和设计的依据。只要确定道路的可能通行能力，再乘以给定服务水平下的服务交通量与通行能力之比(比)，就得到设计通行能力。,3计算通行能力的时间单位交通量(volume)和交通流率(flow rate) 由于时间单位愈大，交通不均匀性也愈大，愈不能很好地反映交通量与运行质量之间的关系。因此，通常是以小时为单位来计算通行能力和设计交通量。 美国考虑到稳定交通流存在的最短时间为15min，因此主张观测分析15min的交通流量和运行质量的关系。但设计交通量仍以1小时为单位，故以交通流率而不是以小时交通量来反映通行能力。我国现阶段则仍用小时交通量而不用交通流率。,4车辆换算系数和换算交通量 （l）车辆换算系数 在分析计算通行能力和服务水平时，要将实际或预测的交通组成中各类车辆的交通量换算成标准汽车交通量，此时需要用到车辆换算系数。该系数的定义是：在通行能力方面某类车辆一辆折合成标准车辆的辆数。在此给出一般公路路段的车辆折算系数，如表61所示。,5影响通行能力的主要因素及其对通行能力的修正系数 路面 气候 通行能力和服务水平的各种关系及参数值均是在路面质量良好及气候正常情况下得出的。,6需分别进行通行能力和服务水平分析的公路组成部分 （1）高速公路（控制进入）的基本路段； （2）不控制进入的汽车多车道公路路段； （3）不控制进人的汽车双车道公路路段； （4）混合交通双车道公路路段； （5）匝道，包括匝道主线连接部分； （6）交织区； （7）信号控制的平面交叉口； （8）无信号控制的平面交叉口； （9）市区及近郊干线道路； （10）路网通行能力 ； （11）非机动车道通行能力； （12）行人通行能力,二服务水平概述 通行能力的分析计算离不开交通运行质量。因此通行能力的分析计算必须与服务水平的分析计算一并进行。 服务水平（level of service）：HCM中规定为描述交通流内的运行条件及其影响驾驶员与乘客感受的一种质量标准。亦即道路在某种交通条件下所提供的运行服务的质量水平。,1. 服务水平的分级及各级服务水平的运行质量描述 在达到基本通行能力（或可能通行能力）之前，交通量交通密度车速运行质量服务水平。 达到基本通行能力（或可能通行能力）之后， 交通量运行质量交通密度车速。 高速公路上交通量与车速及交通密度关系图分别见图61和图62。,图61 理想条件下交通量车速的关系图,图62理想条件下交通量交通密度的关系图,美国将服务水平分为A至F六级： 服务水平A：交通量很小，交通为自由流。 服务水平B：交通量较前增加，交通处在稳定流范围内的较好部分。 服务水平C：交通量大于服务水平B，交通处在稳定流范围的中间部分。 服务水平D：交通量再增大，交通处在稳定交通流范围的较差部分。,服务水平E：不稳定流范围。车速低且均匀，舒适和便利程度也非常低。此服务水平下限时的最大交通量即为基本通行能力（理想条件下）或可能通行能力（具体公路）。 服务水平F：交通处于强制流状态，车辆经常排成队，跟着前面的车辆停停走走，极不稳定。在此服务水平下，交通量与速度同时由大变小，直到零为止，而交通密度随交通量的减少而增大。,我国公路服务水平现分为四级： 一级相当于美国的A、B两级； 二级相当于美国的C级； 三级相当于美国的D级； 四级相当于美国的E、F两级。 每级服务水平有其服务质量的范围。一、二、三级及四级上半段的服务水平都有对应于该级服务水平最差时的服务交通量，该服务交通量在该级服务水平中是最大的，故称为最大服务交通量。,2.服务水平的衡量指标 为了清楚地表述服务水平的概念，对每种道路设施需要采用最能说明其运行质量的一项或几项运行参数来确定其服务水平。,3.道路设计采用的服务水平等级 高速公路基本路段、匝道主线连接处、交织区均采用二级服务水平。必要时，匝道主线连接处及交织区可降低要求采用三级服务水平。 不控制进入的多车道公路路段在平原微丘的地区采用二级服务水平，在重丘山岭地形及近郊采用三级服务水平。 不控制进入的汽车双车道公路路段采用三级服务水平。 混合交通双车道公路路段采用三级服务水平,三道路通行能力和服务水平的作用 1用于道路设计 根据设计通行能力与设计小时交通量的对比，可分析得出所设计公路的技术等级及多车道公路的车道数，以及是否需要设置爬坡车道，亦可在道路设计阶段，进行公路各组成部分的通行能力和服务水平分析，发现潜在的瓶颈路段予以改进，从而在设计阶段就消除了将来可能形成的瓶颈路段。