交通流理论第二章

第二章交通流特性第一节交通调查交通调查：一种调查分析工作，用于从道路系统的选定点或选定段收集有关车辆(或行人)运行状况的数据。意义：交通调查对改善交通规划、道路设施建设、交通管理等非常重要。调查方法：(一)定点调查；(2)小距离调查(距离10米)；小于)；(3)沿段长度调查(段长度至少500米)；(4)浮动观测车辆调查；(5)区域调查。在图2-1中，纵坐标表示车辆在驾驶方向上起点(任意选定)的长度，横坐标表示时间。在图中，斜线表示车辆的运行轨迹，坡度表示速度，直线交点表示超车。通过车辆行驶轨迹的水平线表示定点调查。两条非常接近的水平平行线表示较小的距离调查。垂直线表示沿线段长度的调查(空白照片等瞬时状态)。车辆的轨道之一可以表示浮动车辆调查。ITS区域调查类似于根据不同的时间和地点进行大量的浮动车调查。005001000150020002500时间(s)距离(m)高速公路车道沿线段长度调查定点调查小距离调查浮动车调查306090120图2-1几种调查方法的时间-距离图标一、定点调查定点调查包括人工调查和机器调查。人工调查法是选择观察点，用秒表记录经过该点的车辆数。机器调查方法中常用自动计数器调查、雷达调查、照相机调查等。自动计数器调查法中使用的仪器是感应式、环形线圈、超声波等检查仪器，几乎适用于所有交通条件，尤其是需要长期连续调查的路段。雷达调查法适用于速度高、交通量少的情况。相机调查法通常将相机放置在靠近观察点的高空，将相机与视点对齐，以固定间隔自动拍摄(例如15s、30s、45s或60s)，根据自动拍摄的照片中车辆位置的变化计算不同流量的交通量。此方法可以获得更完整的交通信息，例如流量、流量、自行车流量和通行速度、前进时间和延迟。除了这种方法外，还有航空照片调查法、光电池调查法等。定点调查可以直接获取流量、速度和正面距离的数据，但不能测量密度。二、小距离调查该调查使用以5米或6米间隔成对的探测器获取数据，如流量、速度和前向时间距离。点探测器，如目前常用的感应线圈和微波束。调查位置速度时，埋设前后一定距离(如5米)的探测器，车辆通过两个探测器时发出信号，传送到记录表，记录表记录车辆通过两个探测器所用的时间。把那段距离除以时间，就能得到位置速度。这种调查方法还可以获得份额，份额是该地区内车辆通过探测器的时间占总观察时间的百分比。份额与测试区域的大小、探测器的特性和结构有关，因此可以在同一交通状态下按位置衡量不同的份额。低利率调查也无法测量密度，但可以获得流量、速度、前进时间、份额等数据。三、沿道路长度调查区间长度调查主要是指适用于超过500米的长区间的照相机调查方法。相机调查法首先连续拍摄观测段，然后直接在拍摄的照片上计算车辆数，因此是调查密度的最准确的方法。但是拍摄胶片的清晰度很大程度上受天气条件的影响，所以调查时要注意选择晴朗的时间。相机调查法分为地面高点相机法和航空相机法。该方法可以测量密度，但由于时间尺度未在调查中给出，因此无法获得流量和速度。四、浮动车调查浮动观测车调查有两种方法。第一方法：是使用移动车辆记录速度和移动时间(分别跟随时间和分段位置的函数)，从而使移动车辆以车辆的近似平均速度行驶。这种方法即使没有精密的仪器，也能获得有关高速公路上交通流运动的很多信息，但不能获得准确的平均速度。此方法有两种一般形式。一是人在车上记录速度和旅行时间；另一种是使用速度计(通常用于长途行驶的卡车或公共汽车)。第二种方法：可以对不拥挤的道路和没有自动检测设备的郊区高速公路同时进行速度和流量调查。此调查方法基于观测差往返于道路上，计算流速和速度的公式如下：(2-1)(2-2)(2-3)格式：公路参考方向的预计交通量；观测车辆在参考方向逆向行驶时遇到的车辆数；观测车辆沿参考方向行驶的净超车数(即，超过观测车的车辆数减去超过观测车的车辆数)；车辆沿参考方向逆向行驶的旅行时间；车辆沿参考方向行驶的移动时间；车辆沿参考方向行驶的平均移动时间估计；节长度；区间平均速度。调查时，驾驶员应提前确定一定的时间长度，按照这个时间运行，并允许沿区间停车，但整体运行时间应与预定时间相同。整个旅行时间按照美国国家城市交通委员会的规定，主要道路为19min/km，辅助道路为6min/km，一般往返12-16次，可以获得满意的结果。另外，转弯车辆(出发及进入)会影响计算结果，因此，为这种调查选择的路段应尽量避免主要进出口。五、区域调查智能运输系统包括提供车辆速度信息的车辆和引导枢纽系统的通信技术。但是，通过智能运输系统获得的速度信息包括记录点的瞬时速度，简单地是车辆的识别信号(根据收到的相邻信号计算系统的车辆移动时间)，通过固定在路边的一些信号传输设备(通常称为信号)向车辆发送信号，注册车辆接收信号，将速度和位置信息返回给枢纽系统。