（交通运输规划与管理专业论文）城市道路路段交通管理对其通行能力影响研究.pdf

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 i 摘 要 摘 要 为了解决日益拥堵的交通问题，很多城市使用了较为先进的交通管理手段，而 目前的路段通行能力研究没有跟上，现行的通行能力计算中忽略了交通管理这一影 响因素，致使城市道路设计时缺少依据，容易造成了整体通行能力有余，局部通行 能力不足的现象。针对这种状况，本文首先对现行通行能力计算的不足进行讨论， 对影响道路通行能力的因素进行归纳总结， 提出影响通行能力的因素包括道路条件、 交通条件、交通管理条件及环境条件四个。接着试图通过对实例进行分析，找出计 算交通管理对城市道路通行能力影响大小的方法，并改善现行的交通管理方案，试 图提高路段通行能力，从而为选取适当的交通管理方案提供依据。 本文改善现行通行能力计算中忽略交通管理这一因素的算法， 提出在目前的交 通管理水平下，必须考虑交通管理这一影响因素，并给出计算其影响大小的实例。 论文第 2、3 章首先分析与通行能力相关的一些概念和通行能力的计算方法，为下文 实例路段通行能力计算作出了铺垫。第 4 章归纳分析了路段交通管理方式并提出实 例分析前的交通调查方案。第 5 章对现状路段通行能力进行分析并计算出现状交通 管理影响因素的大小，后又对实施建议后的路段通行能力及交通管理影响因素进行 分析，以便比较。第 6 章运用交通仿真技术对实例分析进行检验。 关键词：关键词：交通管理；通行能力；影响因素；交通仿真 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 ii abstract in order to solve the transportation problem which is worse to worse, many cities begin to use the advanced traffic control method, but road section capacity study has not followed, the existing calculation of capacity ignored the impact of traffic management,so the basis lacks when we do the urban road designs work, it easily caused the whole capability to be too large and the partial capability to be too small. to solve this problem, the paper firstly discuss shortcomings of the capacity calculation,then summary the impact factors of road traffic capacity, including road conditions, traffic conditions, traffic management and environmental conditions.then try to find out the method of the computation of traffic management brings influence to the urban road capability, thus provides the reasonable selection of traffic management, in order to improve the road capacity. this article improves the present traveling capability computation which neglect the factor of traffic management, proposed that under the present traffic management level,we must consider the influencing factor of the traffic management, and gives an example to calculates its influence magnitude. the 2nd,3rd chapters of the paper firstly analyze some concepts for capability related and the computational method, has made the upholstery for follows example road section traveling capability computation. the 4th chapter has analyzed the road section