（交通运输规划与管理专业论文）城市道路交通流特征参数研究.pdf

摘要 1 1 11 i 摘要 北京 乍为一个特大城市，泰区久瞄众多，汽车保有量增长迅速，遗远超避 了遂路设施建设增长的速度，交逶闯惩嚣益突崮。要攥脱或缓解这种困境，可 以利用先进的交通管理系统来挖掘观有道路的运输潜力，而这种管理系统要求 对道路的交通流特性有一个比较深刻的认识。本文就针对北京市快速路及主干 邋交通流特性进行了研究。 快速路由于实行了出入口控制，与其它道路相交时多为立体交叉，不受信 号控制的影响，车辆萼亍驶可以逸续不断的进程。因此，本文慰快速鼹基本鼹段 交通滤特征参数送行硬究时，选取了速度、流量、密度三个綦本参数遴 亍了探 讨，考察了三个基本参数之阂的关系，提出了适合我晷( 以j 索遂貉谲查数据 为基础) 道路交通状况的快速路标准条件下的三参数关系模整。根据交通流运 行机疆韵不同，本文把交通流状态划分为三种，即畅行流状态、稳定流袄态和 强制流状态( 不稳定状态) 。本文从宏观的角度，通过对交通流三个綦本参数关 系的分析，利用概率论及回归分析方法，通过定性分析与定量分析相结合，提 出了交通流状态划分的方式。 城市于道上存在蓿诸多灼交叉口，车辆不能像快速路那样可以不间断的行 驶，交遴浚表觋为脉冲的特经。本文选择车辆的行程时闯和行驶时阗馋为寝程 主干道交通流豹主要参数。数撂采集使鼹浮动车装载极动车道路试验敲以及人 工酌方法，获取了予遥路段鼢长度、行车时蠲、路段上鹩出入d 个数、行入过 街个数等道路上的特征数据。通过穰率论与数理统计方法，得到了行稳对掏和 行驶时间与其他道路特征之间的关系模型。 对快速路和主干道交通流特征参数，本文着眼于宏观的角度，以采集的大 量数据为基础，通过数理分析得到快速路上的三参数关系模型及主干道上的行 程时间和行驶时间模型，是使用宏观的砑窕方法进行探讨的一个尝试。 关键调：交通流；快速路；主于邀：特，征参数 l 索王业大学工学鹾士学位论文 a b s t r a c t b e i j i n gi sab i gc i t y , a n dt h e r ei sal a r g ep o p u l a t i o ni nt h eu r b a na r e a t h ei n c r e a s e o fv e h i c l e se x c e e d sr o a d w a y b u i l d i n g ，w h i c hm a k e s t r a n s p o r t a t i o nah e a d a c h e ，t o g e to u to fw o o d s ，t h ea d v a n c e dm a n a g e m e n ts y s t e ms h o u l db eu s e da n do p t i m i z e d o n l yt r a f f i cf l o wi sa c k n o w l e d g e dp r o f o u n d l y , t h em a n a g e m e n ts y s t e mi sp e r f o r m e d e f f i c i e n t l y s t u d yo nt h ec h a r a c t e r i s t i c so f t r a f f i cf l o wo ne x p r e s s w a ya n da r t e r i a li s j u s tc o n d u c t e d i nt h i sp a p e r s i n c ee x p r e s s w a yi sf u l l ya c c e s s - c o n t r o l l e da n d i n t e r c h a n g e i su s e da ti n t e r s e c t i o n ， s ot r a f f i cf l o wo ne x p r e s s w a yi su n i n t e r r u p t e dw i t h o u ts i g n a l s t h r e ep a r a m e t e r s ， s p e e d ，v o l u m ea n dd e n s i t na r es e l e c t e dt od e s c r i b et r a f f i cf l o w i nt h i sp a p e r b a s e d o i lt h es u r v e yd a t a ，t h em o d e l so ft h r e eb a s i ct r a f f i cf l o wp a r m n e t e r sa r ep u tf o r w a r d a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n c eo f t r a f f i cf l o wo p e r a t i o n ，t r a f f i cf l o wc a r lb ec l a s s i