3-4章交通工程学.ppt

第三章交通调查 第三章交通调查 定义 是一种用客观的手段 测定道路交通流以及与其有关现象的判断 并进行分析 从而了解与掌握交通流的规律 目的 为了向交通城建规划与环保以及公安交通管理等部门提供改善 优化道路交通的实际参考资料和数据 3 1交通量调查 一 交通量调查目的为了获得车和 或 人在街道或公路系统的选定点处运动情况的真实数据 交通量分类 年交通量 辆 a 日平均交通量 ADT 年平均日交通量 AADT 小时交通量 辆 h 短时流量 min 二 交通调查 不分流向调查分流向调查转向调查或交叉口调查分车种调查 获得交通流中各车种的交通量 车辆占用调查行人交通调查境界出入调查分隔查核线调查 三 交通量计数方法 四种方法 人工计数法浮动车法机械计数法录像法浮动车法 1 调查方法需要有一辆测试车 一人记录与测试车同向行驶的车辆中 被测试车超越的车辆数和超越测试车的车辆数 另一人报告和记录时间及停驶时间 2 调查数据计算 测定方向上的交通量 平均行程时间 平均车速 四 调查时间常用的调查时间24h交通量调查周一中午至周五中午之间任何一个连续24h进行观测 16h交通量调查从上午6时至下午10时 12h交通量调查从上午7时至下午7时 高峰交通量调查高峰交通量调查 调查时间视城市规模 与主要交通源 如中心商业区或工业区 的距离和交通充施的类型 高速公路 幅射干道等 而异 通常为上午7 9时和下午4 6时 周末交通量调查从星期五中午 或最晚从下午6时 开始至星期一中午 或最早至上午6时 结束 五 调查方案 郊区交通量调查方案郊区交通量调查方案随拟调查地区的类型和规模的不同而有很大的差别 为了得到交通量随季节的变化规律 每种类型的公路上都要设立控制性观测站 每类道路上设十个控制性观测站 每站两个月观测一次 每次一周 一年共观测六次 所有的公路路段上都要设普查性观测站 每年或两年观测一次 每次观测24或48h 在工作日进行 城区交通量调查方案 1 制定调查方案的第一步是将道路系统归类 2 控制性观测对通常调查的交通量数据进行必要的控制 3 普查性观测用于估算整个道路系统的日平均交通量 4 中心商业区的境界出入交通量调查用于观测由中心商业区生成的运输活动 这种调查每隔一年应重复一次 5 分隔查核线调查用于考察由于土地使用和出行方式的重大改变而引起的交通量和流向的大范围变化情况 分隔查核线调查应每隔一年进行一次 六 交叉口的流向流量调查 交叉口的流量流向观测交叉口各观测点的布置交叉口交通量的表示法 3 2车速调查 一 车速调查的目的 1 地点车速调查的目的 1 掌握某地点车速分布规律及速度变化趋势 2 作为交叉口交通设计的重要参数 3 用于交通事故分析 4 判断交通改善措施的成效 5 确定道路限制车速 6 设置交通标志的依据 7 局部地点如道路弯道 坡度 瓶颈等处的交通改善设计的依据 8 交通流理论研究中的重要参数 2 区间车速调查的目的 1 掌握道路交通现状 作为评价道路服务水平的主要指标 2 路线改善设计的依据 3 作为衡量道路上车辆运营经济性 时间和车辆耗油 的重要参数 4 作为交通规划中路网交通流量分配的重要依据 5 确定交通管理措施及联动交通信号配时的重要依据 6 判断道路工程改善措施前后效果对比的重要指标 7 交通流理论研究中的重要参数 二 地点车速调查 1 观测地点的选择地点车速是表征汽车通过某个地点的瞬间速度 因此 观测地点应选择在交叉口之间 地形平直 间距较大而又无干扰的路段 一般指无公共汽车站或临时停车站等侧旁停车影响 也不受行人过街道 支街出入口的车辆和行人横向干扰影响的路段 也就是对车速观测者没有多大影响的路段 2 调查时间的选择调查时间决定于调查的目的和用途 调查车速限制 收集基础资料等一般性的调查 应选择非高峰时段 国外常选用下列三个时段中一个小时 1 9 00 17 30 2 14 30 16 00 3 19 00 21 00 3 样本大小的选择 1 总是选择车队中的第一辆汽车 2 选择某一车种的比例过大 3 选取高速车辆比例大4 