第9章_道路通行能力.ppt

第九章道路通行能力 为什么会发生交通阻塞 通行能力 交通需求无交通拥挤通行能力 交通需求交通拥挤发生 容量増加 阻塞消除 阻塞发生 阻塞消除 为什么要研究通行能力 交通需求与交通供给 交通拥堵问题 交通事故问题 环境污染问题 能源消耗问题 通行能力是道路系统规划 设计 建设 管理的指南针通过交通需求与通行能力比较 可以评价道路交通服务水平交通需求与通行能力之间的关系 是交通环境评价的依据 学习要点 1 透彻的理解影响通行能力的各种因素及运行质量 道路条件 交通条件 控制条件 环境条件 2 掌握各种道路设施通行能力特征及其计算方法 1 高速公路 控制进入 的基本路段 2 双车道公路路段 3 一般城市道路路段 4 无信号控制的平面交叉 5 信号控制的平面交叉 各种设施的交通运行特征 通行能力的主要影响因素 计算思路以及计算方法 国内外道路通行能力研究的概况 美国最早进行通行能力的研究工作 其成果集中地反映在 HighwayCapacityManual 简称HCM 中 最新版本为HCM2010许多发达国家如瑞典 加拿大 澳大利亚 德国等也都对本国的交通情况进行了研究 编制了相应的道路通行能力手册目前国际上有许多道路通行能力模拟软件 如美国的HCS HighwayCapacitySoftware 瑞典公路局的CAPCAL上世纪八十年代后期 东南大学 同济大学 北京工业大学等高校以及交通部所属部分科研所对适合我国国情的道路通行能力进行了研究工作 道路的通行能力 什么是通行能力 trafficcapacity 在一定的道路条件 交通条件 控制条件 环境条件下 道路断面在一定的时间内能够通过的最大车辆数运行质量道路条件是指公路的几何特征 车道数 车道 路肩 中央带等的宽度 侧向净宽 设计速度及平 纵线形和视距等 交通条件是指交通特征 交通流中的交通组成 交通量 不同车道中的交通量分布 上下行方向的交通量分布 控制条件是指交通控制设施的形式及特定设计和交通规则环境条件指横向干扰程度以及交通秩序等 道路的通行能力 什么是通行能力 trafficcapacity 在一定的道路条件 交通条件 控制条件 环境条件下 道路断面在一定的时间内能够通过的最大车辆数车辆数量的换算交通量1 换算系数1 交通量2 换算系数2 换算成小汽车数 pcu passengercarunit 例 标准辆数2 000pcu h 实际辆数1 800辆 h计量通行能力的时间单位时间单位愈大交通不均匀性也愈大 无法准确反映交通量与服务水平的关系 通常用小时为单位 美国用15min 通行能力是指所分析的道路 设施没有任何变化 还假定其具有良好的气候条件和路面条件下的通过能力 如条件有任何变化都会引起通行能力的变化 如条件有任何变化都会引起通行能力的变化 通行能力分析即求得在指定的运行质量下所能承担交通的能力 与交通量 高峰小时交通量的区别和联系 道路通行能力的分类 理想通行能力basiccapacity公路的某组成部分在理想的道路 交通 控制和环境条件下 一条车道或一横断面上 不论服务水平如何 1h所能通过标准车辆的最大辆数 pcu 通常以高速公路上观测到的最大交通量为基准 基本 理论通行能力 实际通行能力possiblecapacity公路的某组成部分在实际的道路 交通 控制及环境条件下 一条车道或一横断面上 不论服务水平如何 1h所能通过的车辆的最大辆数 pcu 是现实条件道路上的最大交通量 可能通行能力 设计通行能力designcapacity公路的某组成部分在预测的道路 交通 控制及环境条件下 一条车道或一横断面上 在指定的设计服务水平下 1h所能通过的车辆的最大辆数 pcu 是道路规划 设计的依据 实用通行能力 基本通行能力中的理想条件 道路条件车道幅宽十分大 3 5m以上 到路旁障碍物的距离足够大 侧向净空在1 75m以上 线性条件良好交通条件交通流仅由小客车构成 无车型混合 机非混合没有任何速度限制控制条件是指交通控制设施的形式及特定设计和交通规划环境条件指横向干扰程度以及交通秩序等 理想条件 对条件进一步提高也不能提高基本通行能力的条件 理想通行能力 实际通行能力 设计通行能力 三者间的关系 各种修正系数 指定服务水平下的V C比 服务水平 服务水平 LevelofService 美国HCM中规定为 描述交通流内的运行条件以及影响驾驶员和乘客感受的一种质量标准 美国 六级服务水平A B C D E F速度高 密度小 速度低 密度大舒适度高 舒适度低 中国 四级服务水平一级 