,2用于道路规划 在分析当前交通流的质量水平，评估现有公路网承受交通的适应程度的基础上，通过交通量预测及投资效益和环境影响的评估，提出改善和提高公路网的规模和建设项目及其实施步骤。 3用于道路交通管理 根据预测交通量的增长情况和运行条件的分析，制定各阶段的交通管理措施。,第二节 城市道路通行能力 城市道路通行能力主要受交叉口通行能力的制约。 两条或两条以上的道路在同一平面相交称为平面相交，两条不同方向的车流通过平交路口时会产生车流的交叉。 平交路口可能通过的相交车流的最大交通量就是平面交叉口的通行能力。 平面交叉口的通行能力一般可分为三大类： 不加任何交通管制的交叉口的通行能力； 中央设圆形岛的环行交叉口的通行能力； 设置交通信号的交叉口的通行能力。,一、信号交叉口通行能力 目前我国城市道路的路口90%以上仍是平面交叉口，直接影响道路的通行能力，需要重点研究。 整个交叉口的通行能力各个流向的通行能力。 HCM中的运行分析法，研究进口道或车道组的通行能力。单一车种，环境不很复杂的情况下建立，不适应于我国混合交通流的状况，分析车道组通行能力的思路可借鉴的。,（一）信号交叉口的通行能力 交叉口的通行能力是对每一进口道规定的。它是在现行的交通状况、车行道和信号设计条件下，某一指定进口道所能通过交叉口的最大流率。观测流率的间隔时间一般为15min。通行能力以辆/小时表示。 信号交叉口的通行能力是以饱和流率的概念为基础的。饱和流率是指在现行的道路和交通条件下，指定的进口道或车道组能通过交叉口的最大流率。饱和流率的符号为S，其单位用有效绿灯小时通过的车辆数表示(辆绿灯小时)。,指定的车道组或进口道的通行能力可表示为： (62),（二）信号交叉口的服务水平 信号交叉口的服务水平用延误来衡量。延误是反映驾驶员不舒适、受阻、油耗和行驶时间损失的指标。服务水平标准用15min分析期间内每辆车的平均停车延误来表示。,（三）交叉口的运行分析 运行分析是为了确定每个车道组、进口道及整个交叉口的通行能力和服务水平，可用五种不同的模型来进行。,(四) 提高交叉口通行能力的对策。 交叉口的面积在保证需求的条件下尽量小。 将左、右转交通和直行交通分离。 注意交叉口的几何结构与交通控制方法的匹配。 注意相位数不可增加过多。 进口道的车道数一般应小于或等于出口道的车道数。 在交叉口进口道有左转交通，要尽可能设置左转专用相位和左转专用车道。 信号周期长度不要设计过长。 在设计信号相位方案时，要考虑到确保交通流的连续性，并且使驾驶员易看懂。 人行横道尽量与车道成直角设置。 设置与车道分离的人行道。,二无信号交叉口通行能力 无信号交叉口通行能力的计算一般根据车流的运行情况分为间隙分析法和车队分析法。 1间隙分析法。 （1）行车规定 在无信号灯控制的交叉口上，主要道路上的车辆优先通行；次要道路上的车辆，寻找机会，穿越主要道路上车流的空档，通过路口。 主要道路上能够通过的车辆，按路段计算。 次要道路上能够通过多少车辆受主要道路上车流的车头间隔分布、次要道路上的车辆穿越主要道路的车流所需时间、次要道路上车辆跟驰的车头时距、主要道路上车流的流向分布等因素影响：,无信号交叉口通行能力，等于主要道路上的交通量加上次要道路上的车辆穿越空档所能通过的车辆数。 若主要道路上的车流已经饱和，则次要道路上的车辆一辆也通不过。 无信号交叉口的通行能力最大等于主要道路路段的通行能力。一般无信号交叉口，主要道路上的交通量并不大，否则加设信号控制。,（2）交通流向分析 在无信号交叉口，次要道路上的车流，每一流向都面临与之发生冲突的交通流。 图66 交通流向分析图,（3）穿越间隙 可穿越间隙的大小与次要道路上的车流通过交叉口的状态有关。若在进口处停车等候，则所需间隙时间为79秒；若驶近路口减速待机，则所需间隙时间为68秒。此外，应当说还与穿越车流的流向有关。 （4）计算公式 假设：主要道路上的车辆优先通过路口；主要车道上的双向车流视为一股车流；交通量不大，车辆之间的间隙分布符合负指数分布；当间隙大于临界间隙时，次要道路上的车辆方可穿越。次要道路上车辆跟驰行驶时的车头时距t3s。,按可穿越间隙理论，推算出次要道路上的车辆每小时能穿越主要道路车流的数量为 （6-18）,例题：一无信号控制的交叉口，主要道路的双向交通量为1200辆/小时，车辆的到达符合泊松分布。