traffic management mathod and proposed the traffic survey plan. the 5th chapter carries on to analyzes the present situation road section capability and calculates the influencing factor the size of traffic management the present situation, latter,in order to compare,the paper carries on the analysis of the capability and the traffic control influencing factor after implementing the suggestion. the 6th chapter carries out the traffic emulation to examine the example analysis. key word: traffic management; capacity; influencing factor; traffic simulation 独创性声明 本人声明所呈交的学位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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 (请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 概述 1.1 研究背景 道路通行能力也称道路容量,是道路的一种性能,是度量道路疏导车辆的能力。 同时,它是道路设计的一项重要指标。根据不同等性质的道路，通过对道路通行能力 和设计小时交通量分析，可以确定道路的机动车道数。同时，通过这种分析，可以 确定道路的机动车道的缺陷，便于针对问题指出改进道路通行能力的措施以及交通 管理措施等。 随着我国社会经济的持续快速发展， 城市已成为经济增长的重要地区。 一方面， 城市人口数量的不断增加，规模的日益扩大，社会经济活动的空前活跃，机动车的 迅猛增多，使得城市交通日趋拥挤，交通阻塞现象时有发生，从而导致城市道路的 使用效率降低，安全性下降，通行能力受到制约。另一方面，为了解决日益拥堵的 交通问题，很多城市使用了较为先进的交通管理手段，而目前的路段通行能力研究 没有跟上，现行的通行能力计算中忽略了交通管理这一影响因素，致使城市道路设 计时缺少依据，造成了整体通行能力有余，局部通行能力不足的现象。针对这种状 况，本文试图通过对影响城市道路通行能力的道路条件、交通条件、交通管理条件 等因素进行分析，找出计算交通管理对城市道路通行能力影响大小的方法，从而提 供选取合理交通管理的依据，从而提高道路通行能力。 1.2 国内外研究现状 路段通行能力是道路交通规划、设计和运营管理工作中的基础参数，世界各国 对通行能力都进行了不同程度的研究。其中，最具系统性和代表性的是美国交通研 究所 （transportation research board， 简称trb） ， 该院在1975年以前， 名为highway research board， 简称 hrb， 该院前后对其研究成果 highway capacity manual （hcm） 进行了三次修订，具体为 1950 年版（hcm1950） 、1965 年版（hcm1965） 、1985 年版 （hcm1985）和 2000 年版（hcm2000） 。继美国之后，许多西方发达国家如英国、法 国、德国、瑞典、加拿大、澳大利亚、日本等国均根据本国实情组织专门研究队伍 开展了这方面的实地调研，编制出版各自的 hcm 手册，如 1977 年，瑞典出版了瑞 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 典通行能力手册 ， 1984 年， 加拿大出版了 加拿大信号交叉口通行能力规程 ， 1986 年， 日本出版了 道路通行能力 ， 1994 年， 德国出版了 道路通行能力手册 （hbs） 。 20 世纪 80 年代初，一些发展中国家，如印度、巴西、印度尼西亚、韩国、马来西 亚等国也在各国政府的支持下，对道路通行能力进行研究，编制出适合各自国情的 通行能力手册。美国 hcm2000 对路段通行能力的计算方法是先确定一条车道的基本 通行能力，基本通行能力是按照道路与交通处于理想情况下，每一条车道能够通过 的最大交通量。理想条件主要是车道宽度应不小于 3.65m，路边的侧向余宽不小于 1.75m，纵坡平缓并有开阔的视野、良好的平面线形和路面状况，车辆组成为单一的 标准型汽车，在一条车道上以相同的速度连续不断行驶，各车辆之间保持与车速相 适应的最小车头间隔，且无任何方向的干扰。基本通行能力：n1000vl0其中 l0 为最小车头间隔（s） ，v 为行驶速度。