[工学]2-3 交通特性分析.ppt

第三节速度特性 第二章交通流特性 1 地点车速 SpotSpeed 车辆通过某一地点时的瞬时车速 2 行驶车速 RunningSpeed 由行驶某一区间所需时间 不包括停车时间 及其区间距离求得的车速 评价该路段线形顺适性和通行能力和成本效益分析3 运行车速 OperatingSpeed 指中等技术水平的驾驶员在良好的气候条件 实际道路状况和交通条件下所能保持的安全车速 评价道路通行能力和车辆运行状况4 行程车速 TravelSpeed 行程车速又称区间车速 是车辆行驶路程与通过该路程所需的总时间 包括停车时间 之比 评价道路畅通情况 估计行车延误 5 临界车速 CriticalSpeed 指道路达到理论通行能力时的车速 对于选择道路等级具有重要作用 6 设计车速 DesignSpeed 指在道路交通与气候条件良好的情况下仅受道路物理条件限制时所能保持的最大安全车速 用作道路线形几何设计的标准 一 基本定义 3 二 时间平均车速与区间平均车速 1 时间平均车速 TimeMeanSpeed TMS 单位时间内测得通过道路某断面各车辆的点车速 这些点速度的算术平均值 即为该断面的时间平均车速 时间平均车速 第i辆车的点速度 2 空间平均车速 SpaceMeanSpeed SMS 在某一特定瞬间 行驶于道路某一特定长度内的全部车辆的车速分布的平均值 当观测长度为一定时 其数值为地点车速观测值的调和平均值 4 3 时间平均车速与空间平均车速的关系由时间平均车速推算空间平均车速 时间平均车速观测值的均方差 由空间平均车速推算时间平均车速 空间平均车速观测值的均方差 5 例1 设有3辆汽车 分别以20 40 60km h的速度通过长度为10km的路段 试求时间平均车速和空间平均车速 解 先求时间平均车速 再求空间平均车速 6 三 行车速度的统计分布特性 行车速度与交通量一样 也是一个随机变量 研究表明 在乡村公路和高速公路路段上 运行车速一般呈正态分布 在城市道路或高速公路匝道口处 车速分布比较集中 一般呈偏态分布 如皮尔逊 型分布 对行车速度进行统计分析 一般要借助车速分布直方图和车速频率 累计频率分布曲线 如图示 频率 7 速度分布特性高速公路图2 7 图2 10给出了沈大路和沈本路调查的各车型及各车道的速度分布概率曲线 车速分布规律基本一致 都大致服从正态分布 三种车型的速度期望值也大致相等 另外 由内侧与外侧车道的速度分布曲线可知 内侧车道的车速明显高于外侧车道 8 9 一般公路图2 11 图2 15给出了一般公路调查路段的速度分布概率曲线 从图中可以看出 一般公路的大 中 小三种车型的速度分布比较接近 且分布也接近正态分布 一级路内侧车道的车速期望值略高于外侧车道 10 11 12 三 行车速度的统计分布特性 表征车速统计分布特性的特征车速 常用 1 中位车速也称50 位车速 是指在该路段上在该速度以下行驶的车辆数与在该速度以上行驶的车辆数相等 在正态分布的情况下 50 位车速等于平均车速 2 85 位车速在该路段行驶的所有车辆中 有85 的车辆行驶速度在此速度以下 只有15 的车辆行驶速度高于此值 交通管理部门常以此速度作为某些路段的限制车速 3 15 位车速与速率波动幅度意义类前 在高速公路和快速道路上 为了行车安全 减少阻塞排队现象 要规定低速限制 因此15 位车速测定是非常重要的 85 位车速与15 车速之差反映了该路段上的车速波动幅度 同时车速分布的标准偏差S与85 位车速和15 车速之差存在着下列近似关系 13 四 影响车速变化的因素 1 驾驶员对车速的影响2 车辆对车速的影响3 道路对车速的影响 1 街道类型及等级 2 平面线型 3 纵断面 4 车道数及车道位置 5 视距 6 侧向净空 7 路面 4 交通条件对车速的影响 1 交通量 2 交通组成 3 超车条件 4 交通管理 5 交通环境 第四节密度特性 第二章交通流特性 1 概念 指在某一瞬间内单位长度道路上的车辆数 又称车流密度 单位为 辆 km K N L2 意义 车流密度大小反映一条道路上的交通密集程度 对于同一条道路 可不考虑车道数 对于具有不同车道数的道路 为使车流密度具有可比性 车流密度应按单车道定义 单位 辆 km 车道 密度是交通流中重要的参数 因为它直接反映了交通需求量 密度还可以近似地用来衡量驾驶员操纵车辆的舒适性和灵活性 密度是瞬间值 随着观测的时刻 路段长度而变化 是平均值 3 密度的应用 管制 事故探测 服务水平 一 交通密度基本定义 Density 二 车道占有率 Occupancy 由于密度是瞬时值 随观测的时间或区间长度而变化 而且反映不出与车辆长度和速度的关系 尤其当车辆混合行驶时 密度的高低 并不能明确地表示交通流的状态 所以在交通工程中又引用了车道占有率的概念来表示车流密度 车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种 1 空间占有率在道路的一定路段上 车辆总长度与路段总长度之比称为空间占有率 通常以百分数表示 车流密度只能表示车流的密集程度 而空间占有率则能反映某路段上车队的长度 其表达式如下 2 时间占有率 在道路的任一路段上 车辆通过时间的累计值与观测总时间的比值称为时间占有率 通常以百分数表示 其表达式如下 三 车头间距和车头时距 1 车头间距 Spacing 是指一条车道上前后相邻车辆之间的距离 