交通工程 完美ppt

6/1/2020,1,第一章绪论,6/1/2020,2,一、交通工程的定义、产生与发展,交通工程学的定义20世纪40年代美国交通工程师学会的定义澳大利亚著名的交通工程学教授布伦敦的定义1983年世界交通工程师协会会员指南提出的定义前苏联学者的定义英国学者的定义日本学者的定义,6/1/2020,3,一、交通工程的定义、产生与发展,我国交通工程手册给出的定义：交通工程学是研究道路交通中人、车、路、环境之间的关系，探讨道路交通规律，建立交通规划、设计、控制和管理的理论方法，以及有关设施、装备、法律和法规等，使道路交通更加安全、高效、快捷、舒适的一门技术科学。,6/1/2020,4,一、交通工程的定义、产生与发展,我国著名的交通工程学者给出的定义：交通工程学是研究交通发生、发展、分布、运行及其规律，探讨交通调查、规划、设计、监控、营运、管理、安全的理论、方法以及有关设施、装备、法律和法规，协调道路交通中人、车、路与环境之间的相互关系,使道路交通更加安全、高效、快捷、舒适、方便、经济的一门工程技术科学。,6/1/2020,5,一、交通工程的定义、产生与发展,交通工程学研究的内容涉及到以下五个领域：工程（Engineering）执法（Enforcement）教育（Education）环境（Environment）能源（Energy）因此，交通工程又称“五E”科学。,6/1/2020,6,一、交通工程的定义、产生与发展,交通工程的产生与发展步行时代马车时代汽车时代智能交通时代,6/1/2020,7,二、交通工程的研究现状、存在问题与发展趋势,交通工程学创立的初期主要是交通管理，诸如给驾驶员发执照，设立交通标志,安装手动信号机，进行路面画线等，以减少交叉路口的阻塞。,6/1/2020,8,二、交通工程的研究现状、存在问题与发展趋势,交通工程发展的中期20世纪60年代：开始在一个地区或一个城市做交通规划,并按照规定的格式，做出行调查，用出行产生、交通分布、交通方式划分、交通分配的程式进行交通预测；从供需平衡的角度布设路网、枢纽、场站等交通设施。20世纪70年代：研究大众捷运系统,倡导步行，对公共交通实行优惠政策，推行合乘方式,减少不必要的客流、车流，保护环境，挖掘现有交通设施的潜力等。,6/1/2020,9,二、交通工程的研究现状、存在问题与发展趋势,20世纪80至90年代：交通工程的研究问题，多集中于交通管理方面。研究采用高新技术以提高公路交通的安全度和通行能力，改善日益恶化的公路交通，就成为大家公认的惟一可行的途径。,6/1/2020,10,二、交通工程的研究现状、存在问题与发展趋势,近期交通工程的发展先进的车辆控制系统AVCS：（AdvancedVehicleControlSystem）；先进的交通管理系统ATMS：（AdvancedTrafficManagementSystem）；先进的交通信息系统ATIS：（AdvancedTrafficInformationSystem）；其他系统。在此基础上，构建智能交通系统（ITS）。,6/1/2020,11,三、交通工程的性质、目的、任务、研究内容及相关学科,交通工程的性质、目的、任务交通工程学科是一门发展中的综合性学科，它从交通运输的角度，把人、车、路、环境与能源作为统一的有机整体进行研究和应用。就学科性质而言，它既从自然科学方面研究交通的发生、发展、时空分布、分配、车辆运行、停驻的客观规律，并作定量的分析计算、预测、规划、设计与营运等，又从社会科学方面研究交通有关法规、教育、心理、政策、体制与管理等。因此，交通工程学是一门兼有自然科学与社会科学双重属性的综合性学科。