而 l0是以下几部分之和：司机在反应时间内 车辆行驶的距离、车辆的制动距离、车辆间的安全间距、车辆平均长度。最后可以 得到基本通行能力与车速、轮胎与路面的附着系数的关系，并且随着 v 增加，n 先 逐渐增加到最大，然后逐渐减小。可能通行能力是在考虑了各种影响因素后修正得 到的，这些影响因素包括：车道宽度、侧向净空、纵坡度、视距不足、沿途条件、 车辆混合程度等。设计通行能力是按不同服务水平条件下所具有的通行能力 1。 国内， 较为典型的要属严宝杰的 道路通行能力分析 和王炜的 交通工程学 ， 但同其他大多数文献类似，严宝杰的道路通行能力分析和王炜的交通工程学 中关于路段通行能力分析只研究了比较典型的影响因素，没有对交通管理这一重要 因素进行总结分析。此外，很多交通学者也陆续不断地提出了计算影响路段通行能 力的新方法、新模型，包括影响城市道路通行能力因素分析 2、城市快速路基本路 段通行能力的确定 3、路段通行能力及其服务水平指标的研究4、城市道路通行能力 分析与改善技术 5等。近几年，也有学者提出应用先进的计算机仿真技术和严谨的 数学模型来求解路段通行能力，包括路段通行能力的动态微观仿真研究 6、城市道 路等效通行能力的交通流模型选择 7、计算机模拟在道路通行能力中的应用8等。 下面回顾下严宝杰的道路通行能力分析 9和王炜的交通工程学10关于 路段通行能力的计算方法。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 3 i严宝杰道路通行能力分析 1一条车道的基本通行能力 先确定道路和交通都处于理想条件下，由技术性能相同的一种标避车，以最小 的车头间距连续行驶的理想交通流， 在单位时间内通过道路断面的最大车辆数,即基 本通行能力,也称为理论通行能力，因为它是假定理想条件下的通行能力，实际上不 可能达到。 在一条车道连续行驶的车流中，跟随运行的前后相邻两车的间隔距离，即从前 车的前端到后车的前端的间隔距离，叫车头间隔。车头间隔可用距离或行车时间来 表示，用距离来表示车头间距的称为车头间距(m)；用行车时间来表示车头间隔的称 为车头时距(s)。路段上一条车道的通行能力，可按车头间距和车头时距两种方法来 计算。其计算公式为 c03600ht或 c01000vl （1-1） 式中：c0一条车道的基本通行能力(pcu/h)； ht饱和连续车流的平均车头时距(s)： v行驶速度(km/h)； l连续车流的车头间距(m)。 连续车流条件下的车头间距 l，可采用下式计算： l=l0+l1+u+iv2 （1-2） 式中：l0停车时的车辆安全车间距(m)； l1车辆的本身长度(m)； v行驶车速(km/h)； i与车重、路面阻力系数、粘着系数及坡度有关的系数； u驾驶员在反应时间内车辆行驶的距离(m)，uvt，t1.2s 左右。 2多车道的基本通行能力 由于基本通行能力计算时不考虑道路和交通条件的影响，因此多车道的基本通 行能力可按下式计算： c=nc0 （1-3） 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 4 式中:n车道数； cn 条车道的基本通行能力； c0一条车道的基本通行能力。 3.可能通行能力的确定 多车道对路段通行能人的影响：在一些城市主干道上，同一行驶方向的车道数 往往不止一条，在多车道的情况下，同向行驶的车辆由于超车、绕越、停车等原因 影响另一条车道的通行能力。一般越靠近路中心线的车通，其影响越小，因此，在 无分隔带的同向车道上，靠近路中心线的车道通行能力为最大：靠近侧石的车道， 其通行能力为最小。其影响用折减系数 a 条来表示。据观测。自路中心线起第一条 车道的折减系数。 a条假设为1.00， 其余车道的折减系数依次为： 第二条车道为0.80 0.89； 第三条车道为 0.650.78； 第四条车道为 0.500.65； 第五条车道为 0.40 0.52。 交叉口对路段通行能力的影响： 在城市里， 纵横交叉的道路形成了许多交叉口， 交义口对道路通行能力的影响较大，尤其是当交叉口的间距较小时。在影响通行能 力的许多因素中(例如快慢车混合行驶、快车超车、公共交通车辆停靠时进出车道、 行人过街等)，交叉口是主要的影响因素，它对通行能力往往起控制作用。因为， 在有交通管制的交叉门上，车辆遇到红灯就要减速、停车，然后又要启动、加速行 驶。即使碰巧没有遇到红灯或是在没有交通管制的交叉口上，车辆也要减速通行。 所以，车辆在通过交叉口，实际的行程时间比没有交叉口的路段的行程时间要多， 其实际平均车速也大为降低，通行能力下降。交叉口对通行能力的影响。用交叉口 通行能力折减系数 a交来表示，a交=交叉口之间无阻的行程时间（s）/交叉口之间实 际的行程时间。 行人过街等因素对路段通行能力的影响：关于行人道街对路段通行能力的影 响，它与行人过街的密度有关，据北京市的观测，当双向过街人数达到 500 人次 h 时，其折减系数可取 a人0.63。快车超车影响的折减系数，与小汽车的交通量所 占的比重有关。铁路道口影响的折减系数，与每小时道口封闭的次数及每次封闭的 时间长短有关。在设计时，可参考有关资料或通过实际调查，观测求得。