道路工程第三章道路交通流特性及通行能力

第三章道路交通流特性及通行能力,第一节概述,一、交通流是道路上人流和车流的总称二、交通流特性是指在道路交通系统中有关交通流参数的定性和定量的特征，以及它们在不同的时空条件下的变换规律和相互关系,三、交通流参数是指描述和反映一些交通流特性的物理量。主要包括交通量，行车速度，交通密度，交通延误，车头时距，车头间距，时间占有率等参数。其中，交通量、行车速度、交通密度是三大基本参数,第二节交通量,一、交通量的定义在单位时间段内，通过道路某一横断面的交通实体的数量，也称交通流量，简称流量。一般就是指机动车的交通量，同时不加说明的话一般是指两个方向的机动车的交通量。,二、交通量的表示方法（一）平均日交通量ADT(veh/d)为观测期内日交通量的平均值。即观测期内交通量总和与观测天数的比值Qi为观测期内第i日的交通量，veh/dN为观测天数，d,平均每天交通量：AverageDayTraffic,交通工具，车辆：vehicle,（二）年平均日交通量(AADT)为在一年的观测期内日交通量的平均值。即一年的交通量的总和与该年总天数的比值。Qi为观测期内第i日的交通量，veh/dN为全年的天数，d，n=365或者366,（三）月平均日交通量(MADT)为在一个月的观测期内日交通量的平均值。即为一个月的交通量总和与该月总天数的比值，vdh/dQi为观测期内第i日的交通量，veh/dN为当月的天数，d，n=28，29，30，31,（四）周平均日交通量(WADT)为在一周的观测期内日交通量的平均值。即一周的交通量总和与周天数的比值。veh/dQi为观测期内第i日的交通量，veh/d,（五）小时交通量，为一小时内观测的交通量(1)高峰小时交通量（PHV）peakhoursvolume全天交通量最大的那个小时叫高峰小时，该小时内的交通量称高峰小时交通量（早/晚高峰小时交通量）(2)年最大小时交通量指一年内各小时交通量中最大的一个小时交通量(3)年第30位小时交通量将一年内各小时(24x365=8760h)的交通量，按从大到小的顺序排列的第30小时所对应的交通量。其与年平均日交通量的比值(K)比较稳定，常用它作为设计小时交通量。比如(道路宽度，车道数),（六）交通流率简称流率，是指将不足一个小时观测所得的交通量，换算成一个小时交通量所的的比值。N为t时间内观测到的车辆数，veht为观测时间，min交通流率主要用于高峰小时内流量的变化分析和对道路交通能力，服务水平等的评价,流率=,交通量随时间和空间变化而变化的现象，称为交通量的时空分布特性。交通量随时间变化的特性。主要包括交通量的月变化、周变化、小时变化（用折线图、直方图或饼图等表示）,三、交通量的时间分布特性,某观测站测得各月的交通量及全年的累计交通量如下表，试计算各月的平均日交通量与月变系数K月,(一)月变化：一年内各月交通量的变化称为月变化。以月份为横坐标，月平均日交通量相当于年平均日交通量的百分数为纵坐标，绘成的曲线图称为交通量的月变图,（二）周变化具体数据见P73，表4-2,（三）交通量的小时变化交通量的小时变化中，高峰小时的交通量变化是人们所关注的，它是交通流特性中的一项重要的指标。高峰小时交通量的变化特征常用高峰小时流量比和高峰小时系数来描述。具体数据见P74-75表4-3时变系数为各小时交通量除以全天交通量。高峰小时流量比为高峰小时的时变系数。,1.高峰小时流量比。(早/晚)高峰小时交通量与该天全天交通量之比。2.高峰小时系数(PHF)。就是高峰小时交通量与高峰小时内某一时段的交通量扩大为1小时的高峰小时交通量的比值。peakhoursfactor,例题：4-3P76,指交通量随空间变化的特性。主要包括城乡分布特性，路段分布特性，方向分布特性和车道分布特性,四、交通量的空间分布特性,第三节行车速度特性,行车速度既是道路规划设计中的一项重要指标，又是车辆运输效率的一项评价指标，对于实现交通运输安全，迅速，经济，舒适的目的具有重要的意义。了解和掌握道路上行车速度及其变化规律，是正确进行交通规划，道路设计，交通控制，运输管理的基础,一、行车速度分类（一）地点车速指车辆通过某一地点时的瞬时车速。汽车速度表盘指示的速度，雷达测速仪测到的速度均为地点速度（二）行驶速度是指车辆行驶某一区间的距离与行驶这一区间距离所需的有效时间（不包括停车时间）的比值。