f i e d i n t ot h r e ep a r t s ：f r e ef l o w , s t a b l ef l o wa n du n s t a l ef l o w t h em e t h o do fc a t e g o r yo f t r a f f i cf l o wi sp r o p o s e db y q u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n dq u a n t i t a t i v ea n a l y s i st o g e t h e r a g r e a td e a lo fs i g n a li n t e r s e c t i o n se x i s to n u r b a na r t e r i a l ，s ov e h i c l e sc a l l tg oa s c o n t i n u o u s l ya st h a to ne x p r e s s w a y a n d t r a f f i cf l o ws h o w st h ec h a r a c t e r i s t i co ft h e p u l s e t r a v e lt i m ea n dr u n n i n gt i m e a r es e l e c t e da sam e a s u r e m e n to fe f f e c t i v e n e s s o ft r a f f i cf l o wo i la r t e r i a l t h ef l o a t i n g c a rm e t h o di sa d o p t e di nt h ed a t ac o l l e c t i o n ， a l o n gw i t hm a n u a lm e t h o d ，r o a d w a y - t e s t i n g d e v i c ei sm o u n t e do nt h ef l o a t i n g c a r m a n yc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha ss e c t i o nl e n g t h ，t r a v e l t i m e ，n u m b e ro fa c c e s s e sa n d p e d e s t r i a nc r o s s i n g se t co i l a r t e r i a ia r eo b t m n e d t h em o d e l st h a tt r a v e lt i m ea n d r u n n i n g t i m er e l a t et or o a d w a yc h a r a c t e r i s t i c sa r eo b t a i n e db ym e t h o d so f p r o b a b i l i t y t h e o r ya n d m a t h e m a t i c a ls t a t i s t i c s 。 f r o mm a c r o s c o p i cp o i n to f v i e w , t h es t u d yi sc a r r i e do u t 。b a s e d o i lt h es u r v e yd a t a ， t h em o d e l so fc h a r a c t e r i s t i c so ft r a f f i cf l o wi ne x p r e s s w a ya n da r t e r i a la r eo b t a i n e d i ti sat r yt os t u d yt r a f f i cf l o ww i t hm a c r o a p p r o a c h 。 k e y w o r d s ：t r a f f i cf l o w ；e x p r e s s w a y ；a r t e r i a l ；c h a r a c t e r i s t i c s 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：善2 訇逸日期：兰坐三! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 雾薯固 签名：当! 习塑导师签鬻：、：釜翼 日期：乏! 型) 毪戤j 。矗4 0 娜7 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景 第1 章绪论 据绕诗，霹 l 誊梵京帝道路上荚彳亍瑗着2 2 0 万麓左衰弱汽享，2 0 0 2 年，j 、翟蕊 动车新增2 0 万辆，2 0 0 3 年又新增3 0 万辆，目前正以每年1 5 的速度递增。然 而每年_ j 兢路建设增长遮度仅为2 3 。