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 5 车道宽度对路段通行能力的影响：道路的通行能力 c 是车道宽度 b 的函数。车 道的宽度达不到要求，必然影响车速，车速的降低则意味着通行能力的减小。车道 宽度对道路的通行能力和行车的舒适影响很大：从保证通行能力的角度考虑，必需 的车道宽度 bmin=3.50m。 当车道宽度 b 大于 3.50m 时， 不影响通行能力当 b 小于 3.50m 时， 则车速下降， 通行能力减小。 车道宽为 3.25m 时， 通行能力折减系数 a车道为 0.94； 车道宽为 3.00m 时，通行能力折减系数 a车道为 0.85；车道宽为 2.75m 时，通行能力 折减系数 a车道为 0.77； 考虑上述影响的折减系数，则路段上一条车道的通行能力为： c路段c0(a条a交a综a人a车道) (pcu/h) （1-4） 式中 a综有快车和铁道口等影响的综合折减系数；其余符号意义同前。 目前，由于 a人、a综影响因素较复杂，尚难正确计算，通常忽略不计，因而上 式可简化为 c路段c0(a条a交a车道) (pcu/h) （1-5） ii王炜交通工程学 王炜对路段通行能力分析方法基本上与严宝杰相同， 即先确定一条车道的理论 通行能力(与严相同为 1500pcu/h)和对通行能力的修正系数。对理论通行能力的修 正包括车道数、车道宽度、自行车影响及交叉口影响四个方面，即： 0 a nncn = （1-6） 式中： a n 单向路线设计通行能力（pcu/h） ； 自行车影响修正系数； 车道宽影响修正系数； n 车道数修正系数； c交叉口影响修正系数。 自行车影响折减系数，按有无机非分隔带及自行车道交通负荷的大小分为三种 情况考虑。有机非分隔带时自行车对机动车几乎没有影响，取=1；无机非分隔带 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 6 但自行车道负荷不饱和时，自行车对机动车的影响不大，建议取=0.8；无机非分 隔带但自行车道超饱和负荷时，其影响系数为： 21 0.8(/0.5)/ bicbic qqww=+ ， 式中 bic q 为自行车交通量(辆/h)， bic q 为每米宽自行车道的实用通行能力（辆/h） ， 2 w 为单向非机动车道宽度（m） ， 1 w 为单向机动车道宽度（m） 。其他修正系数的计 算方法与严宝杰道路通行能力分析基本一致. 1.3 研究的内容及重难点 本论文首先对城市道路路段通行能力的理论进行一定的研究和相关的比较， 然 后通过实例对城市道路路段的通行能力等做相应地分析，同时提出改善交通管理的 意见并分析其对通行能力的影响。本文主要研究的内容有： 1.3.1 交通管理分析 交通管理的方法很多，对路段通行能力的影响也不一致。对路段交通管理讨论 的目的是分析其影响交通流的机理，以便讨论不同的交通管理方式对通行能力的影 响，进而得到不同情形下的交通管理影响因素的值。 1.3.2 城市道路路段通行能力计算公式的修正 通行能力是道路交通特征的一个重要指标， 是道路基础设施建设决策的一个主 要依据。确定道路通行能力是道路交通规划、设计、管理与养护的需要，也是道路 交通上程技术经济管理人员的一项重要任务。本论文将对路段通行能力现行算法的 不足进行分析，讨论得出修正后的计算公式。 1.3.3 交通管理影响因素大小研究 本文以一路段为实例，在确定的道路与交通条件下，研究实际（改善后）的交 通管理对其通行能力的影响大小，进一步说明在目前的道路交通条件下，通行能力 的计算不能忽略交通管理这一重要影响因素。 1.3.4 通行能力计算的检验 如何对计算结果进行检验是本文研究的一大难点。 本文选择最新的交通仿真技 术对通行能力计算值进行检验，以确定方案是否可行。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 7 1.4 城市道路路段通行能力的研究方法 1.4.1 统计方法 统计方法是研究交通问题的最传统，也是最被普遍使用的方法。交通规律一般 都是隐藏在大量的、杂乱无章的现场数据里。统计方法以大量实测数据为基础，从 中找出规律性的东西进行分析论证，得到交通规律。只有通过统计方法，才能透过 事物的表象，把握到事物存在、运行的深层次的内核。 1.4.2 理论计算方法 理论计算一也是研究交通问题的基本方法。在通行能力分析中，理论分析法是 以跟驰理论为基础，理论推导通行能力，它的核心是如何确定车头间距(或车头时 距)，实质就是分析车辆在相互跟驰的情况下，驾驶员如何选择跟车距离。目前的理 论模型大多数是以时间度量的车头时距或以空间距离度量的车头间距为基础，推导 出通行能力的理论分析模型。由于理论分析法不能反映车辆间的相互作用，缺乏对 其内在交通机理的深入分析，计算的通行能力值往往与实际观测值相差较大，因此 实际的通行能力设计中已很少运用。 1.4.3 计算机仿真 计算机仿真是以系统理论、形式化理论、随机性理论和优化理论为基础，以计 算机和仿真系统软件为工具，对现实系统或未来系统进行动态实验研究的理论和方 法。