,6/1/2020,12,三、交通工程的性质、目的、任务、研究内容及相关学科,交通工程的研究内容交通特性：人、车辆、道路时空分布规律与交通流的特性；交通调查：交通流量，交通速度,交通密度,客、货流OD量，交通延误，交通的时间与空间的分布，居民出行，通行能力，客、货运流量，停车，交通环境，交通安全和事故等的调查；城市公共交通系统：公共交通的方式、公交交通车辆、公交线路规划理论、方法及交通信号配时优化等；,6/1/2020,13,三、交通工程的性质、目的、任务、研究内容及相关学科,交通流理论：不同运行状态的运行规律、流量、流速与密度等基本交通特性与主要参数之间的关系，目前使用的主要方法有:概率方法、流体力学方法、排队论、跟驰理论和交通动力学等诸多方法，及宏观与微观的理论的表达模型与方法等；交通规划的理论与方法：交通预测、分配、规划理论与模型、城市道路与公路网络规划及线形设计理论与方法等；交通组织管理与监控、诱导理论、技术与方法；交通事故的预测、预防，交通安全的评价、对策与违法处理；,6/1/2020,14,三、交通工程的性质、目的、任务、研究内容及相关学科,停车需求与停车设施的规划、设计、管理；交通环境保护；自行车交通的特性；道路交通立法、条例等；新交通体系及各种交通设施等。,6/1/2020,15,三、交通工程的性质、目的、任务、研究内容及相关学科,交通工程的相关学科社会科学方面：社会学、管理学、心理学、经济学、法学、行为科学。自然科学方面：数学、系统工程学、统计学、物理学、动力学、预测学、汽车学、电子学、运输学、控制理论。工程方面：道路工程、土木工程、城市规划、轨道工程、环境工程、运输工程、功效学、隧道工程、岩土工程、电子计算机技术等。从内容性质方面来分，既有基本理论与方法，又有技术基础与计测技术，还有专业理论与仿真。,6/1/2020,16,第二章交通流基本特性第一节流量(交通量)Q,6/1/2020,17,一、交通量的定义,交通量是指在选定时间段内,通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数。按交通类型分,有机动车交通量、非机动车交通量和行人交通量,一般不加说明则指机动车交通量，且指来往两个方向的车辆数。,6/1/2020,18,一、交通量的定义,交通量时刻在变化，在表达方式上通常取某一时间段内的平均值作为该时间段的代表交通量。如果以辆/d为单位，平均交通量表达式为:按平均值所取的时间段的长度计,常用的平均交通量有:年平均日交通量（AADT）；月平均日交通量（MADT）；周平均日交通量（WADT）。,6/1/2020,19,一、交通量的定义,年平均日交通量（AADT）：月平均日交通量（MADT）：k：为当月的天数。周平均日交通量（WADT）：,6/1/2020,20,二、交通量的时间分布,月变化：一年内各月交通量的变化称为月变化。年平均日交通量与月平均日交通量之比,称为交通量的月变化系数(或称月不均衡系数，月换算系数)，以K月表示。,6/1/2020,21,二、交通量的时间分布,周变化：交通量的周变化是指一周内各天的交通量变化，因此，也称周日变化。周变系数定义为：年平均日交通量除以某周日的平均交通量。某周日的平均日交通量等于全年所有该周日的交通量除以全年该周日的总天数。,6/1/2020,22,二、交通量的时间分布,时变化：一天24小时中，每个小时的交通量亦在不断变化。一天24小时中，流量最大的那个小时的交通量称为高峰小时交通量。高峰小时系数：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高峰小时的交通量之比。一般t=5min或t=6min或t=10min，最常用t=15min,6/1/2020,23,二、交通量的时间分布,如：t=15（min）t=10（min）城市中短时间的高峰交通量造成交通阻塞。,6/1/2020,24,三、交通量的空间分布,主要包括：交通量的城乡分布交通量的路段分布交通量的方向分布交通量在车道上的分布,6/1/2020,25,四、设计小时交通量,含义及作用：交通量具有随时间变化和出现高峰小时的特点，因此，在进行道路设施规划设计时，必须考虑这个特点。工程上为了保证道路在规划期内满足绝大多数小时车流能顺利通过，不造成严重阻塞，同时避免建成后车流量很低，投资效益不高，规定必须选择适当的小时交通量作为设计小时交通量。根据美国的研究、认为第30位最高小时交通量作为设计小时交通量是最合适的。,6/1/2020,26,四、设计小时交通量,第30位最高小时交通量所谓第30位最高小时交通量就是将一年中测得的8700个小时交通量，从大到小按序排列，排在第30位的那个小时交通量。