行车速度用于评价该路段的线行顺适应和通行能力，也可于成本效益分析,（三）行程车速指车辆通过某段路程与车辆通过该路程所需的总时间（包括中间停车时间和延误时间，但不包括住宿，修车，停车休息及离开行驶路线以外的时间）之比。用于评价道路的畅通程度（四）设计车速指在道路交通与气候条件良好的情况下，仅受道路杂技条件限制时所能保持的最大安全车速。它是道路几何线形设计的依据,（五）临界车速指道路通行能力达到最大时的车速，对于选择道路等级具有重要的作用,二、行车速度的统计分布特性道路上车辆的行车速度分布是不均匀的，单用某一个地点或者某一时间的速度很难说明其速度特性。一般情况下，多用算术平均值来表示行车速度。但实际上算术平均值的周围变化很大，分布宽，所以要研究速度的统计分布规律。对行车速度统计分布特性的研究，一般借助速度频率分布曲线和累计频率分布曲线。,(一)速度频率分布曲线和累计频率分布曲线将现场测到的地点车速由大到小排列，然后按一定的组距间隔进行分组。各组内车辆出现的次数叫频数，各组内车数与车辆总数的比叫频率。根据各组车速中值和相应的频率绘制成的曲线即为速度频率分布曲线。根据各组车速中值和相应的累计频率绘制成的曲线即为地点车速累计分布曲线,(二)行车速度统计分布的特征值从速度累计频率分布曲线图就可以分析行车速度统计分布的特征值1.中位车速。也称50%车速，表示在该速度以下行驶的车辆与该速度以上行驶的车辆数相等。在正态分布的情况下，中位车速等于平均车速2.85%位车速。表示所观测的车辆中，有85%的车辆行驶在此速度以下，只有15%的车辆行使速度高于此值。因此，为了确定绝大多数车辆都能遵守的速度，同时又能最大限度地保证行车安全，在交通管理中，常以85%位车速作为某些路段的最高限制速度,3.15%位车速。表示在所观测的车辆中，有15%的车辆行使在此速度以下，有85%的车辆行驶高于此值。由于只有少数车辆以低速行驶，这样，往往容易出现阻塞排队，甚至发生追尾想撞的事故。因此，在高速公路和快速道路上，为了行车安全，常以这个速度作为最低限速。,三、时间平均车速和区间平均车速(一)时间平均车速单位时间内测得通过某横断面各车辆的地点车速的算术平均值,(二)区间平均车速在某一瞬间，行驶于某一区段的全部车辆的车速分布的平均值（详见例4-5）,第四节交通密度特性,道路交通有这样常见的现象：1、当道路上车辆很少时，流量近似于零，交通流呈自由状态；2、当道路上挤满了车辆时，流量也趋近于零，而此时交通流却呈现阻塞状态,一、交通密度的概念,一、交通密度的概念,表达的是：平均每公里有多少车,一、交通密度的概念,表达的是：某车道平均每公里有多少车,一、交通密度的概念,交通密度又称为车流密度，它是指在某一瞬间，单位道路长度内的车辆数，其表达式为：,当交通量由零逐渐增大，接近或达到道路通行能力时的交通密度称为临界密度，临界密度反映交通流最大时的密度，故又称为最佳密度；km当密度继续增大，达到导致所有车辆无法通行时，速度趋近于零，交通流量也趋近于零，此时的密度称为阻塞密度。kj,二、车头时距与车头间距（一）车头时距(timeheadway)车头之间时间间隔,每小时4公里的速度，4公里上共有8辆，共耗时3600秒,二、车头时距与车头间距（一）车头时距(timeheadway)车头之间时间间隔,车头时距是指相邻车辆的车头经过同一地点的时间差，用符号ht表示。平均车头时距与交通量之间的关系为：,车头时距是交通流的重要变量之一，车头时距大小影响车辆运行安全、道路服务水平、驾驶行为和道路的通行能力。,车头时距的分布分类:随机状态、常态分布、中间状态车头时距的应用1.路段通行能力的研究2.交叉口通行能力的研究3.其他,（二）车头间距（spaceheadway）车头之间距离,每公里为1000米，重点要算出平均每公里占据的车辆数,（二）车头间距（spaceheadway）车头之间距离,车头间距是指前后相邻两辆车的车头之间的距离，用符号hd表示。平均车头间距、与交通密度之间的关系为：,车头间距、车头时距与车速三者之间的关系为：,例题：,在一条长30km的某路段的起点断面上，在5min内测得60辆汽车，车流是均匀连续的，V=10km/h，试求Q、ht、hd、K以及第一辆车通过这段路所需时间t。,三、空间占有率和时间占有率,(一)空间占有率观测路段中行驶的车辆总长度占该路段长度的百分比，称为车辆对道路的空间占有率，用Rs表示。