二级 三级 四级ABCDEF A级 F级 E级 D级 C级 B级 一级 三级 二级 四级 我国公路四级服务水平的典型情况 流量 速 度 自由流 稳定流 强制流 0 A B C 不稳定流 D E F 理想条件下高速公路速度 流量关系图 HCM2000 A F六级 理想条件下高速公路速度 流量关系图 中国高速公路 服务水平 最大服务交通量每一服务水平有其服务质量的范围 服务水平最差时对应的交通量称为最大服务交通量 MaximumServiceFlow 设计服务水平等级通常设计道路时不采用实际通行能力 而采用设计服务水平等级对应的最大服务交通量 服务水平的划分指标行车速度和运行时间 最大密度 每车道每公里范围内车辆的最大密度 车辆行驶时的自由程度 通畅性 交通受阻或受干扰的程度 以及行车延误和每公里停车次数等 行车的舒适性和乘客满意的程度 经济性 行驶费用 然而 由于实际确定服务等级时 难以全面考虑和综合上述诸因素 往往仅以其中的某几项指标作为代表 如密度 行车速度及服务交通量与通行能力之比 作为路段评定服务等级的主要影响因素 同时 由于这几项指标比较易于观测 而且密度 车速和服务交通量也同其它因素有关 所以取此几项作为评价服务水平的主要指标是有一定根据的 道路的通行能力和服务水平从不同的角度反映了道路的性质与功能 通行能力主要反映道路服务数量的多少或能力的大小 服务水平主要反映了道路服务质量或服务的满意程度 道路通行能力与服务水平 用于道路设计确定车道数 服务水平评估 发现瓶颈路段用于道路规划根据交通量预测 投资效益评估 环境效益评估 确定路网改进办法与实施步骤用于道路交通管理根据交通量增长情况 制定各阶段的交通管理措施 道路通行能力与服务水平 通行能力主要反映道路服务数量的多少或能力的大小服务水平主要反映道路服务质量或服务的满意程度 高速公路基本路段是指主线上不受匝道附近车辆汇合 分离以及交织运行影响的路段部分基本路段的理想条件 1 3 75m 车道宽度 4 50m 2 侧向净宽 1 75m 3 车流中全部为小客车 4 驾驶员均为经常行驶高速公路且技术熟练遵守交通法规者基本路段的服务水平P136表9 3计算思路由于两个方向上的交通互不依赖 且两个方向在其前进方向上的线性不同 因此 两个方向车行道的通行能力和服务水平分别进行计算 3 1高速公路基本路段通行能力 高速公路基本路段通行能力 高速公路基本路段的基本通行能力220021002000 设计速度 km h 12010080最大服务交通量 pcu hr lane Mservicei CB V C i最大服务交通量 基本通行能力 服务水平单向车行道的可能通行能力CD CB N fW fHW fP单向车行道的设计通行能力CD CB V C i N fW fHW fPMservicei最大服务交通量N单向车道数fW车道宽度和侧向净空影响修正系数fHW大型车混行影响修正系数fP驾驶员条件影响修正系数 运行质量 影响高速公路基本路段通行能力的主要因素及修正方法 车道宽度与侧向净空修正系数fW 影响高速公路基本路段通行能力的主要因素及修正方法 大型车的修正系数fHV PHV大型车交通量占总交通量的百分比 EHV大型车换算成小客车的车辆换算系数 驾驶员条件的修正系数fP fP 1 00 0 90 练习 P146例9 1 例 一四车道高速公路 设计速度为100km h 单向高峰小时交通量VP 1800veh h 大型车占40 车道宽3 50m 侧向净空1 75m 紧挨行车道两边均有障碍物 重丘地形 分析其服务水平 问其达到可能通行能力之前还可增加多少交通量 解为求服务水平要计算V C 1 查表 9 4 9 5 得诸修正系数fW 0 97 EHV 2 5 fHV 1 1 0 40 2 5 1 0 625 fP 1 0 2 计算V C 3 该公路服务水平属三级 4 求算达到可能通行能力前可增加的交通量行车道的可能通行能力达到可能通行能力前可增加的交通量V 2425 1800 625veh h 5 求理想条件下之速度及密度1800veh h的V C在 2 中已求出为0 74 查图9 2得平均行程速度为78km h 远大于观测到的速度56km h 这由于有大型车及非平原的重丘地形所致 图1理想条件下高速公路速度 流量关系图 中国高速公路 V 78km 路段车流运行特性 3 2双车道公路路段通行能力 服务水平P152表9 19 计算思路双车道公路中任何一方向的车辆在行驶过程中 不仅受到同向车辆的制约 还受到反向车流的影响 因此 