研究表明，第30位小时交通量与年平均日交通量（AADT）之比的K值十分稳定。据国外观测，按道路类别及所在地区不同K值分布在12%18%范围内。,6/1/2020,27,四、设计小时交通量,设计小时交通量的计算（不考虑方向不均衡性）式中：DHV设计小时交通量（辆/h）；K设计小时交通量系数（%）；N车道数;C单每一车道设计通行能力（辆/h）；AADT规划年的年平均日交通辆量（辆/d）；W路幅宽度（m）；W1一条车道宽度（m）。,6/1/2020,28,四、设计小时交通量,设计小时交通量的计算（考虑方向不均衡性）式中：DDHV单向设计小时交通量；K设计小时交通量系数（%）；KD方向不均匀系数（%）,6/1/2020,29,第二节速度V,6/1/2020,30,一、基本定义,地点车速：这是车辆通过某一地点时的瞬时车速，因此观测时L取尽可能短，通常以2025m为宜，用做道路设计、交通管制、交通规划资料。行驶车速：这是从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，用于评价该路段的线形顺适性和通行能力分析，也可用于计算道路使用者的成本效益分析。运行车速：是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：用于评价道路通行能力和车辆运行状况。,6/1/2020,31,一、基本定义,行程车速：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。行程车速是一项综合性指标，用以评价道路的通畅程度，估计行车延误情况。要提高运输效率必须提高车辆的行程车速。临界车速：这是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。设计车速：是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。,6/1/2020,32,二、行车速度的统计分布特性,常用以下特征车速表示车速的统计分布特性：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。85%位车速：在该路段行驶所有车辆中，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。15%位车速：意义与前亦同。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:,6/1/2020,33,三、时间平均车速与区间平均车速,时间平均车速：在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，即:式中：时间平均车速（km/h）；第i辆车的地点车速（km/h）；n单位时间内观测到车辆总数（辆）。,6/1/2020,34,三、时间平均车速与区间平均车速,区间平均速度：是指某路段的长度与通过该路段所有车辆的平均行程时间之比（以后讲到速度如果不加说明即为区间平均速度）。当观测长度一定时，其数值为所有车辆行程车速的调和平均值，计算公式为:式中：区间平均速度（km/h）；s路段长度（km）；ti第i辆车的行驶时间（h）；n观测到的车辆数；vi第i辆车行程车速（km/h）。,6/1/2020,35,时间平均速度与区间平均速度之间的互换关系由时间平均速度可以推算出区间平均速度：式中：时间平均速度观测值的方差。由区间平均速度同样可以推算出时间平均速度：式中:区间平均速度观测值的均方差。,6/1/2020,36,第三节密度k、车道占有率车头间距hs、车头时距ht,6/1/2020,37,一、密度K,交通流（车流）密度：是指某一瞬间内单位道路长度上的车辆数目。式中：N路段内的车辆数(辆);L路段长度(km)。,6/1/2020,38,二、车道占有率,由于密度是瞬时值，随观测时间和区间长度而变化，且反映不出车辆长度和速度的关系，尤其是在车辆混合行驶时密度的大小并不能明确表示交通流的状态，这就要引入车道占有率的概念表示密度。