地点车速的测量方法 1 人工量测方法 在观测地点划线量测 用反射镜观测 2 自动量测方法 道路检测器法 雷达速度计的方法 用光电管方法 摄影量测法 三 行驶速度与区间速度调查 行驶速度是指车辆行驶在某一区间时的运行车速 它等于区间距离除以在该区间运行所需要的时间 不包括停车时间 区间车速是指车辆行驶在某一区间时根据道路交通状况而确定的综合车速 是用区间距离除以车辆行驶在该区间的总时间 包括停车时间 求得的 区间车速与行驶车速的区别在于停车时间 两者调查方法一样 只是前者需计入停车时间 量测行驶时间和行程时间的方法很多 常用的三种 1 牌照法2 流动车法3 跟车法 3 3交通密度调查 一 出入量法 1 出入量法的基本原理在某道路上选择A B两点间的路段为观测路段 车流从A驶向B 观测开始 t t0 时 AB路段内存在的初始车辆数为E t0 t时刻内从A处驶入的车辆数为Q t 从B处驶出的车辆数为QB t 则t时刻AB路段内存在的现有车辆数应为初始车辆数与t时刻内AB路段的车辆数改变量之和 即 t时刻AB路段内的交通密度为 式中 E t t时刻AB路段内存在的现有车辆数 QA t 从观测开始 t t 到t时刻内从A处驶入的累计车辆数 QB t 从观测开始 t t 到t时刻内从B处驶入的累计车辆数 E t0 从观测开始 t t 时 AB路段存在的初始车辆数 LAB AB路段长度 km 初始车辆数E t 的求法 求初始车辆数E t 的方法有车牌号码法 照相观测法等 这里介绍一种最简易的方法即试验车法 设试验车在观测开始 t t 时从A驶向B t 时刻到达B 从t0到t 时刻 通过B处的车辆数为q 若试验车在行驶期间没有超越别的车 也没有被别的车超越时 则q就是t0时刻AB路段内的初始车辆数 如果试验车在行驶期间存在超车和被超车的现象时 则观测开始 t t 时在AB路段内的初始车辆数应为 式中 q 从t0到t 时刻通过B处的车辆数 a 被试验车超越的车辆数 b 超越试验车的车辆数 2 测定方法 1 用出入量法测定交通密度 适用于高速公路上立交之间无出入交通的路段 由于实测密度均方差为实测时段和区间长度的减函数 为了保证有足够的精度 调查时必须选用路段长度尽量大于800m 时段延续5min以上 2 在测定路段的两端设置车辆情况示波器或动态录像机 从开始时刻 t0 开始 测定通过这两端的车辆数 同时还要测定试验车在测定路段内的超车和被超车的车辆数 为了记取试验车通过AB路段两端的时刻 必须在试验车上标以特殊的记号 此时 若使用车辆情况示波器进行测定 当试验车通过两端时 要按动显示器把具有特殊记号的试验车记录在记录纸上 若使用动态录像机 也要对准试验车的记号摄影 以便整理资料时记取那个时刻 3 出入量法优缺点用出入量法测定路段交通密度的优点是方法简便 无须很多设备 适用于各种交通状况 既能保证精度又实用有效 出入量法的缺点是 通过A B两端车辆数的测量误差随时间而累加 为了防止误差的累加 除应增加试验车的观测次数外 要把试验车每次经过A端的时刻都作开始时刻 t0 且该时刻的现有车辆都作为每次的初始车辆数值 二 地面上 高处 摄影观测法 1 测定方法2 交通密度计算与分析 式中 K 交通密度 辆 km L 观测路段长度 m t 读取存在车辆数的时间间隔 s T 总计时间 s n 在总计时间T内 在胶卷上读取存在车辆数时的画面数 Ki 第i画面上测定路段内存在的车辆数 辆 三 航空摄影观测法 1 测定方法2 交通密度的计算与分析3 航测法的优缺点使用航空摄影观测法测定路段交通密度最为适宜 同时它也是能得到准确数值的唯一方法 航测法不适宜长时间地观测 这不仅是因为航空摄影费用大 而且直升飞机在空中飞行时间有限航空照相机1次摄影的胶卷张数亦受到限制 再则 在调查车流的空间平均速度和复杂的交通现象时 其精度与摄影间隔有关 摄影间隔越短 精度就越高 且目前还另外受到胶卷的张数和相机本身构造的影响 四 道路占有率的检测和调查 空间占有率为在一瞬间测得已知路段上所有车辆占用的长度占路段长度的百分比 即 式中 RS 