交通仿真可以动态、逼真地仿真交通流和各种交通现象，深入分析道路环境、 车辆、驾驶员行为、控制设施、交通流的综合特征，有效地进行交通规划、交通管 理与组织、交通安全、能源交通等方面的研究。 交通流具有随机性的特点，交通系统在某时刻的状态不是确定的，而是按照一 定的概率特征来变化。因此不可能用解决确定性问题的方法来求解交通问题。对于 外界影响因素比较少，系统内各组成部分相互作用规律容易掌握的情况，仅仅用概 率论方法就可以对系统做出比较透彻的研究。但由于研究系统组成复杂，系统内各 个部分间相互作用关系也很复杂，用概率论方法很难将各种影响因素考虑完全。因 此，交通仿真在这方面具有优越性，能详细观察系统在各个时刻的状态，满足研究 的需要。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 8 1.5 研究思路 本文对通行能力研究较为成熟的部分不预讨论。对路段基本通行能力的计算， 国内外研究基本一致，因此以以往的研究为标准；对于车辆折减系数，是以小汽车 为主，在研究中将其作为标准车，将混入率较小的大车按定的换算系数折算成标准 车，修正系数可采用城市道路交通规划设计规范建议值；对于道路条件对通行能力 的折减系数，也可采用城市道路交通规划设计规范建议值。 基于我国城市目前的交通管理水平的不同，讨论交通管理的原则，依据原则又 对路段交通管理方式进行归纳总结，进而重点讨论路段交通管理方式，对各种交通 管理方式对交通流影响模式、影响大小进行分析。接着以实例说明交通管理影响因 素的计算方法：本文以交通流三参数的关系得到通行能力，在确定这一方法的基础 上确定交通调查方案，再根据观测的实际交通量运用统计分析模型对城市道路路段 的通行能力进行分析，得到现状路段通行能力，与无交通管理情况下的路段通行能 力进行对比，进而得到交通管理对路段通行能力的影响系数。最后运用交通仿真得 到通行模拟情况下的通行能力值，用以检验方法是否可行。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 9 2 相关概念分析 2.1 基本通行能力、可能通行能力和设计通行能力 通行能力分析的主要是求得在不同运行质量情况下一小时所能通行的最大交 通量。道路通行能力又称道路容量（capacity） ，简言之，是指道路的某一段面在单 位时间内所能通过的最大车辆数。美国 hcm 对道路通行能力给出了如下定义：通常， 一种设施的通行能力，规定为在一定时间段和通常道路、交通、管制条件下，能合 情合理地期望人和车辆通过车道或道路的一点或均匀断面上的最大小时流率。根据 目的和要求不同，通行能力又可分为以下几种 12： （1）基本通行能力 是指一条道路组成部分在理想的道路、交通、控制和环境条件下，该组成部分 一条车道或一个车行道的均匀段上或一个横断面上，不论服务水平如何，一小时所 能通过标准车辆的最大辆数。 （2）可能通行能力 是指一条己知道路的一个组成部分在实际或预计的道路、交通、控制及环境条 件下，该组成部分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个横 断面上，不论服务水平如何，一小时所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽 车）最大辆数。 （3）设计通行能力 是指一条设计中道路的一个组成部分在预计的道路、 交通、 控制及环境条件下， 该组成部分一条车道或一条车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一个横断 面，在所选用的设计服务水平下，一小时所能通过的车辆(在混合交通公路上为标准 汽车)最大辆数。 在本文的研究中，不做说明，所研究的通行能力均指可能通行能力。 2.2 影响因素和修正系数 综合分析，影响通行能力的因素主要有道路、交通、管理水平及环境等几个方 面。在我国目前情况下，由于道路交通的飞速发展，道路条件已经不是影响通行能 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 10 力的主要方面，而交通条件对通行能力的影响突出一些，主要表现在车辆机动性能 较差，交通构成复杂，大小车型间动力性能相差明显，造成行驶速度相差悬殊，交 通流中超车次数繁，车辆间的相互干扰较大，降低了车辆运行质量和道路通行能力； 交通管理水平相差很大，对交通管理的认识和遵守情况也尽相同，导致机动车与机 动车间，非机动车与机动车间行驶相互干扰较大，因此，本文以交通管理对路段通 行能力影响为研究对象。另外，在混合交通情况下，车种很多，需要将种车辆交通 量折算成标准汽车交通量， 以 1h 所能通行的标准车辆数即当量交通量来计算和分析 通行能力。这样得到的道路通行能力值是一个具有可比性的基础数据，其他道路交 通条件的道路可以相对这个条件进行计算，所计算得到的通行能力就具有可比性。 车辆换算系数是一个研究较为成熟的话题，本文不做过多讨论，采用小汽车为标准 车，大型车换算系数为 2.0，中型车换算系数为 1.5。 