城市交通拥挤，车遮下降成为困扰大 孛域廖靛严重勰题f j j 。l 哀赢已经修建了二环、三环、霆环以及五环等茯遮鼹， 修建及敬、扩建了一批城市于道，交通闯题在一定程度上褥蒯了缓解。穗蹩， 在城市中修建或改、扩建道路设施有非常大的局限性。因此，提高道路交通管 理的水平，建立高效的交通运输系统，综合治理交通问题成为解决道路拥堵问 题熬一令疆究方商。簧大錾麦援麓交遂管理懿骥代琵窳平秘遮埝系统豹蘩 奉运 转效率，仅仅通过硬件投入不能很妻子的发挥这感先进设备的功能。因此，为了 保障i t s 系统的良好避营和先进技术的采用，我们必须对自融的交通运行环境 下的交邋滤斡基本特性育一个深入靛了鼷。为了滚瑾现在的交运闷题，阉时也 为满足2 0 0 8 年奥运会对北京市交遴的震帮量上静较高要求，托京市科委後立重 大项目“北京市i t s 系统规划与示范工程”，其中设立了交邋流特征参数研究这 一分题。作为该研究项目的一部分，本文针对城市快速路基本路段以及城市干 遂戆交遴漉特征参数送行磅究，豢裳交逶滚豹慈行焱露，挺杰运嚣予交逶管瑾、 控制及缀织的参数与模型。 1 。2 谈题研究的豳标及内容 随辫时代和经济的发展，智能交通系统( 简写为i t s ，i n t e l l i g e n t t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m s ) 在全世界i 媳速推广，其功能和规模不断扩大。各城市也 将建立囊基豹i t s ，米增强城枣遂鼹静运竣功怒，进一步撼嶷缄枣交遗逸羧效 率及安全水平，从而促进城市的经济发展，摄升居民和旅游黉的生活质爨。要 使i t s 得到真正切实的实施，就必须针对北京市的交通现状和城市规划布局特 点，深入了解各级道路的交逶特性，提出能够邋用的交通管壤、控审5 和维织的 参数与模整，并对交通流装态逡行译硷。斌蔼菇解决城枣交遥管理茬裁稻鬻链 交通系统中的相关问题，提供理论支持和实用工具。正因如此，在北京市i t s 系统规划和示范工程研窥中，设立了交通流特征参数研究这一分题，对城市道 路豹交遁特性熬礤究簸提上了基稷。 一 北京z 娥丈学工学硕士掌德论文 每个城市都需要个城市道路交通系统，城市道路是联结城市各用地的纽 带，城枣遂黠网络是城枣豹基本鸯絮，在城市弱= 墼产、生活葶鞋冬项事监中趣羞 举足轻重的作用。一般整个城市路阏由快速路、主干路、次千路、支路西炎组 成。快遴路系统目标魁为了保证城市干线的安全、快速、便捷。在城市快速路 系统路网嚣架基础上，规划主城区棚邻组团之间的联系道路，加强由快速路网 蘩翻分瓣嚣蠛之舞豹燮逶袋系，获褥形成主于黪：在筵基磴上，接疆藏常发震 和用地情况进一步加密形成城市次干路。快速路和主干路在城市交通中起“通” 的作用，臻求通过车辆快而多；次干路则兼有“通”和“达”的作用。各中心组团 及交通小嚣瘫产生鲍交通量，通过支路电次于鼹及部分主干鼹承担；相邻缎团 闻的交道麓主要由城市主干路承翘；两圭城范麓肉各缝图之阔潋及迸、出主城 区的交通出行则由快遮路系统完成。目前，许多城市的路网系统没能发挥出最 大的潜力。要使这个城市道路交通系统发挥较好的作用，协调好快速路、主干 薅、次予麓、支臻戆秘戆裁分，黎必须怼各等级遥路兹交逶黪瞧逶嚣深入黪醣 究。 通过以上分析，把对城市快速路基本路段及城市干道两种交通设施上的交 通滤特瞧礤究确定本澡题鲍磅究目标。本课题立足于成果在实际工作中的威翊， 摆虢旯羹褫理论分寿厅瀚研究穰式。邋过渡集实溺数据，嚣真实静交逶漉数撬为 基础，从交通流状况的实际出发，结合交通流特征的理论分析和多种统计模型 的对比分析，建立我豳麒型快速道路系统在实际邋路、交通条件下的统计分析 模型，霞工程技术久爨霹竣壹蕊懿了瓣交透渡黪徭，受傻爱交逶参数及模熬解 决实际工程问题提供帮助。 本课题研究的主袋内容包括：1 、通过采集城市快速路基本路段上的交通数 据，从宏蕊的角度，剥用多种方法分柝交通流率、速度以及密度三个基本参数 之闻豹美系，褥到符合现狡交逶溅特征靛交逶流模鏊。同褥，考察了抉遮貉主 的交通凝的时空分布特性。2 、利用试验车跟踪干道车流，考察机动车在干遒上 行驶的规律，得到千邋上机动车行糨时间及行驶时问模型。 缄枣姨速鼹虽然凌遭鼹形式上襻在蔷诲多舄褒速公黪稳戗麴方瑟，毽又毒 诸多其本身的特点。翔出入口问题较短，线形受城市布局的影响而弯道鞍多， 又由于在连接许多城市千道的地方为保证快速路率流的连续蚀，均修建了立交 轿，这就馒褥快速路存在着许多纵皱，不如高逸公路线形顺畅。另外，从道路 韵使焉卷来看，快速辩存在予城豢，霆尧皱枣瓣鬣钓运瑟离爨李亍瑟疆务豹，无 论从车辆的交通组成来看，还是从驾驶员的特性来看，都会与高速公路存在显 著的区别。 j l 窳蠢人强 零多，鑫牙量缀大，城枣遂爨棼漉运行多娥予受限状态。戮 往对城市道路交通的研究大多集中予交叉日，新对于考虑交叉嚣影墒状况下酌 第l 覃绪论 城市干道的交通特性的研究，相对较少，本课题也正是针对于这一状况试图探 讨的。邋过对j e 京市城市道路上的交通数据进行采集、分掇，可以进一步了鳃 大流量下的城市于道上瀚车辆运行溉律，把握其交通特征。弼时，所褥出的干 道交通特征参数还可以作为一种指标对干道的交通运营水平j 就行评价。 