空间占有率 Li 第i辆车长度 m L 观测路段总长度 m n 该路段内的车辆数 辆 如果事先已获得各车型的车长资料时 根据密度调查现场统计的分车型交通量资料 就可按上式计算空间占有率 如果事先没有各车型的车长资料 要在现场直接量测车长是很困难的 一般是在现场测定车辆的占用时间 按下式计算时间占有率 式中 Rt 空间占有率 ti 第i辆车的占用时间 s T 总观测时间 s n 观测时间内通过的车辆数 辆 3 4行车延误调查 一 行车延误 1 延误由于交通摩阻与交通管制引起的行驶时间损失 以s或min计 2 固定延误由交通控制装置 交通标志等引起的延误 它与交通流状态和交通干扰无关 主要发生在交叉路口 3 停车延误刹住车轮及车辆停止不动的时间 等于停车时间 4 行驶延误为行驶时间与计算时间之差 5 排队延误排队时间与以畅行车速驶过排队路段的时间之差 6 引道延误为引道时间与车辆畅行行驶越过引道延误段的时间之差 引道延误示意图 二 影响行车延误的因素 1 驾驶员2 车辆3 道路4 转向车比例5 交通负荷6 服务水平7 交通控制8 环境 三 延误资料的应用 1 评价道路交通堵塞程度2 探求行车延误的发展趋势3 评价道路服务质量4 道路改建的依据5 运输规划6 经济分析7 前后对比研究8 交通管制 四 行车延误的调查方法 1 跟车法2 输出 输入法 2 输出 输入法适用于调查瓶颈路段的行车速度 其前提条件是车辆出入是均匀的 若到底的车辆数大于道路的通行能力 则车辆开始排队行驶 当到达的车辆数小于通行能力时 排队逐渐消失 调查方法是在瓶颈地段的出入口各设一名调查员 同时记录一定时间段内到达和离去的车辆数 并据此判断到达的车辆数是否大于通行能力 五 交叉口的延误调查 1 调查地点2 调查时间3 要求的样本量4 调查方法 1 点样本法 2 抽样追踪法 点样本法点样本法获得的是车辆在交叉口引道上的排队时间 每一入口需要3 4名观测员和一块秒表 观测员站在停车线附近的路侧人行道上 其中一人持秒表按预先选定的时间间隔 通常为15s 根据情况也可以取其它值 通知另外2 3名观测员 第二名观测员负责清点停在停车线后面的车数 记录在表中 每到一个预定的时间间隔就要清点一次 第三名观测员负责清点经过停车通过停车线的车辆数 停驶数 和不经停车通过停车线的车辆数 不停驶数 3 6起迄点调查 OD调查 一 基本定义与术语 起迄点调查即OD调查 OD取自英文Origin和Destination的第一个字母 OD调查主要包括人的出行OD调查 车辆OD调查和货流OD调查三大内容 1 出行指人 车 货从出发点到目的地移动的全过程 出行 起点 指一次出行的出发地点 迄点 指一次出行的目的地 出行作为交通行业的计测单位 须具有三个基本属性 1 每次出行有起迄两个端点 2 每次出行有一定目的 3 每次出行采用一种或几种交通方式 2 出行端点 出行起点 迄点的总称 3 境内出行 起迄点都在调查区域范围内的出行 4 过境出行 起迄点都在调查区域范围外的出行 5 区内出行 调查区域分成若干小区后 起迄点都在小区内出行 6 区间出行 调查区域分成若干小区后 起迄点分别位于不同小区间的出行 7 小区形心 指小区内出行端点 发生或吸引 密度分布的重心位置 即小区内交通出行的中心点 不是该小区的几何面积重心 8 期望线 又称愿望线 为连接各小区形心间的直线 它的宽度表示区间出行的次数 9 主流倾向线 又称综合期望线 是将若干条流向相近的期望线合并汇总而成 10 OD表 11 调查区域境界线 包围全部调查区域的一条假想线 有时还分设内线和外线 12 分隔查核线 为校核OD调查成果精度而在调查区域内按天然 人工障碍设定的调查线 可设一条或多条 13 出行产生 包括交通分区内下述出行端点 家庭出行中的家庭一端端点 不论其为出发点或到达点 非家庭出行的出发点 14 出行吸引 相对于出行产生 包括交通分区内下述出行端点 家庭出行中的非家庭一端的端点 不论其为出发点或到达点 非家庭出行中的到达点 15 出行分布 又称OD交通量 调查区域内各交通小区之间的车 