公式为：,(二)时间占有率,在某一测定时间段车辆通过某一断面的累计时间占该测定时间的百分比，称为车辆对道路的时间占有率，用Rt表示。公式为：,第四节交通流参数的相互关系,一、交通流参数的基本关系交通流量、行车速度、交通密度之间可用一函数关系式来表示,关系式(425)可用三维坐标系中的空间曲线来表示，如图:,可以确定反映交通流特性的一些特征变量：,1.最大流量Qm,是QV图上的顶点，是交通量的峰值；2.临界速度Vm与Qm相对应的值，是流量达到最大值时的速度；3.畅行速度Vf,当密度趋于零时，车辆可畅行行驶，此时的速度为畅行速度；4.最佳密度Km,流量达到最大值时的密度,又称临界密度；5.阻塞密度Kj,当车辆阻塞时，速度趋于零时的密度,第一节交通量,1、交通量的定义是指在一定时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数量。2、交通量的意义交通量与经济发展速度、气候。物产、文化生活水平等多方面因素有关，且随着时间、地点的不同随机变化。观察、研究交通量变化规律是十分重要的。它是道路规划与设计、交通规划与管理的重要依据。3、交通量的种类,平均日交通量ADT年平均日交通量AADT（用于确定道路等级）月平均交通量MDAT（用于交通量统计分析）周平均交通量MADT（用于交通量统计分析）设计小时交通量DHV,交通量的种类,平均日交通量ADT,Qi各规定时间段内的日交通量，单位：辆/dorpcu/dn各规定时间段的天数，单位：d,设计小时交通量DHV,取一年中的排序第30位最大小时交通量，作为设计小时交通量。选取原则：保证道路在规划期满足绝大多数小时车流顺利通过，不造成严重阻碍，同时也要避免道路建成后车流量很低，投资效益差的现象发生。,第二节行车速度,1行车速度的定义是车辆在道路上行驶的距离L与所需时间t的比值，也称车速。2车速的类型3影响车速变化的因素,车速的类型,地点车速车辆通过某一点或某一断面的瞬时速度。观测距离以20-50m为易。用于道路设计、交通管制和规划。行驶车速车辆通过某一区间所需要的时间（不包括停车或损失时间）与该区间距离求得的车速。用于评价该路段的顺适性和通行能力，也可用于计算道路使用者的效益和费用。行程车速车辆通过某段路程与该段路程所需总时间（包括有效运行时间、停车时间、延误时间、但不含车辆在起、终点装卸和调头时间）之比。用于评价道路的通畅程度和估计行车延误时间。运行车速具有中等技术水平的驾驶人员在良好的气候条件、实际道路情况和交通条件下所能保持的安全车速。用于评价道路通行能力和车辆运行状况。,车速的类型,临界车速道路理论通行能力达到最大时的速度。用于选择道路等级。设计车速道路交通气候条件良好情况下仅受道路条件影响时，具有中等技术人员能安全顺适地驾驶车辆的最大车速。用于道路线形几何设计。时间平均车速在单位时间内测得道路某断面各车辆的地点车速的算术平均值为该断面的时间平均车速。区间平均车速在某一特定瞬间，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。,影响车速变化的因素,道路条件指道路的等级、路面状况、线形、视距。交通条件指交通量、车辆组成、交通管理与控制。驾驶员、环境指驾驶员的技术水平、驾龄长短、年龄、性别、个性、婚姻状况。与气候、季节、地理位置有关。,第三节交通密度,1交通密度的定义是指在单位长度的道路上，一个车道或一个方向上某瞬间的车辆数，又称车辆密度。2交通密度的种类3交通密度的作用衡量道路车流畅通状况，判别交通拥挤情况，从而决定采取何种管理措施。4车头间距在同一车道同向连续行驶的相距两辆车的车头距离。5车头间距同一车道同向连续行驶的相邻两辆车的车头时间间隔。,交通密度的种类,最佳车流密度路段通过车流量为最大时的车流密度。阻塞密度当密度过大时，车辆几乎无法行驶时的车流密度。,第四节交通流三参数的基本关系,Q=v/k式中：Q平均流量（辆/h）；V区间平均车速（km/h）；K平均车流密度（辆/km）。,基本关系的含义,当道路上车辆增多,车流密度由小变大时,车辆就会被迫降低车速行驶,此时交通量会减少；当道路上车辆减少，车流速度由小变大时，车辆就会增大车速行驶，此时交通量会增大。,反映交通流特性的特征量,极大流量Qm临界速度Vm最佳密度Km阻塞密度Kf畅行速度Vf,第五节通行能力,1、通行能力的定义是指在一定的道路、交通、管制的条件下，单位时间内，一条车道或道路的某一断面所能通过的最大车辆