车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。,6/1/2020,39,二、车道占有率,空间占有率：是指在一定路段上，车辆总长度与路段总长度之比（%），表达式为：式中：Rs空间占有率；S观测路段总长度；si第i辆车的长度；n观测路段内的车辆数。,6/1/2020,40,二、车道占有率,空间占有率示意图：,6/1/2020,41,二、车道占有率,时间占有率：在道路的任意路段上，车辆通过时间的累计值与观测总时间之比（%），其表达式为：式中：Rt时间占有率；T观测总时间；ti第i辆车的长度；n观测时间内通过该路段的车辆数。,6/1/2020,42,三、车头间距hs、车头时距ht,前述Q、K、V（这里V是指什么？）均属于宏观交通流参数，而车头间距和车头时距属于微观交通流参数。其定义为：车头间距：是指一条车道上前后相邻两车（用前保险杠等具有代表性的点测量）之间的距离。车头时距：是指连续行驶的前后两辆车（具有代表性的点）通过行车道上某一点（或某一断面）的时间差。对观测路段上所有的车头间距和车头时距取平均值称为平均车头间距与平均车头时距。,6/1/2020,43,三、车头间距hs、车头时距ht,平均车头间距与平均车头时距与宏观交通流参数Q、K存在以下关系：式中：平均车头间距（m）;平均车头时距（s）。,6/1/2020,44,第四节交通流的基本特性及其相互关系,6/1/2020,45,一、交通流三参数基本关系,交通流三参数之间的基本关系式为：式中：Q流量（辆/h）；V速度（区间平均速度）（km/h）；K密度（辆/km）。,6/1/2020,46,一、交通流三参数基本关系,流量、密度、速度三者之间的关系见下图：,6/1/2020,47,一、交通流三参数基本关系,6/1/2020,48,一、交通流三参数基本关系,交通流特性的一些特征变量:极大流量QmQ-V曲线上的峰值；临界速度Vm即流量达到极大时的速度；最佳密度km即流量达到极大时的密度；阻塞密度Kj车流密集到所有车辆基本上无法移动（V=0）时的密度；畅行速度Vf车流密度趋于零,车辆可以畅行元阻时的平均速度。,6/1/2020,49,二、速度与密度的关系,1933年，格林希尔茨（Greenshields）提出了速度密度线性关系模型，且模型与实测数据有良好的吻合性。K=0V=VfK=KjV=0K=KmV=VmQQmax,6/1/2020,50,二、速度与密度的关系,1959年，格林柏（Greenberg）提出了用于密度很大时对数模型：,6/1/2020,51,二、速度与密度的关系,1961年安德伍德（Underwood）提出了用于密度很小时的指数模型：,6/1/2020,52,三、流量与密度的关系,交通流的流量-密度关系是交通流的基本关系，根据格林希尔茨公式及三参数的基本关系式可得：,6/1/2020,53,三、流量与密度的关系,上式对Q求导，并令：,6/1/2020,54,四、流量与速度的关系,交通流的流量-速度关系是交通流的基本关系，根据格林希尔茨公式及三参数的基本关系式可得到：,6/1/2020,55,结论,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（流量速度关系曲线图）是划分交通是否拥挤的重要特征值。当QQm、KKm、VVm时，属于拥挤状态；当QQm、KKm、VVm时，则属于不拥挤状态。,6/1/2020,56,第三章交通调查第一节概述,6/1/2020,57,一、交通调查的目的与意义,交通调查是指通过统计、实测与分析判断，掌握交通状态发展趋势及有关交通现象的工作过程。交通流特性是通过实际交通流中某些特定的交通流参数，如：交通量、行车速度、交通密度等的大小与变化规律来表示。另外与交通有关的其他现象（如事故的发生、交通对环境的危害程度以及车辆的停放等也都由相应的量值及发生的形式来反映）对交通流也有一定的影响。因此在交通理论研究、交通规划、道路规划设计以及交通管理与控制中都需了解和掌握上述各参变量。