人出行次数 当限为车辆出行时 亦称交通分布 二 起迄点调查目的 起迄点调查的具体目的 1 通过搜集出行类别与数量资料 在计算机上模拟现状的出行 为发现主要交通症结 调整与改善道路系统功能 从系统上和政策上对近远期工程项目排序提供依据 2 由OD调查资料 土地使用资料建立各类交通预测模型 为远期交通规划提供依据 3 客观地分析评价各类交通出行的特征 特别是公共交通服务水平 为提高公共交通系统运行效率 制定近期 远期交通政策提供有效信息 三 起迄点调查类别与方法 1 起迄点调查类别 1 个人出行 2 车辆出行 3 货物流通出行2 调查方法 1 家访调查 个人出行 2 发 放 表调查 车辆出行 3 路边询问调查 4 明信片法 5 工作出行调查 6 车辆牌照调查 7 公交站点调查 8 购月票填卡调查 9 境界线出入调查 10 货物流通调查 货流OD 四 起迄点调查实施步骤 1 组织调查机构2 调查准备3 OD调查的抽样率及抽样方法OD调查的抽样方法 1 简单随机抽样 2 分层抽样 3 等距抽样 4 整群抽样4 人员训练5 制订计划6 典型试验7 实地调查 五 OD调查精度检验 1 分隔查核线检验2 区域境界线检验3 公共活动集散中心作为校核点 将起讫点调查获得的交通量按抽样率扩算后与该点上实际观测的交通量相比 作为控制市内OD调查精度的重要依据 4 由OD调查表推算出来的各类人口 社会交通特征与现有的统计资料进行比较 检查其误差程度 第四章道路交通流理论 四种交通流理论1 概率统计分布的应用 2 随机服务系统理论 排队论 的应用 3 流体力学模拟理论 波动理论 的应用 4 跟驰理论 动力学模拟理论 的应用 4 1交通流的特性 一 交通设施种类 交通设施从广义上被分为连续流设施与间断流设施两大类 连续流主要存在于设置了连续流设施的高速公路及一些限制出入口的路段 间断流设施是指那些由于外部设备而导致了交通流周期性中断的设置 二 连续流特征 1 总体特征交通量Q 行车速度 车流密度K是表征交通流特性的三个基本参数 此三参数之间的基本关系为 式中 Q 平均流量 辆 h 空间平均车速 km h K 平均密度 辆 km 能反映交通流特性的一些特征变量 1 极大流量Qm 就是Q V曲线上的峰值 2 临界速度Vm 即流量达到极大时的速度 3 最佳密度Km 即流量达到极大时的密量 4 阻塞密度Kj 车流密集到车辆无法移动 V 0 时的密度 5 畅行速度Vf 车流密度趋于零 车辆可以畅行无阻时的平均速度 2 数学描述 1 速度与密度关系格林希尔茨 Greenshields 提出了速度一密度线性关系模型 当交通密度很大时 可以采用格林柏 Grenberg 提出的对数模型 式中 Vm 对应最大交通量时速度 当密度很小时 可采用安德五德 Underwood 提出的指数模型 式中 Km 为最大交通量时的速度 2 流量与密度的关系 3 流量与速度关系综上所述 按格林希尔茨的速度 密度模型 流量 密度模型 速度 流量模型可以看出 Qm Vm和Km是划分交通是否拥挤的重要特征值 当Q Qm K Km V Vm时 则交通属于拥挤 当Q Qm K Km V Vm时 则交通属于不拥挤 例4 1设车流的速度密度的关系为 V 88 1 6K 如限制车流的实际流量不大于最大流量的0 8倍 求速度的最低值和密度的最高值 假定车流的密度 最佳密度Km 解 由题意可知 当K 0时 V Vf 88km h 当V 0时 K Kj 55辆 km 则 Vm 44Km h Km 27 5辆 km Qm VmKm 1210辆 h 由Q VK和V 88 1 6K 有Q 88K 1 6K2 如图 当Q 0 8Qm时 由88K 1 6K2 0 8Qm 968 解得 K 15 2 39 8 则有密度KA和KB与之对应 又由题意可知 所求密度小于Km 故为KA 故当密度为KA 15 2辆 km 其速度为 VA 88 1 6KA 88 1 6 15 2 63 68km h即KA 15 2辆 km VA 63 68km h为所求密度最高值与速度最低值 3 