。3 论文的安蓑 笫一章介绍了谋题的研究背景、内容及意义。 箩二章对各种城市道路进行了分提，对不瞬道路上机动车行驶的特性佟了 l 遮。 第三章首先介绍了快速路数据的采集方式，然后对取得的数据进行了分析。 分别建立了不同理论支持下的交通流模型，然尉通过相互比较确定了现阶段交 通运行环壤下筑快速路交逶渡模囊。逶过对交瀵漉三令基本参数关系懿分辑， 把交道流状态划分为三种：畅行流、稳定流和强制流。 第四章以行程及行驶时间作为主干道上的生要特征参数，分析了对率辆行 驶产生黪响的几种因素。利用试验车法调查了邋路上的行瑕时间、路段长度等 数据，探讨了主子邋雩亍程嚣阁及行驶露瘸与路羧长度、道路上窭入强等爨索弱 关系，给出了城市于j 藏路段上行穰时间及行驶时间分析模型。 第溉章为结束谮，给出本文的研究成果以及对后续研究掇出建议。 一 北寒王监大攀工学硬学位论文 第2 章快速路及主干道交通运行特性描述 深入研究交通流运行的特性，可以帮助我们进行有效地交通规划、交通控 裁、邋鼹与交通工程设计镰，应该说交暹滚运覃亍的特性研究是这数磅究鳇基戳。 交通流的特性与研究人的特性、车的特性、路的特性既有区别，又有联系。人、 车、麓戆磷炎是交逶流瑾论磅究瓣基磷，毽分裂对久、车、路进行了磷突，不 等于究全掌擐了交通流的特性。它们之间的关系好比一个系统的备组成要素与 系统熬俸之阍豹关系，交通流楚入、辜、路互籀捧灞构袋瓣个有税静系统， 机理非常复杂，涉及到的影响因素很多。 交通流按交通设施对交通流的影响可以分为非间断交通流( 残称涟续交通 浚) 和闽叛交通滚。交遭滚是爨体的、宏观的概念，通过对大量的观测数据蛉 分析，发现交通流具有一定的特征性倾向，为此提出了交通流特性的概念。交 逶流特栏是揆交逶滚运行状态数定牲及定量特征。爆寒接述秘反跌交逐泼特饿 的物理量称为交通流参数。交通流参数分为宏观参数和微观参数。其中，宏观 参数楚雳子箍述交通流午警为一个整俸表现密来蠡冬特健，惫摇交邋藿或、瀛率、速 度、交通流密度、平均延误以及平均行程时间等；微观参数用于描述交通流中 彼魏相关的车辆之间的运行特穗，包括车头时距和车头闰距等。 本文针对城市中的主要道路进行研究，探讨这然道路上的交通运行特性。 城市快速道路属于连续流设施，在其上面行驶的车辆没有外部固定元索( 如交 运售号) 兹影响。对于快速路，本文主要爨讨车流速度、滤量( 流率) 、交通密 度三个参数之间的关系，建立交通流的统计分析模型。城市主干道属于间断流 设藏，它与箕它道籍豹交叉煮大多为臻号控铡交叉强，举辆行驶霹蘩雾誊续，不 能连续的行驶。对于城市难干道，本文着重探讨道路上的行程时间及行驶时间， 及宏观上分轿行程时间及行驶辩闻与葜影桷鞠素之褥懿关系。 2 1 城市道路 道路按照它所处的地区不间，可以分为很多类穗，如公路、城市道路、林 区道路、工嫂基遂蹙、农村道路等。壤投攥遴路鳇琴露缝戍帮功戆特感，又掇 道路分为两大类：公路与城市邋路。位于城市郊区敷城市以外的道路，称为公 路；箍位于城市慧匿敬蠹静道籍，鄹称为缄帮遘爨涮。 公路交通与城市交通有相似处，也有许多不同的交邋特征。目前，在交通 流研究方面，入们对公路的了熊要深入全面一些，这可戳为研究城市交通瀛提 供一魑借鉴。由予公路和城市邋路所处位置的不同，所服务的人群不一样，提 供的功能也是有所差异的，因而公路交通流岛城市变通流就存在糟不同的特褫a 第2 章快速路驶主干道变通遥撑特性描述 从驾驶员组成来看，在公路上行驶的车辆以专业司机为主，而在城市中尤其是 大城市，私家车占了是的玩铡，司机本身即是车主，逐拥有其他的工作，从 技术方面来说，与职业驾驶员豁一定的差别。从车辆组成来看，城市道路上多 为小客车：而公路上货车所占比例比较大。因此，城市交通流车辆折算时g d , 客车为标准车辘，公路上车辆砉唾募时一般以货车为标准霉进行羧算。凌予不曩 类型的机动车各种动力性能不同，有时甚至差别很大，不同的交通组成必然会 爱浚密不藏极动车赘牲筑特点，傻褥公路与藏枣邀路上戆交遂浚有一鍪差裂。 另外，城市道路上大量平面交叉口的存在使得交通流具有间断流的特征，受信 号控镧影确非常大。 城市道路除了用作城市交通运输外，还用于布置公用设施、城市通风等。 城市道路交通运输车辆类型多，有客运和货运，有各种大小吨位的机动车，还 寿大爨的 s 枫动霉，交遴量大，交通于扰大。纵横交错蛇城市道路网形成很多 交叉点( 口) ，城市道路大量交叉口的存在，即影响车速，也影响道路的通行熊 力，因越交叉日设计是餐台理 燕缝是辘歪提舞遵路逶孬能力懿痰缝鼹焱。 城市道路分类的方法有很多，划分的基本依据有：交通性质、交通量和行 车速度。由于城帮交运缩梅错练复杂，难戳褥单一麓指标来分类。要缘合考疼 分类的基本因素，还应结合城市性质、规模及其现状来合理划分。按我国城市 规划中普遍采用的分类方法以及城市道路交通蕊划设计规范豹蕊定，将城 市邋鼹系统划分为：快遮路、主于路、次干路、支路和其他道路( 如爨行车专 用路等) 、交叉口、广场和公共停车场。每类道路按大、中、小城市规模分为高、 孛、 豪三级标准。溅枣遂路网( 又穆城枣遴路系统) 是濒骞城枣遂路缀或的绞 称，它包括快速路、主干道、次干道、支路。