2.3 交通量 交通量是指单位时间内,通过道路某一地点、 某一断面或某一条车道的交通实体 数 19。按交通类型分，有机动车交通量、非机动车交通量和行人交通量。交通量是 一个随机数，不同时间、不同地点的交通量都是变化的。研究交通量的变化规律， 对进行交通规划、交通管理、交通设施规划与设计均具有重要意义。 交通量的时间分布特性主要表现为交通量的月变化，日变化和时变化，可供分 析的数据越多，越利于得出正确的结论。由于调查工作量的大小及时间关系，本文 的研究采取调查高峰小时时段的交通流率，然后扩大为小时交通量。 平均交通量某一时间段内的平均值作为该时间段的代表交通量，表达： 1 1 n in i q = 平均交通量= （2-1） 式中： i q 各规定时间段内的交通量； n所有规定时间段内的时间。 平均日交通辆（average daily traffic,简称 adt）是观测期间内统计的交 通和除以观测总天数的平均值，计算式为：交通量总和除以观测总天数的平均值， 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 11 计算式为： 1 1 n in i q = adt= （2-2） 式中： i q 观测期内第 i 天的交通量，辆/天； n 观测的天数。 周平均日交通量（wadt）是指一周内观测的交通量总和，除以一周的总天数 的平均值，计算式为： 7 1 7 1 i i q = wadt= （2-3） 式中： i q 观测期内第 i 天的交通量，辆/天。 车道分布：当同向车行道有两条或多于两条时，处在不同位置的车道，其交通 量分布会有差别，有的大一些，有的小一些，这与车道两侧的干扰、慢行车的比例 等有关。在交通量不大的情况下，一般靠近右侧车道的交通量比较大。随着交通量 增大，靠近中心线的车道交通量比重也增大。 2.4 速度 速度是描述交通流状态的第二个基本参数， 它是指车辆在单位时间内通过的距 离。在交通流中，每辆车的速度都不尽相同。因此，交通流本身不可能用一个精确 的速度值来表示，只能对单个车辆的速度分布进行讨论。对离散型的车辆速度分布， 可用统计学的处理方法，即用平均的或有代表性的数值（集中趋势的描述值）来近 似地代表特定的交通流整体 13。 2.2.1 点速度 车辆通过道路特定地点的瞬时速度。日常生活中讲到的车速（如：汽车车速表 指示的速度、交通标志牌上限制的速度等）多指点速度，点速度在道路规划设计、 交通管理和交通工程设施设计的过程中均有应用。 行程速度和行程时间：行程时间是指车辆驶过道路其一路段总时间所需的，包 括行驶时间和延误时间。行程速度又称综合行程速度，路段长度除以通过该路段的 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 12 行程时间称为行程速度。行程速度具有综合性的特点，对于全面评价一个区域内或 沿一条选定路线的交通流动状态是十分有用的。行程速度是反映运输效率的直接指 标，还可以用来评价道路的通畅程度、计算通行能力和估计行车延误的情况 14。 设计速度是指在道路交通与气候条件良好的情况下， 仅受道路条件限制所能保 持的最大安全车速。设计速度是道路线形的几何设计中使用的参考速度。运行速度 是指在不超过路段设计车速的情况下，车辆在给定交通流中能够达到的最大安全车 速。运行速度很难测定。 2.2.2 时间平均速度和区间平均速度 平均车速可以用两种方法来计算， 这两种方法的本质涵义及计算结果都有所不 同。 时间平均车速是指在特定的时间区间内， 通过道路某一地点的所有车辆点速度 的算术平均值。 1 1 n tin i vv = = （2-4） 式中： t v时间平均速度； i v第 i 辆车的点速度； n观测的车辆数。 区间平均车速是指某路段的长度与通过该路段所有车辆的平均行程时间之比。 在数学上，区间平均车速是通过路段所有车辆的行程车速的调和平均值。 1 1 s n in i l v t = = （2-5） 式中： s v -区间平均速度； i t -第 i 辆车距离所用的时间； n-观测到的车辆数； l-行驶路段的长度。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 13 2.5 交通流模型 流量、速度、密度之间的关系式叫做交通流模型。根据调查观测得到的交通资 料假设车流均匀、车种单一时，得到车流速度、密度、流量之间的理论关系式，这 就是交通流基本模型，可用下式表示： s q k v = （2-6） 式中：k交通密度（辆/km） ； q交通量（辆/小时） ； vs空间平均车速（km/小时） 。 三十年代初，格林希尔兹（greenshield）在研究美国公路车流中，提出了速 度与密度的线形关系，这一模型简单直观，研究表明，这一模型与实测数据拟合良 好。可用下式表示： vs=ak+b （2-7） 上式中 a、b 是待定系数，当密度趋于零时，空间平均车速接近于自由行驶车 速，即 k=0 时，vs=vf（为自由行驶车速） 。将此关系代入式中得 b=vf。当密度很大， 车辆无法行驶时，这时的密度称为阻塞密度，以 kj表示，即 k=kj，vs=0，代入式中 得 f j v a k = 。