此方法只能提供速度信息，不能确定车辆所在分段的流和密度。如果安装了适当的传感器，每个诱导车辆可以记录前向时间间隔和前向时间间隔，则通过这些资料可以获得流量和密度。第二节交通流参数道路上的行人或行驶的车辆构成行人或交通流，行人和车辆的流动称为交通流，没有特别名称的交通流一般指汽车流。交通流运行状态的定性和定量特性称为交通流特性，描述交通流特性的某些物理量称为交通流参数，参数更改规则反映交通流的基本特性。交通流的基本参数有三个因素：交通流、速度和密度。常用参数包括前时间间隔、前方向间隔等。一、流量流量是在单位时间内通过道路上特定点、横断面或车道的交通图元数(对于汽车流，则为车辆数)。流量可以通过具有以下关系的定点调查直接获得：(2-4)格式：流(veh/h)；观测期间长度；观测期间的车辆数。观察期间长度和前视时间之间的关系如下：(2-5)格式：第一辆车和第一辆车的前置时间。将样式(2-5)替换为样式(2-4)可以获得流和平均前视图时间之间的关系。(2-6)格式：平均正面时间。第二，速度1.位置速度(即时速度，也称为瞬时速度)位置速度是车辆通过道路上特定点时的速度，公式为：(2-7)时间和车辆位置的中间。雷达和微波调查的速度非常接近这个定义。车辆位置速度的近似也可以通过小分段调查(保持一定距离，通过感应线圈调查)获得。2.平均速度(1)时间平均速度是观察时间内通过道路横断面的所有车辆位置速度的算术平均。(2-8)格式：第一辆车的位置速度；观测到的车辆数。(2)具有两个定义的平均间隔速度：被定义为车辆在特定距离内驾驶平均行驶时间的人：(2-9)格式中：车辆的行驶距离d所用的行驶时间。(2-10)样式：车辆行驶距离的行驶速度。食物(2-9)适合低交通量的条件，并且必须具有被观测车辆的随机性。样式(2-9)变形如下：(2-11)此表达式表示间隔平均速度是观察区内所有车辆行驶速度的协调平均值。间隔平均速度的另一个定义为特定时间段内所有车辆位置速度的平均值。通过沿分段长度进行调查，可以使用以下公式在短时间间隔内对分段进行两次或多次空中拍摄，以确定所有车辆的位置速度(近似值)和间隔的平均速度：(2-12)(2-13)格式：第辆车的平均速度；两张照片的时间间隔；第一辆车以间隔行驶的距离。研究表明，用这种方法得到的速度观测的统计分布与实际速度的分布相同。(3)时间平均速度与间隔平均速度的关系对于具有信号控制交叉点的段或严重拥挤的高速公路等非连续交通流，区分这两种平均速度尤为重要。对于自由流，区分这两种平均速度没有意义。在公路上，车辆速度发生很大变化时，这两种平均速度的差别很大。时间平均速度与间隔平均速度的关系如下：(2-14)格式中：第一周交通流的密度；交通流的整体密度。三、密集度强度包含两种含义：份额和密度。(a)份额份额是车辆的时间密度，是在特定观察时间内车辆通过探测器所花费的时间与观察到的总时间之比。对于单个车辆，检测器所需的时间取决于单个车辆的速度、车辆长度和检测器本身的长度。(2-16)将前面第二个项目的分子分母相乘，将表达式(2-4)和表达式(2-11)替换为：(2-17)默认公式为：(2-18)替代(2-17):(2-19)，其中是前面时间距离的总和，即密度。将自下而上的分子分母同时分成：(2-20)如果指定了主体长度值，常识可以简化为：(2-21)风格：车身长度和检测仪长度之和。单个探测器的长度是固定的，因此，假设车辆长度相等，则此公式表示份额与密度成正比，可以得出以下间隔平均速度计算公式：(2-22)(b)密度交通密度表示车辆的空间密度。也就是说，一瞬间单位道路长度中存在的车辆数，即：密度只能通过沿道路区间长度测量的方法获得：航空照片(图中测量的距离和车辆数)。如果你记得第一辆车和前一辆车的前间距：(2-23)格式：第一辆车和前一辆车(第一辆)的前置时间；第辆车的速度。平均密度为：(2-24)或者(2-25)格式：平均交通密度；记录的正面间隔数。表达式(2-25)表示平均交通密度等于各个交通流密度的调和平均值。第三节交通流基本参数关系模型本部分主要介绍交通流的三个要素：流、速度和密集度之间的关系模型。这些模型包括速度-流模型、速度-密度模型、流-密度模型等，其中一些基于数学模型，另一些基于实际经验。一、速度-流量模型(a)绿山抛物线模型此速度-流抛物线模型以绿色shields(绿色shields)速度-密度的线性模型为基础，是速度-流关系的初步研究，其公式为：(2-62)格式：自由流动速度；阻塞密度。图2-8是模型的图，