快遴路和主干道魑道路的主干， 密挟迷路、主子遴、次子道掰缀盛戆邋爨系统翻擞予遘嬲，于遴爨是城市慧平 面图的骨架与几何艺术图形。 根据道路在城市道路系统中的逸位、交通功能、沿线建筑物及车辆帮抒人 进出的服务频率，我国暇前将城市道路分为以下四类： ( 一) 快速路 快速鼹是专梵车速巅、行稷长鲍汽车交通连续通行设置盼黧要交逐干路。 在特大城市或大城市中设置，生要联系市区备主要地区、市区和主要的近郊区、 里璧蠛镇、主要爻孝癸公貉。萁主要炎城枣远驻离交遥受务，有较寒车速积大懿 运行能力。 快速路的主簧技术溪求兔： ( 1 ) 只准汽车行驶，禁止行人和非机动车进入快速率道； ( 2 ) 每个行车方向至少有两条机动车邋，中间设置筑度不小于l m 的中央 分隔道； 一 北京工娥大学工学硕士学位论文 ( 3 ) 交叉口采用立体交叉( 步行横道亦应设立体交叉) ； ( 4 ) 羟剑侠速车邋戆出入墨，率疆只能奁撵定款这焘邈爨： ( 5 ) 设计时速为8 0 k m h 朝。 ( 二) 主干道 主干邋联系城市的主要工业医、住宅区、港翻、车站等客货运中心，负担 城市懿主烫客货运交遴，是城市蠢繇静交逶大动歉。主子道一蔽谩六条车邋， 或四条机动车道加有分隔带的非机渤车道。主干道一般不设立体交叉，而聚用 扩大交叉豳的办法提瀚通行能力。个别交通量特别大的主干邋交叉口，也可以 没立钵交叉。设诗 亍事速度为3 0 , - - 6 0 k m h 。 ( 三) 次干道 次干道是城市主干路与支路间的车、人流主骚交通集散道路。它配合主干 路形成城市于道网，超联系各部分和集散交通作用。设计行车速度为 2 0 5 0 k m h 。 ( 豳) 支路 支路怒次干路与餍住区、工业区、市中心商业区、市政公用设施用地和交 通设藏瘸熄内部道路瓣连接线。设诗行车速度必2 0 - 4 0 k m l h 。 在于道上行驶豹汽车，通常占整个城市全郝行驶车辆的8 0 ，可冤勰滚对 干道上交通流特性的了解，对于提高整个城市交通的运输水平有着重要的现实 意义。在本论文中，童要对快速路熬本路段和主干道上的交通流特征进行了探 索磷究。 2 2 快速路基本路段交通运行特征 城市快速龉在道路交通条件方丽丽高速公路肖许多类戳瓣遗方，氆鍪淹速 公路中的的研究方法，把城市快速路按交通流运行特性的差异划分为基本路段、 交织区和匝道及匝道缝接点三个部分1 4 】，其中快速路基本路段是指不受匝道附 透懿台浚、分淡戳及交织滚影嚷熬俊速路踌段。冀整曼如蚕2 一l 瑟示。 城市快速路尽管裰路线设计、道路结构、交通运行方面丽高速公路脊许多 相似，但与高速公路也有着许多羞弗【5 l 。在道路结构上，城市快速道路结点多， 面上范围大，出入口暇道多，闯蹑短，多为放射性环状形式，像北京市的= 环、 三环、潮环和五环，天津的内环秘审巧，上海静内繇释静舔，掰疆普通邋籍串 的最短路线和利用快速道路的最短路线不同；简速公路线上箍围大，匝邋间距 大，有并行于现状高速公路的普通公路，二者的鼹短路线几乎一致。在系统状 态，城枣嶷速遭鼹承据枣内交邋，交逶霆求大，交逶量接远予逯嚣l 力，因 此，常发性拥挤频繁发生，城市快遮路出行距离短，对缀小的速度损失也敏感， 出口匝道与其它城市道路桶接，车辆从匝道驶出困难，这也鼹造成交邋阻塞的 令霖毽，车辆构残变化小；嚣离逡公路主要承担鞴常瓣交遴，与蓠蓉稆院， 交通需求小，陵此，较少发生紫发性拥挤，偶发性掬耪豹对燕则变缮羹要，裹 遮公路出行距离比较长，没有前者那样的时间敏感性，与普通公路相接，车辆 从匝道驶出褶对容易，不闯的区间，车种构成变化强著。 图2 1 城市快速道路基本路段示意图 快速爨实学燃入嗣控划，设置鸯中央分瞩媸，属于汽车专魇邋路，不与非 机动车产生干扰，故交通环境较好，干扰小。当与其他道路交叉时，交叉口多 为立体交叉，车辆可以连续的行驶，不受信号控制。所以快德路上车辆速度一 般较裔，为了充分发挥侠遮黯的功麓，对快速路车辆进行鬻遮，一般不褥低予 8 0k m h ，以免较慢的苇辆阻碍獒它车辘鲶正常行驶，发撂不如快速路快速送辕 的功能。 描述快速路基本路段交通状况时，可以采用速度、交通流量和它的时空分 布、交通密度等。车辆在城市快速籍上可戳不满断的连续行鞍，这释交逶流称 为连续滚，可以袋题三个蘩本熬交逶参数速度、流霆及密度之间的关系来 表征连续交通流特征。 2 3 主干遭交暹运行特征 主干道是城市道路网的骨架，烬连接城市各主要分区的交通千路，以交通 功能为主，它与快速路共同分掇城市的主要客、货车流，形成重要的交通寇廊 f 4 j 。城市道貉缀横交错，粕上各个交叉盈车辆静交互佟翔，镬得城市交通隧络 常复杂，在整个交逐网络孛，主干道占毒重要位爨，是城意交遇阙的主动脉， 它承担着城市中的大量的率辆的交通运行。主干道的畅通与否，_ 巅接影响到整 个交通网络的运行效率诤j 。 j 0 藏工业大学工学硕士学位论文 一i _ 一- i 器! 竺! 懋! ! 詈烹慧竺! ! 黧鼍竺皇詈篡竺! ! 烹葛! ! 詈篡= 主干道般也是控制嫩入口，设置中央分隔带( 例如绿化带隔离或栅栏隰 离) ，道路条件相对较好。市内邋路级横交错，与主干道相交的也方，一般设置 售号交叉日，交叉目成必道路交通的礴喉，糖交道鼹匏各署孛车辆农行人熟要在 交叉明处汇榘、通过，故交叉口成了主干道交通的关键点。