对通行能力和服务水平的计算要采用双向同时分析的思路 理想条件 影响因素 P152表9 17 9 18对双车道公路影响最大是速度 车道宽度 交通量的方向分布和车型构成 车行道最大服务交通量Msvi在理想条件下第i级服务水平的车行道双向最大服务交通量 mvu h CB基本通行能力 理想条件下车行道每小时双向合理的期望能通行的最大交通量 CB 2500pcu h V C i第i级服务交通量与基本通行能力之比车行道的设计通行能力 设计速度 80km h对 的修正系数交通量方向分布对 的修正系数车道宽度与侧向净宽对 的修正系数交通组成对 的修正系数横向干扰与交通秩序对 的修正系数 3 3城市道路路段通行能力 在城市道路中 由于各种干扰因素的存在 如行人 自行车 交叉口等 使得交通流与高速公路基本路段区别较大 因此 对城市道路路段通行能力的分析将从理论通行能力的分析开始 理论通行能力 在理想条件下 车辆以连续车流形式通过时的通行能力 N0 3600 ht 1000V hsN0 一条车道的理论通行能力 辆 h ht 饱和连续车流的平均车头时距 s 即最小车头时距 V 行驶车速 km h hs 连续车流的车头间距 m 城市道路路段设计通行能力式中 CD单向路线设计通行能力 pcu h C理想通行能力 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 1 自行车影响折减系数 的确定 机 非机动车道之间有分隔带 1 机 非机动车道间无分隔带 但自行车道不饱和 0 8 机 非机动车道间无分隔带 自行车道超饱和 0 8 Qbike Cbike 0 5 W2 W1Qbike自行车交通量 辆 h Cbike每米自行车道的实用通行能力 辆 h W2单向非机动车道宽度 m W1单向机动车道宽度 m 2 车道宽度影响系数 的确定车道宽度对行车速度有很大的影响 在城市道路设计中 取标准车道宽度为3 5m 当车道宽度大于该值时 有利于车辆行驶 车速略有提高 当车道宽度小于该值时 车辆行驶的自由度受到影响 车速降低 经观测发现 车道宽度不足对车速的影响远远大于宽度富裕对车速的影响 如宽度不足1m引起的车速降低值远远大于宽度富裕1m引起的车速提高值 当宽度不足标准宽度1m 此时车道宽2 5m 时 小车的车速几乎下降至正常车速的一半 大车已难以通行 当宽度大于标准宽度2 5m 此时车道宽6m 接近于两个车道的宽度 时 其车速约提高30 此时 即使车道宽再增加 由于受到车辆本身性能的限制 其车速不可能再高 因此可以认为车道宽与车速之间呈下陡上缓的曲线关系 其车道宽度影响系数 可由下式确定 W0一条机动车道宽度 m 当车道宽为标准宽度3 5m时 100 车道宽度与影响系数之间的变化关系如表9 26所示 3 交叉口影响修正系数C的确定交叉口影响修正系数 取决于交叉口控制方式及交叉口间距 当交叉口间距较小时 交叉口的停车延误在车辆行驶时间中所占的比例较小 不利于道路空间的利用 路段通行能力的发挥及路段车速的提高 交叉口间距的增大 有利于提高路段通行能力及路段车速 有利于充分利用道路空间 由表9 36可知 车道数修正系数为 n 1 87交叉口间距修正系数为所以 路段设计通行能力为 例2 P156例9 4某路段单向机动车道宽为8m 交叉口间距离为300m 设计速度为60km h 两端交叉口采用信号控制 绿信比为0 48 机动车与非机动车之间设有隔离带 试计算该路段的设计通行能力 一个车道的理论通行能力为CD 1730pcu h路段设计通行能力为由于机动车道与非机动车道之间有隔离带 故 1机动车道总宽为8m 不足3车道 只能按2车道处理 每个车道宽W0 4m 则 城市道路通行能力实际上主要受交叉口通行能力的制约 如交叉口管理不善致使通行能力不高 路段上通行能力再大也无法发挥作用 因此 除研究路段上通行能力外 主要应研究与提高各种类型交叉口的通行能力 交叉口控制形式 两向停车 四向停车 环形方式 无信号交叉口的通行能力 主路优先交叉口 四路停车交叉口 两向停车交叉口车流运行特性 主要道路上的车辆 优先通行 沿次要道路行驶的车辆 让主要道路上的车辆先行 寻找机会 穿越主要道路上车流的空档 主要道路上能够通过的车辆多少 按路段计算 次要道路上能够通过多少车辆 受下列因素影响 主要道路上车流的车头间隔分布 次要道路上车辆穿越主要道路车流所需时间 次要道路上车辆跟驰的车头时距大小等 要点理解 无信号交叉口的通行能力 等于主要道路上的交通量加上次要道路上车辆穿越空档能通过的车辆数 