连续交通流的拥挤分析 1 交通拥挤的类型 周期性的拥挤 非周期性的拥挤 2 瓶颈处的交通流 3 交通密度分析 4 非周期性拥挤 4 2概率统计模型 一 离散型分布 1 泊松分布 1 基本公式式中 P k 在计数间隔t内到达k辆车或k个人的概率 单位时间间隔的平均到达率 辆 s或人 s t 每个计数间隔持续的时间 s 或距离 m e 自然对数的底 取值为2 71828 到达数小于k辆车 人 的概率 到达数小于等于k的概率 到达数大于k的概率 到达数大于等于k的概率 到达数至少是x但不超过y的概率 用泊松分布拟合观测数据时 参数m按下式计算 式中 g 观测数据分组数 fj 计算间隔t内到达kj辆车 人 这一事件发生的次 频 数 kj 计数间隔t内的到达数或各组的中值 N 观测的总计间隔数 2 递推公式 3 应用条件 2 二项分布 1 基本公式式中 P k 在计数间隔t内到达k辆车或k个人的概率 平均到达率 辆 s或人 s t 每个计数间隔持续的时间 s 或距离 m n 正整数 通常记p t n 则二项分布可写成 式中 0 p 1 n p称为分布参数 对于二项分布 其均值M np 方差D np 1 p M D 因此 当用二项分布拟合观测数时 根据参数p n与方差 均值的关系式 用样本的均值m 方差S2代替M D p n可按下列关系式估算 2 递推公式 3 应用条件车流比较拥挤 自由行驶机会不多的车流用二项分布拟合较好 3 负二项分布 1 基本公式式中 p 为负二项布参数 0 p 1 为正整数 由概率论可知 对于负二项分布 其均值M p p D 1 p p2 M D 因此 当用负二项分布拟合观测数据时 利用p 与均值 方差的关系式 用样本的均值m 方差S2代替M D p 可由下列关系式估算 2 递推公式 3 适用条件当到达的车流波动性很大或以一定的计算间隔观测到达的车辆数 人数 其间隔长度一直延续到高峰期间与非高峰期间两个时段时 所得数据可能具有较大的方差 4 离散型分布拟合优度检验 2检验 1 2检验的基本原理及方法 建立原假设H0 选择适宜的统计量 确定统计量的临界值 判定统计检验结果 二 连续型分布 描述事件之间时间间隔的分布称为连续型分布 连续型分布常用来描述车头时距 或穿越空档 速度等交通流特性的分布特征 1 负指数分布 1 基本公式计数间隔t内没有车辆到达 k 0 的概率为 P 0 e t上式表明 在具体的时间间隔t内 如无车辆到达 则上次车到达和下次车到达之间 车头时距至少有t秒 换句话说 P 0 也是车头时距等于或大于t秒的概率 于是得 P h t e t 而车头时距小于t的概率则为 P h t 1 e t若Q表示每小时的交通量 则 Q 3600 辆 s 前式可以写成 P h t e Qt 3600式中Qt 3600是到达车辆数的概率分布的平均值 若令M为负指数分布的均值 则应有 M 3600 Q 1 负指数分布的方差为 用样本的均值m代替M 样本的方差S2代替D 即可算出负指数分布的参数 此外 也可用概率密度函数来计算 负指数分布的概率密度函数为 2 适用条件负指数分布适用于车辆到达是随机的 有充分超车机会的单列车流和密度不大的多列车流的情况 通常认为当每小时每车道的不间断车流量等于或小于500辆 用负指数分布描述车头时距是符合实际的 2 移位负指数分布 1 基本公式其概率密度函数为 式中 为平均车头时距 2 适用条件移位负指数分布适用于描述不能超车的单列车流的车头时距分布和车流量低的车流的车头时距分布 为了克服移位负指数分布的局限性 可采用更通用的连续型分布 如 韦布尔 Weibull 分布 爱尔朗 Erlang 分布 皮尔逊 型分布 对数正态分布 复合指数分布 4 3排队论模型 一 基本概念 排队单指等待服务的顾客 车辆或行人 不包括正在被服务的顾客 排队系统既包括等待服务的顾客 又包括正在被服务的顾客 排队系统的三个组成部分 1 输入过程是指各种类型的顾客按怎样的规律到来 定长输入 泊松输入 爱尔朗输入 2 排队规则指到达的顾客按怎样的次序接受服务 损失制 等待制 混合制