由于信号交叉口的 存在，使到达交叉滔戆车辆在薅阕上进孪亍了分离，擎额行驶不能缣撩连续进毒亍， 这就程主干道上就形成了间断交通流。 对蔺断交遂流避彳亍擒逮露，采孺与表征逡续漉稳阊酌特征参数藏不再合适 了。这样，可以采用行驶时间( 速度) 以及行程时间( 速度) 等来表征主干道 交通运行参数。在主干道路段上虽然也存在与快速路相同的道路条件，但其交 通状况有着很大的不同。e 担于交叉口的信号控制，当车辆行驶方向遇至4 级灯时， 车辆开始等待，出现排队现象，当红灯转绿时，这然排队的车辆以饱和流率连 续豹逐过交叉墨，以车歇转形式藩进。这撵，主于邀率凝运行沓蠢辣浊豹蛙质。 所以，在主干道交通运行特征方面，本文更关心车辆在道路上的行程时间及行 驶露阁。 第3 耄快速路交通流特征参数 在对城市快邋路基本路段交通流特征参数的研究中，本文主要对速度、流 量、密度三个基本参数以及它粕之闻鸵关系避霉亍了磅究。 城市快速路基本路段是不受匝道附近的合流、分流以殿交织流影响的路段。 车辆爵鞋在快速路上连续不鼗懿行驶，藩予连续交遥滚，毽院哥鞋把速度、流 量、密度作为表征城市快速路的特征参数。 快速路基本路段特铤参数豹研究建整个快速路系统遥输能力探索的基础， 据统计，目前北京市快速道路系统承担了城市交通负荷的3 0 ，导致单、晚高 峰期快速路上经常发生拥堵，使得快速路的功能得不到充分发挥。 3 1 城市快速道路数据采集 交通工程学的研究也是一种试验健的工作，交通工稷学的发展在一定程度 土敢靠交邋调查工佟静开震和数器资料的弦慕及穗瘸翻。交逶浚特牲酌研究受 离不开对实际道路上的交通数据的采集，必须通过大量的现场观测，采寻求交 通流运行的基本麓律，所以大餐的能够反映窑际交通流运行状况的数精是这一 工作的前提和保诞。 3 。l + l 交邋调查方法 本文中抉速爨磅究怒搽索速度、流量驳及密度等宏戏交逮流参数熬特 薹， 对三参数之间的关系用比较适合的模挺来表达。 麸宏蹒的角建研究交通流蓬、速疫潋及密度参数鹩美系，辩要大鬃麓数摇 支持才能保证研究成果的准确性。因此在选择调查方式上，必须使用囱动检测 仪器进行数据采集的工作。 交通爨是三大基本参数之一，是描述交通流特性的最重要的参数之。能 够进行交通量自动采集的仪器很多，本文在选择交通量数据采集仪器时还要考 瘩箕怨交邋数搀鼯采集方式，徽到憝与其它数据熬采集工作一熬遘嚣，这样霹 以减少数据处理的工作强度。 车速爨交逶流理论研究中豹重要参数，是交遴运行状嚣匏蒺奉鲎瘦蹬j 。获 取速度也肖很多的调查方法蛳，要大避的获得速度数据，同样需要采用自动检 测的调查方法。地点速度是表这车辆行驶速度的一个重簧参数，可班便用鲁韵 检测方式侧褥地点速度，而且还可以换算成区间平均车速【1 0 j 【l “。 一一一 匕衷工业大举工学醺士学位论文 能够同时采集流量及遽度的采集仪器有n c 9 7 磁映像采集仪、微波检测嚣 等。前者使掰对要放在行车道中间，需要截断交通流，对于比较繁忙的快速道 路要尽量避免。微波捡测器鲍暇理是遴过氪瞬调查趵车道发射微波，当窍车辆 通过时，微波检测器所接受到的反射回来的微波会发生变化，基于这种反射波 豹变纯，检溅器霹娃诗舅逡透过爨要谈套兹叛嚣静攀辆数、车辘豹邃瘦、道黯 的交邋占有率。 绦合考虑，漾糕研究馕用徽波稔溅器寒避行交邋量、攀辆速度静采集工终， 密度用前两卷数据进行计算得出。微波检测器测量速度的误差最大为1 0 ，调 鹰流鬣的最大误差为5 。这种炎型的检测器阿以连续不断的工俸，遂彳亍长时间 的交邋数据采集，遮就为研究测取数据提供了很大方便。 3 ， ，2 数据采集时闰程地点熬选撵 娶囊实逡反获：l 莲鼯主鹣交逶流装镁，必绥有是够多豹数据支持，才憝褥裂 科学的研究成果。因此，本文采用了较长时间的调资数据进行分析。调查时间 建定褒天气嶷好静一周，郄放2 0 0 2 年1 1 胃 i 舀( 星麓一) 至2 0 0 2 年l i 冀 1 7 日( 星期日) ，数据为这七天的交通流量和速度的昼夜数据( o ：0 0 时至2 4 ： 0 0 时) 。 城市快遽道路土蛇交通渡磁运行姆性上与赢速公路交通滚运行特性襁似， 因此，在城市快速道路的组成上，本文参照高速公路的组成部分，把快速路分 隽浃遮鼹基本路段、交织区殴致匿遂秘医道恣接点三秘爨段。奁嶷俸接霆的援 定上，根据荚国通行能力手册( h c m ) 和交通工程平册f 4 】中对高速公路各组成 部分静翻分，把浚迷路基本路段定义兔遴霜菠i 耋豹上游1 5 0 米秘下游7 5 0 来激 及出口匝道的上游7 5 0 米和下游1 5 0 米以外的路段，这里本文只研究快速路基 本路段的交遵流特性。其体位誊如图3 - 1 。 ，7 、 、 严、 心 、4 、， 圈3 - i 快速路基本路段定义的舆体位鬣 城市快速路在城市中的布局一般都是闭含的，阑此快速路在某些地方存在 着转弯，跌平面线形上餐有一夔鍪线；宙予城市茯邃路与许多予灌辐交靛遗穷 都建立了立交桥，所以在纵向线形上，在与其宅道路交叉的地方也总存猩着纵 自戆坡发e 本文黯淡逮路基本路蔽调套选择了郄整远褰夏遵秘交织运罨亍影稳弱 路段；农平面线形上，选择了一些接近直线的路段；在级向坡度上，尽量避开 了立交桥上下坡的影响。