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 在无信号交叉口 主要道路上的交通量不大 车辆呈随机到达 有一定空档供次要道路的车辆穿越 否则 需加设信号灯 分配行驶权 要点理解 有多少车辆可以穿越主要道路 假设条件主路上的车辆优先通过路口 主路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t0时 次要道路上车辆方可穿越 次要道路上车辆跟驰行驶时的车头时距t 3 5s 关键问题 q Q主 3600 pcu s 主要道路上单位时间间隔内车辆的平均到达率 有多少车辆可以穿越主要道路 关键问题 主路上的车头时距为H 则 因此 主路车流间隙允许n辆车穿越的概率为 有多少车辆可以穿越主要道路 关键问题 主要道路车头时距大于t0的概率 次要道路车头时距小于t的概率 主路一个车流间隙允许次路穿越车辆数的期望值为 信号交叉口的通行能力 交叉口通行能力是指各相交道路进口处通行能力之和 停车线段面法 凡车辆通过停车线断面就认为车辆已经进入交叉口 对于直行专用车道 右转专用车道 左转专用车道 直左混行车道 直右混行车道 直左右混行车道都有专门的计算公式 信号灯控制的交叉口 绿灯亮时 允许各行驶方向的车辆进入交叉口 红灯亮时 只允许右转车辆沿右转专用车道行进 但不得影响横向道路上直行车辆的正常行驶 黄灯亮时 已越过停车线的车辆继续行驶 通过交叉口 没越过停车线的车辆应在停车线后等候绿灯 信号相位 各进口道不同方向所显示的不同色灯组合称为一个相位信号 周期长度 各个行车方向完成一组色灯变换所需的总时间 等于红灯时间 绿灯时间 黄灯时间绿信比 一个周期内某一方向有效通行时间与周期长度之比 基本概念 2相位方案 2相位配时图 多相位信号控制 十字形交叉口设计通行能力等于各进口道设计通行能力之和 进口道设计通行能力等于各车道设计通行能力之和 十字交叉口的设计通行能力 直行道的设计通行能力Cs一条直行车道的设计通行能力 pcu h T信号灯周期 s tg信号每周期内的绿灯时间 s t0绿灯亮后 第一辆车启动 通过停车线的时间 s 如无本地实例数据 可采用2 3s ht直行或右行车辆过停车线的平均时间 s pcu 折减系数 可用0 9 直右车道通行能力直左车道设计通行能力直左右车道设计通行能力 直左车道中左转车所占比例 设专用左转 专用右转车道时 只设专用左转车道时 只设专用右转车道时 进口道的设计通行能力 当对面到达的左转车不超过时 左转车通过交叉口对本方向直行车基本上没影响 只有当超过时 应考虑增设左转专用车道 应折减本方向各直行车道 包括直行 直左 直右 直左右车道 的设计通行能力 No各种直行车道数 CL每小时左转车辆数 pcu h 直行车道通行能力折减 例9 7 已知某交叉口设计如图所示 东西干道一个方向有三条车道 南北支路一个方向有一条车道 信号灯管制交通 信号配时 周期T 120s 绿灯tg 52s 车种比例大车 小车为2 8 东西方向左转车占该进口交通量的15 右转车占该进口交通量的10 南北方向左右转车占该进口交通量的15 求交叉口的设计通行能力 解先计算东西方向干道 东进口有三条车道 区分为专用左转 直行和直右三种车道 1 计算直行车道的设计通行能力取据车种比例为2 8 查表9 34 得ht 2 65 2 计算直右车道的设计通行能力 3 东进口属于设有专用左转车道而未设右转专用车道类型 4 该进口专用左转车道的设计通行能力 5 验算是否需要折减当时 应当折减 不影响对面直行车辆行驶的左转交通量等于134pcu h 折减值为 6 西进口设计通行能力同东进口 东西向通行能力均为 7 南进口设计通行能力该进口只有直 左 右混行车道 其设计通行能力计算 8 验算南进口的左转车是否影响对面直行车 因为南北进口车道划分相同 即验算北进口左转是否影响南进口车的直行设计左转交通量Cl 493 0 15 74pcu h 设计左转交通量 不需要折减 9 交叉口的设计通行能力交叉口设计通行能力等于四个进口设计通行能力之和 东西进口折减后的设计通行能力为1146pcu h 南北进口设计通行能力为493pcu h 故该交叉口的设计通行能力为 思考 T型交叉口的设计通行能力 计算图示一 计算图示二 计算图示一 该交叉口的设计通行能力为A B C各进口道设计通行能力之和 应验算C进口道左转车对B进口道通行能力的折减 具体计算如下 A进口道的设计通行能力 B进口道的设计通行能力 C