用车辆上有代表性的点来测量 如前保险杠或前轮 2 车头时距 Headways 是前后两辆车通过车行道上某一点的时间差 也是用车辆上有代表性的点来测量 对观测路段上所有车辆的车头时距和车头间距取平均值称为平均车头时距和平均车头间距 平均车头间距和平均车头时距与宏观参数的关系如下 微观参数对许多交通分析是有用的 如在通行能力的计算和交通流理论中的应用 另外 微观参数的使用 还可以单独分析交通流中各种相同类型车辆的运行状况 也就是说 既可以单独分析混合车流中前后跟随的轿车车流的密度和流率 也可以单独计算货车或其他交通体的密度和流率 第五节交通流基本特性及其相互关系 第二章交通流特性 一 交通流三参数基本关系 连续流没有外部固定因素 如交通信号 影响的不间断的交通流 连续交通流基本特性 Q KV曲线图 Q K Q V V K关系曲线图 一 交通流三参数基本关系 几个特征量自由流速度 Free flowSpeed vf阻塞密度 JamDensity Kj临界密度 CriticalDensity Km临界速度 CriticalSpeed vm最大流量Qm0流量 二 速度 密度关系 1 格林希尔茨 GreenShields 模型 线性模型在通常的交通流密度条件下 速度 密度关系图 二 速度 密度关系 2 格林柏 Greenberg 模型 对数模型交通流密度很大时 速度 密度关系图 二 速度 密度关系 3 安德伍德 Underwood 模型 指数模型交通流密度很小时 二 速度 密度关系 4 其他模型 二 速度 密度关系 格林希尔茨 GreenShields 模型 线性模型在通常的交通流密度条件下格林柏 Greenberg 模型 对数模型交通流密度很大时安德伍德 Underwood 模型 指数模型交通流密度很小时其他模型 三 流量 密度关系 由GreenShields线性模型及交通流基本关系有 平均车头时距 平均车头间距与流量 密度的关系 四 流量 速度关系 由GreenShields线性模型做变换得到 代入交通特性三参数基本关系模型 得到 例题 已知某公路畅行速度为Vf 80Km h 饱和密度为Kj 96辆 Km 且已知速度与密度具有V b aK 求该路段在密度为30辆 Km时的路段平均交通量 该道路的最大交通量为多少 对应的速度和密度值是多少 解 由格林希尔茨线性模型有 b Vf 80 1分a Vf Kj 80 96 1分V 80 80 96 30 55Km h 2分Q KV 30 55 1650辆 小时 2分Q KV K b aK 令dQ dK b 2aK 0 得Km 48辆 Km 则 1分Vm 80 80 96 48 40Km h 1分Qm KmVm 48 40 1920辆 小时 2分 第六节间断流特性 第三章交通流特性 间断流 有外部固定因素影响的周期性中断的交通流 信号交叉口处车辆通行分析 信号交叉口的间断流 信号交叉口的交通流描述饱和车头时距饱和流率启动损失时间 信号交叉口的交通流是周期性停止的 当信号变为绿灯时 车辆由停止状态开始运动 前几辆车的车头时距是大于h1的 因此 对于前几辆车 应增加其时距 h1 从而得到一个增量值 称为起动损失时间 用l1表示清尾损失时间清尾损失时间l2是指从一个方向最后一辆车进入交叉口的时刻与另一方向变为绿灯的时刻之间的时间差 有效绿时饱和流率与损失时间之间的关系是很重要的 对于饱和流李来说 有效时间被每辆车以h1秒的车头时距利用着 有效时间 是在一个信号周期的基础上 不但扣除了红灯时间 而且扣除了起动和清尾损失时间 信号交叉口的间断流 32 下面的例于可以帮助理解这一概念 对于给定的交叉口某一方向车道的交通信号 有下列参数 h1 2 s 辆 l1 1 5 s l2 1 5 s 在60s的信号周期内 这个车道的绿灯信号时间是27s 黄灯时间3s 红灯时间30s 假设在绿灯和黄灯时间内 车辆可以通行 则在每个60s内 有30s是可通行时间 所以 在一个小时的期间内 可通行的时间为 3600 30 60 1800s假设每辆车通过交叉口需2s 车道的饱和流率很容易算出 但是一小时内总的起动损失和清尾损失时间必须从1800s中减去 当每次交通流起动时 就失去1 5s 每次交通流停止时 又失去1 5s 每个信号周期内交通流起动 停止各一次 若每个周期是60s 则lh内有60个这样的周期 所以总损失时间为 60 1 5 1 5 180 s 则车辆通行的有效时间是 1800 180 1620 s 当车头时距为2s时 车道的饱和流率应为 1620 2 810 辆 h 1 延误的定义延误 Delay 是指行驶在路段上的车辆由于受到道路环境 交通管理与控制及其它车辆的干扰等因素的影响而损失的时间 2 延误的分类延误通常用作评价产生间断流的设施 总的来说 延误可分为 停车延误 是一辆车通过道路设施的某一部分所用的全部停车时间 行程时间延误 是一辆车通过道路设施的某一部分所用的实际时间与无延误时间的差值 它包括停车延误和慢行延误 固定延误 由交通控制装置引起的延误 与交通量大小及交通干扰无关 主要发生在交叉口处 信号 停车标志 让路标志和铁路道口等都会引起固定延误 延误 运行延误 由各种交通组成部分之间相互干扰而引起的延误 运行延误可分为两种 一种是由其他交通组成部分对车流的干扰 称为侧向干扰 而引起的延误 例如行人 受阻车辆 路侧停车以及横穿交通等因素引起的延误 另一种运行