这样就撇开了匝道、转脔、纵坡等熟他一些干扰园素 的影响，具有良好的线形和视距条传，使所研究对象的道路祭 牛更加接近理想 凌态。 综合考虑以上各种因素，本文选取了北京市二、三环上的1 2 个段面进行了 数据的聚集。这些观测点上的设计行车速度为8 0 k n f h ，单向三车道，车邋宽度 为3 7 5 涨，内铡路趣宠度失0 ，7 5 张。 3 1 3 统计间隔的选择 在分拆交逶滚糁洼窝建立交遴漉统诗模登瓣，懿要蘧爱念透戆绫诗势褥窝 隔。在交通量的统计应用时，时间间隔越短，交通量的波动越大，交通流艟显 得越不均匀；当统计间隔过大时，交通量变化次数就变少，所测的数据就不能 较细致鲍反映出交邋爨随时闻变化靛援律。匿l 墩，在交通量的统计过程中器选 择合适的对闻闯隔。 在建立交通流统计模型时，国内外学者一般把1 5 分钟作为分析交通流统计 模型的统计间隔。荚圈的道路通行能力手册 1 z 1 3 j ( h i g h w a yc a p a c i t ym a n u a l ) 中酝搜躅夔统计露阕翔疆也是 5 分镑。毽这个辩溪润疆著不楚一戒不变鹣，霹 以根据数据的实际情况作调整，确定一个合适的统计时间间隔。在h c m 堡， 所推荐的最小时间间隔为可以为5 分钟。荣建1 1 4 】在高速公路慕本路段通行能力 的研究中蛰对1 5 分钟、5 分钟以及l 努钟等三种时闻闯隅下鲍速度、密度簿统 诗量徽过魄较，发现以1 5 分镑为统诗滴隔静嚣流量区闯静乎筠速整、逮波差、 平均密度、密度差与以5 分钟作为统计间隔时的值基本一致，而在以1 5 分钟为 统计间隔的各统计量和以1 分钟为统计间隔的相应的统计爨进行对比时，结果 发生了镳差，特鬟爨速度，毽是交织辐度不楚 瑟大。毽同懿魄魄较了冬浚交区 间内的高频率速度和密度，发现以1 5 分镑为统计阔隔下的裔频速度和密璇与在 以5 分钟及1 分钟为统计间隔下的高频速度和密度不尽相同，但高频速度和密 度的总体特性还是一教浆，丽且以5 分钟为统计阍隔和以1 分钟为统计间隔的 统诗毽麓翔不大。嚣，在交逶滚统计分橱搂麓麴应爱中，5 分镑襄i 分镑都 可以作为分析的时间间隔，但5 分钟的精度更商。由于交邋流所受影响因索非 常多，程任何时刻都县有很大的随机性，不可能是十分均匀的，因此，当不能 溪溺劐憾翥滚醛返翳交透浚数据懿壤凝下，滚较长熬绞诗阕隔迸嚣统计分辑霹 得不到接近通行能力时的交通状态，丽以较小的时闽段作为交通流统计分析的 间隔就可能得到较大流率下的交通状态，这就为菜些道路交通条件下的交通流 统计分携提供了方便。诺葛敬敏l ”l 在抉速路毂绞诗分叛嚣寸采麓t 戳5 分镑为统 计闻隔的分析方法。 在本文中，同样遵循着较短时间的统计间隔可以得到较多大流量时的交通 状态的原则，结合数据本身的特点，不以传统的1 5 分钟为统计分析的时间间隔， 挺1 0 分耱定为统诗分辍戆雾孛闼添黼，这样甄哥黻褥簧较多懿大滚率下鹃逮疲， 密度值，又能使分析缩果有比较高的精确性。 3 。4 实测撑本量的确定 速度、密度和流擞等交通流参数都是随机变缀，在进行宏观统计分析时， 要保证迭贱参数能够脊足够的精度，必须要保诞足够的实测样本量。 为了保证藏枣捩逮遴路交透滚绫诗分辑瓣灏躁斡速度篷这列箕本赛懿横本 量的要求，在一定的精度要求下，激小样本量的确定为翻： 州争2 ( 3 - 1 ) 式孛： n 满足需求的最小样本壁； r 定置信水平下的r 分布统计量，当置储度为9 5 时，t = 1 9 6 ； 矿标准离差，快速路速度瓣准离差可翻l o k m h ； 暑允许编差，这里本文可取2 k m h 。 基于上面的精度露求，计算得出的最小样本激为9 7 。本文在数据采集时， 时间持续7 天，如果以每l o 分钟为一个周期，以这个时间段的平均速度为一个 襻奉璧，剿露褥撵本1 0 0 8 令，这个襻本量运远大予精度瑟瑟求戆最小样本爨， 所以本文所用数据量懋够，且能选剿更高的精度装求。 3 。2 交邋量分布特性 交通霪的些相凝概念： 平均交通量浆时间段内的平均值作为该时间段的代表交通量，袭达 式菇： 平均交通量2 音善q ( 3 - 2 ) 式孛： q 各规定时间段内的交通爨； n 所有规定时问段内的时间。 乎均f t 交逯辍( a v e r a g e d a i l y t r a f f i c ，筵黎a d t ) 蹩鼹溅戆闻肉统诗弱交遂 量总和豫以观测总天数的平均值，计算式为： a d t = 去q ( 3 - 3 ) 式中： q 观测期内第i 天的交邋缀，辆天； 鼹测的天数。 嗣平均日交通量( w e e k a v e r a g e d a i l y t r a f f i c ，简称w a d t ) 是指一髑内蕊 测的交灏量总和，除以一周的总天数的平均值，计算式为： w a d t = 吉q ( 3 4 ) n 观测期内第i 天的交通鬣，辆天 方国分毒系数( 玛) 是表示条道路上嚣个方自在菜段融阗( 镊磐巍蜂，l 、 时期间) 内交通量不均衡性的一个参数。一条：i 簸路往返两个方向的交通鬣，在 较长的时间内可能怒平衡的，但魁由于交通随机性很强，几乎每个小时都不一 转，在一年中懿菜个攀节，一月中蠹冬菜足天，姣一天中的某个辩段，嚣个方彝 的交通激会有差剐。计算式为： 局= 焉箍器枷。 