次要道路上的车辆所需穿越的临界车头时距to6s。车辆跟驰行驶的车头时距t=3s。求次要道路上的车辆可穿越主要道路车流的数量。 解 ：,2车队分析法 经典的通行能力分析计算是建立在间隙理论基础上的，但实际上，多数交叉口的相交车流中，难以区分主次，也不存在主路车流优先的问题。为此，自由通行交叉口的通行能力的计算采用车队分析法。,图67 为简单无信号交叉口的车队通行时空图。 一般来说，通过交叉口的每个车队由两部分组成：先通过部分为受延误的排队车辆，以饱和流率通过，称之为饱和流部分；随之通过部分为不受延误的车辆，以非饱和流率(到达率)通过，称之为随机流部分。,三、环形交叉口通行能力 环形交叉口是自行调节的交叉口。这种交叉口是在中央设置中心岛，使进入交叉口的所有车辆都以同一方向绕岛行进。车辆行驶过程一般为合流、交织、分流，避免了车辆交叉行驶。 环形交叉口的优点是车辆连续行驶，安全，不需要设置管理设施，避免停车，节省燃料，噪声低、污染小。同时，起到美化城市的作用。缺点是占地大，绕行距离长。非机动车和行人较多及有轨道交通线路时，不宜采用。 1环形交叉口类型 （1） 常规环形交叉口，中心岛直径大于25m。 （2）小型环形交叉口，中心岛直径小于25m。 （3）微型环形交叉口，中心岛直径一般小于4m。,四立体交叉口设计通行能力 立体交叉口的设计通行能力，主要取决于立交形式、层数及机非分离方式。 根据立体交叉口的直行车道数和匝道数确定其总通行能力。计算时，一个无干扰直行车道取通行能力1200pcu/h，转弯匝道取300500pcu/h，总通行能力为各进口的直行车道，转弯匝道的通行能力总和。,五、城市路段通行能力 介绍主干路的通行能力。 一条车道的理论（基本）通行能力是指在理想的道路与交通条件下，车辆以连续车流形式通过时的通行能力。其计算公式为 或 （622）,连续车流条件下的车头间距L，可采用下式计算： （623）,六、自行车道通行能力 对于自行车道通行能力的研究，我国的交通习惯是将自行车道与汽车道放在同一断面上考虑，当自行车交通量超过1000辆/天，汽车交通量超过2000辆/天，或自行车机动车混合交通量大于2200辆/天（自行车按0.2折算为小汽车）时，应设置专门的自行车道。下面研究自行车道的理论通行能力和实际通行能力。 （一）自行车道的理论通行能力 （二）实际通行能力,第三节 公共交通线路通行能力 一、公共交通 公共交通的车辆与小汽车相比，占用道路空间小，客运能力大。一般而言，一条公共交通线路的客运能力为： 公共汽车 6000 8000人小时； 无轨电车 800010000人小时； 轻轨 1000030000人小时； 地铁 4000060000人小时,公共汽车线路的通行能力受沿线各站通行能力的制约，其中通行能力最小的停靠站，是控制线路通行能力的站点。停车站的通行能力取决于车辆占用停车站的时间长短。因此，公共汽车线路的通行能力为 （629） 公共汽车在站停靠时间与车辆性能、车辆结构、上下车乘客的多少、车站秩序等因素有关。,第四节 公路路段通行能力 一、双车道公路路段通行能力计算 1.概述 双车道是我国公路网中最普遍的一种公路形式，每条车道用于一个方向的交通，在视距和对向交通流间隔允许的地点，可占用对向车道，超越慢速车辆。然后再回到本向车道。 必须对车行道双向通行能力和服务水平进行总的分析计算。 2服务水平 双车道公路路段的服务水平标准参见表632.,3双车道公路路段通行能力 （1）车行道最大服务交通量 （633）,（2）车行道的设计通行能力 （634）,将式（633）代入得 （635） 4通行能力的修正系数 （查表） 二多车道公路路段通行能力计算,第五节 高速公路基本路段通行能力 一引言 1高速公路的定义及其组成 高速公路是有中央分隔带，上下行每个方向至少有两条车道，全部立体交叉，完全控制出入的公路。高速公路是彻底的非中断性交通流设施。在正常情况下，高速公路上的车辆可以不停顿地连续行驶。 高速公路一般由以下三部分组成： （1）高速公路基本路段(basic freeway sections)； （2）交织区(weaving areas)； （3）匝道(ramp junctions)，其中包括匝道主线连接处及匝道横交公路连接处。,2高速公路基本路段的定义 高速公路基本路段是指主