将 a、b 系数代入式得速度密度关系式： (1) sf j k vv k = （2-8） 流量与密度的关系： 将速度密度关系式代入速度、密度、流量的理论关系式，得到流量密 度关系式： 2 () f j k qvk k = （2-9） 流量与密度是两次抛物线的关系，如将流量 q 对密度 k 微分，并令其等于零， 即可得到流量 q 极大值及对应的密度，此时的密度为最佳密度，以 km表示。即可得 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 14 到 2 j m k k=。 流量与速度的关系：根据式得到下式： 1 s j f v kk v = 将上式代入，得到流量与速度关系式： 2 s is f v qkv v = （2-10） 将上述流量与密度，流量与速度，速度与密度的关系绘制成曲线，见图 速度(/ ) 流量(辆/小时) 密度(辆/) 流量(辆/小时) 图 21 流量密度，流量速度，速度密度曲线 当交通密度很大时，可以采用格林柏（grenberg）提出的对数模型： ln j m k vv k = （2-11） 式中：vm最佳速度。 当密度很小时，可采用安德五德（underwood）提出的指数模型： 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 15 m k k f vv e = （2-12） 式中：km最佳密度。 2.6 通行能力与交通流参数模型 利用交通参数之间的关系进行通行能力相关分析。 作为与交通量对比的参数有 平均车速、平均密度、车头时距、和超车次数等，从它们的相关关系可以定量的求 得他们之间的变化关系 15。 在实际分析时， 最好不要仅仅根据上述某一个参数而应根据多个参数的变化趋 势综合地推断通行能力。 利用调查资料下列各式即可求得交通量、车流的平均密度和速度。 i i i i s q tl t k tl s v t = = = （2-13） 式中：si整个观测时间内通过观测区间全部车辆行驶距离之和； ti整个观测时间内在观测区间中出现车辆存在的时间之和； t整个观测时间； l观测区间距离。 1车头时距与速度差的关系 根据不同车型测得某断面前后两车的速度差即可绘制速度差车头时距关系 曲线。由图可以把车流分为自由流与约束流两类，还可确定受前车影响的车头时距 临界值。在求得临界值以内的车头时距占所有车头时距的比例后，就可以评价交通 流受约束的程度并以此作为推算通行能力的资料 16。 2空间平均车速与交通量、交通密度的关系 连续通行路段某一断面上单位时间内的交通量与空间平均车速的关系， 当交通 量较小时呈直线关系；当交通量增大致使所有车辆呈尾随行驶状态，这时的交通流 开始紊乱，车速急剧下降，对应于这种状态下的交通流可视为通行能力 17。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 16 3车头时距分布与交通量的关系 车头时距分布随交通量的不同有明显差异， 因而根据不同交通量时的车头时距 分布便可推算通行能力。当交通量较小时，各种车辆形成能够自由行驶的交通流， 因而车头时距是随机的，并接近负指数分布曲线；随着交通量的增加，车辆之间相 互干扰，车头时距的分散程度逐渐变小；当交通量进一步增加，车头时距变得几乎 相等，全部车辆形成尾随行驶状态，由此特性，也可推算通行能力 18。 4交通量与超车次数的关系 在双车道道路上，随着交通量的增加超车会越来越困难，最后交通量达到某一 数值时就完全无法超车， 因此超车次数也可以用来作为衡量车辆行驶自由性的尺度， 亦可作为椎算通行能力的一种资料 19。 5根据交通流的稳定性分析交通密度与速度的关系 当交通量增加，平均车速便呈直线下降，越接近通行能力下降越厉害，此时交 通流呈不稳定状态。这种现象可以用密度与平均车速的时间系列关系图表示。密度 为横坐标，平均车速为纵坐标。按时间顺序把每隔 1min 的密度与相应平均车速形成 的点连接起来，从中可以看到密度大于某一数时，车速就失去稳定性，车速的变化 变得十分剧烈，以此密度为界线可以清楚地区分稳定流和不稳定流。它对应的交通 量即为通行能力 20。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 17 3 路段交通管理分析 3.1 交通管理的原则 1.分离原则 车辆出现之初，为避免车辆与行人以及不同方向的行车发生冲突，就很自然地 产生了应该人、车分道和分方向行车的管理原则，这就是分离原则。它是维护交通 秩序、保障交通安全的一条基本原则。这条原则不但用在交通管理上，还广泛应用 在交通规划、道路设计与交通设施设计上。随着交通量的不断增长，这条原则的内 涵也在不断地扩展。初始的分离原则，只是道路平面上的分离， “各行其道”就体现 了这种分离原则。在出现了高速度的汽车交通之后，跟着出现了机动车与非机动车 分离和快慢车辆分离的要求；交叉口上无法平面分离的交通冲突的发展，导致了在 交叉口上行驶方向的分离相通行时间的分离，交通量的发展，又出现了立体交叉的 空间分离。 