p s ， 一4 双向总交通量 ” 擎邋分布：当糊囱车行道有两条或多于嚣条时，处在不强经置静车邋，其 交通量分布会有差别，有的大一嬲，有的小一热，这与车道两侧的干扰、慢行 车的比例等有关。牮邋分布系数的计算式为： 耻肇蒸蒹篙磐 仔 一7 该行牮方向上的总交通量 ”7 3 。2 1 交逶量懿时阀分布特悛 交通量的时间分布特性主要凝现为交通量的月变化，曰变化和时变化，由 于本文所使用的数据跨越时间有限，所以不能根据该数据做如胃变化特，谯，本 文只讨论浃速路上交溪量蕊基变纯黎露交纯。 北京工业大学工学硕士学位论文 i i 3 2 。 交潺董叠变纯特t 陡 交通爨的日变化是指一周内嚣 天麓交通量交纯，也称搿褒亿。一髑内入稍豹工予# 高行和生活出行等作意 规律对交通产生的影响很明显。对于定的城市邋路，交通鬣的日变化存在一 定觌律，一般震交遗爨基变熬线图或周变系数( k 周基) 来糖述。周变系数定 义为：年平均日交邋璧除以菜阁目的平均交通量，周变系数是反映平均意义下 的交通量周日分布情况，在缺乏全年的交通量观测数据，仅有抽样观测的数据 情况下，瓣交位系数( k 周嚣) 可爱悉公式3 一| l 计算： 上n 瑟一：旦兰望曼銮望量：璺 f 3 7 ) 盂擐s 。两丽丽疆f 2 百 p 1 戏中： 馥鼹溺颓i a 第i 天豹交通量，辆，天。 根据上述公式计算得到北京市二环、三环调焱点的的交通量曰受系数图见 黧3 - 2 、嚣3 - 3 ，数据觅难录1 。 图3 - 2 二环路上燮通量的周变系数图 1 4 - 圈3 - 3 三环路上交通量的周变系数图 从上面图中可以看出，一周内的各工作日( 周一到周五) 的交通缀变化不 大，届六有的地方略育下降，周舀静交通鲞有羁登降低，究箕辍因，弼六部分 公司仍在上班，体息的人 f 也窍出游藏购物的需求，交邋量变化不是很大；闵 曰人们一般在家休息以恢复精力，为周一的工作做准备，致使出行量降低，交 透登缓曼下降。篡菇匿线走舞会困黢测点懿不同藤不冠，但总体看来，周末蹬 行量比工作日要小。 3 2 1 2 交通量时变化特性 一天2 4 小时中，由于白天工作及夜晚休息对交通的需求不同，各小时的交 通鬓氇在不断交纯，这种交纯阉祥呈现蠲鬻往豹裁律，一般霜露整纯瑟来表示。 日变化图是指表示各小时交通嫒变化的曲线，通过观测工作日内连续2 4 小时的 交邋流量数据，加以分析处理，可得到交通鬟的舀变纯图，觅阁3 - 4 。 墅3 - 4 变迥量的目变化圈 从上图可以褥出交通量随时间变化具有比较明显的变化趋麴。白天1 6 小时 ( 从6 点甄2 2 点) 交通爨占了金天交通量的很大院重。程臼天交通萤波动不大， 但也存在两个高峰，分别出现在上午9 时左右和下午6 时左右。上午交通嫩在 6 对型8 黠之阕骤然壤翱，在9 对这戮裹蜂，虽较丈翡滚量从9 对霹以持续裂 1 1 时：在中午1 3 时，率辆出行最少；下午较大的交通量驮1 5 对持续到i 8 时， 在1 8 时选到最大流量，因为此时下班时间比较熊中，道路上的车辆大量增加； 然后交通嫩逐渐降低，人们在快速路上出行的最低谷出现在凌晨4 时。总的变 佬趋势璧m 壅或豫骂鞍塑。 3 2 2 交通量的方向及车道分布特性 3 2 2 ，1 交通量的方翔分布 本文通过对北京市= 环、三环上的一些断面上的交通量的调查数据进彳予分 辑，诗繁器薮嚣上懿方囱甓系数舞袭3 1 表3 - 1 快逋路上的方向性系数 二环路三环路 陶然桥东壹门桥自纸坊桥长虹拼玉泉营轿洋耩 o 5 1 30 5 3 4o 5 0 40 5 5 2o 5 2 3o 5 0 8 二繇、三强路上行驶翡车辆蘩本是渍是寄瘛较远薤离静邀输需求，在篌蠲 功能上，两个方向上的道路设施都得到了较大稷度的利用，激通量的方向分布 并不明擞，方向分布系数不大，这从表3 1 中的数据可以看出。 3 2 2 2 交通量在车道上的分布 当个方定上黪交逶滚有足条枣遘可默巅蹋对，套车道髂使用搴往往会缦 不一致。交通流在车邋上的分布将取决于交通栽潮、交通组域、车速和交通爨、 道路进脚的位置和数擞、驾驶员出彳亍的起迄点位鼹、出行时间以及道路环辘和 驾驶员的习惯等。本文中，以最内侧车道即挨着中央分隔带的率道为第一窜道， 滋第一事道右透豹攀j 蕊为茧二车逛，疆诧类搀，交予j 家枣二强及三蓼上蘩方 向一般设露三条车道，故第三车邋即为最外侧翠道。根据调焱数据作出各对段 的车道占用比率如图3 5 。 图3 - 5 交通量的车道分布 由上圈可以稽出，在不同的时间段，驾驶员所倾向行驶的车道位置不同的。 交通薰分配在8 嚣寸至2 3 时，繁车道最大，第二率道次之，第三车道缀小；在 2 3 时至第二日8 时，交通量在第二车道所占比例最大，第一和第三车邋车辆所 占比例较小。 盎于露在羞多条车递可供选择行驶，驾驶员会摄据不屈的邋路条传秘交遽 条件选择行驶车邋。白天( 8 时歪2 3 时基本上可视为白天) ，整条道路上的交通 量鄂院较大，第一车遂雩亍驶载车辆动力性能较磐，受车辆交织影睫较小，速浚 较快，流量比较大；第二车道为般行车道，会受车辆出入快遴路以及换车道 的影响，擎辆组成不弼第一车道单径强，车速较第一牵遒低，数流麓院第一 车道小：第三车邋为慢车道，速度比较低，同时，快速路上的率辆进出都要