相应于分离原则的方法有：规定一切车辆靠右侧行驶，方向隔离，车道隔离， 用信号灯控制交叉口，无信号灯的交叉口上用停车标志或让行标志控制，划定人行 横道等。 2限速原则 高速行驶的汽车出现之后，非机动车与行人的安全受到汽车的严重威胁。一开 始，英国就有所谓“红旗法”来限制汽车的行驶速度。在汽车发展初期， “红旗法” 虽因遭反对而取消，但以后在交通事故多发的危险路段仍想到用限速来预防交通事 故 22。高速道路出现以后，也有用最高限速与最低限速的规定来保障交通安全的做 法。在石油危机年代，也以限速来节约燃油消耗。特别是近年来的研究发现，驾驶 员的视觉反应，随车速提高而变得迟钝。统计表明；原联邦德国在石油危机时，车 速限制从 l00kmh 降至 80kmh，交通死亡事故下降了 22 23；石油危机后，车速 限制恢复到 100km 儿，交通死亡事故上升了 12。英国车速从 8047km 儿(65mph) 限制至 8047kmh(50mph)时，交通受伤事故减少了 io；车速限制从 8047km h 提高到 10461kmh 时，死亡和重伤事故增加了 7 24。芬兰、瑞典等国也有 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 18 类似统计。 相应于这条原则， 各国交通法规中都列有按道路条件及恶劣气候条件下限制最 高车速的规定，在事故多发地段移采取限制车速的措施以避免事故的发生。为提高 线控制或网络信号控制的效果，往往也规定行驶车速。 3疏导原则 随着车辆的增长，道路上的交通量也在不断地增长，道路上的交通拥挤、阻塞 及交通事故也随之增加，分离、限速已无能为力。因此，在交通管理上出现了新的 思路：从着眼于局部扩展到着眼于整个道路系统，在整个道路系统上来疏导交通， 以充分发挥原有道路的通车效率 25。一段时期内出现了很多按疏导原则制定的交通 管理措施，如单向交通、变向车道、专用车造、过境交通路线、增加交叉口进口道、 改善交叉口渠化设计、关键交叉口上荣止左转、禁止任意停车、自行车道系统及步 行系统等。还有些社会性措施，如弹性工作时间，分区轮休日等。 4节源原则 车辆无限制的增长，到了难以收拾的地步，又需重新寻找交通管理的新思路： 从单纯着眼于提高交通“供应”转到着眼于降低交通“需求” 。从交通“供求”关系 上分析，交通的“供应”总是无法满足交通增长的“需求” 。于是产生了釜底抽薪的 交通治理原则来降低交通量，即为节源原则 26。 根据这条原则，出现了一些交通节源的新方法； (1)转变居民出行方式，有公共交通优先，包括公共交通专用车道、公共交通 专用道路、公共交通优先信号控制等以及各式换乘系统。 (2)发展合乘系统，包括合乘车优先车道，合乘车免收过路费、过桥费、停车 费等。 (3)限制私人车辆或其它车种进入交通紧张地区。 (4)停存车管理等。 节源原则的措施涉及交通政策、税收政策、城市规划、交通系统布局等各个方 面，这里能探讨的只是在交通治理方面可采用的方法。但必须注意，交通治理上的 方法只有在配合全局的统筹安排下才能见效。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 19 3.2 路段交通管理方式及其影响分析 3.2.1 车速管理 车速管理是指运用交通管制的手段， 强制性地要求机动车按照规定的速度范围 在道路上运行心确保道路交通安全。车速管理分最高车速和最低车速限制。 道路交通管理条例 （以下简称条例）对机动车在道路宽阔、空闻、视线良 好、保证交通安全的前提下，规定的最高时速：设有中心双实线、中心分隔带、机 动车与非机动车分隔的城市道路小客车为 70km/h，大货车为 60km/h，铰接车为 40km/h；其他城市道路小客车为 60km/h，大货车为 50km/h，铰接车为 40km/h 27。 车速管理对路段通行能力有很大影响，首先，交通流不同车辆的车速不同，会 对交通流运行产生影响，进而影响通行能力；其次，在交通流三参数中，有最佳速 度，对应有最大交通量（通行能力） ，而车速管理会影响交通流车速，进而影响路段 通行能力。 3.2.2 车道管理 3.2.2.1 单向交通 单向交通又称单向线，是指道路上的车辆只能按一个方向行驶的交通。当城市 道路上的交通量超出其自身的通行能力时，将造成城市交通拥塞、延误及交通事故 增多等问题。此时，在道路交通系统中，若对某条道路或几条道路，甚至对某些路 面较宽的巷、弄，考虑组织单向交通，则将会使上述交通问题明显地得到缓解和改 善。故单向交通是在城市道路交通系统中，解决城市交通拥挤，充分利用现有城市 道路网容量的一种经济、有效的交通管制措施。应该强调指出，在旧城区街道狭窄、 路网密度很大的地方，需要且有可能在一些街道上组织单向交通。说它需要，是因 为这些街道车行道狭窄；说它可能，是由于道路网密度大，便于划出平行道。 单向交通具有提高通行能力、降低交通事故、提高行车速度、有利于解决停车 问题等优点。 由于单向交通减少了对向行车的可能冲突及减轻了快慢车之间的干扰， 故道路通行能力会有明显的提高。据美国资