,6/1/2020,58,二、交通调查的主要内容,交通调查涉及人、车、路与环境等综合交通系统中的各个方面，范围相当广泛，主要有：交通流要素调查交通流要素调查包括描述交通流特性的主要参数：交通量、车速、密度以及与其有关的车头间距，占有率等的调查。交通需求调查包括土地利用、交通生成、分布与分配特性的调查，其中常见的有OD调查、居民出行调查等。,6/1/2020,59,交通事故调查包括对事故发生次数、伤亡、性质、地点、原因的调查，具体的调查内容、方法见第九章。交通环境调查包括交通对环境造成污染的诸方面调查，如噪声、废气、振动、电磁场干扰等的调查，有时还需调查交通对名胜古迹、景观、生态与居民心理等方面所产生的影响。,二、交通调查的主要内容,6/1/2020,60,交通调查在多数情况下是在交通现场进行观测统计，工作量大、工作条件差，延续时间长且要求一定的实测精度。为此要求调查人员要有较好的素质，其中包括技术水平和分析能力、工作态度等。此外交通调查工作经常涉及社会各个方面，需要有广泛的协作和良好的组织，只有这样才能作好这项工作。,三、交通调查的基本要求,6/1/2020,61,第二节Q调查与数据处理、分析,6/1/2020,62,一、交通量调查目的,在某一地点作周期性调查，了解交通的组成、分布，掌握交通量随时间推移的变化规律，据此可预测交通量及其发展趋势。为道路规划、建设及交通营运管理与控制，提供交通流量流向、车速、延误、停车等数据。为道路几何设计以及交通控制设计提供依据交通量。通过事前、事后的交通量调查，评价道路服务水平与交通管理措施的效果。,6/1/2020,63,在交通研究中通过交通量调查掌握交通实态与变化的规律。用于推算道路通行能力、预测与计算事故率及道路运输成本和效益等为制定交通政策法规与科学理论研究提供基础数据。,一、交通量调查目的,6/1/2020,64,二、交通量调查的种类,区域交通量调查小区边界线交通量调查核查线调查特定地点或专项交通量调查,6/1/2020,65,三、交通量调查的方法,确定调查地点：不受平面交叉口交通影响的路段;交叉口各入口停车线处;交通设施的出入口处(道路收费口及停车场出入口处等);特定地点，如分界线与道路交叉口等处。选择调查时间：常年观测，每年观测365d，每天观测24h。抽样观测，用抽样方式在全年内选择实测日期，然后对抽样日做全天观测。,6/1/2020,66,当以每天部分时间的实测交通量换算全天交通量时，应选择交通量集中时段：作16h观测时可选上午6时至下午10时作12h观测时可选上午7时至下午7时进行高峰小时交通量调查时应选择包括高峰小时在内的连续3个小时。,三、交通量调查的方法,6/1/2020,67,调查方法人工观测法在选定的地点及时间，按规定的测时时段由测量人员计测和记录通过实测断面的车辆数。测定时可分行车方向、车道、车种进行，也可对整个道路的全部车辆进行测量。人工测量只需用秒表计时，记数器测量来车数即可。,三、交通量调查的方法,6/1/2020,68,试验车移动调查法该法是通过在测定区间内驾车反复行驶测量，求得区间内断面平均交通量的方法。具体做法如图所示。,W试验车移动调查示意图E,三、交通量调查的方法,6/1/2020,69,三、交通量调查的方法,驾驶试验车在区间AB内以与区间内大部分车辆均衡的速度反复行驶测定，试验车内坐调查人员3-4人，在试验车行驶过程中分别记测如下数据：M与试验车行驶方向相反的来车数；与分别为试验车东行与西行通过A、B区间的时间(min)；O超越试验车行驶的车辆数；P被试验车超越的车辆数；,6/1/2020,70,三、交通量调查的方法,取得上述数据后，由下式计算单向交通量QE(W)：（辆/h）使用该法测定时，要求反复进行8-12次，然后求取平均值作为测量值。试验车移动观测法，可用较少人力测定较长区间内的平均通过交通量，并可在测定交通量的同时求取区间速度与密度，这对研究各参数间关系非常方便。但此法仅适用于短时间的测量。,6/1/2020,71,三、交通量调查的方法,例题：在长1.2km的一段南北向道路上，流动车往返行驶12次，得到如下观测数据，求：路段Q南行：ts（min）MsOsPs6次平均：2.6184.01.51.0北行：tn（min）MnOnPn6次平均：2.42111.50.51.0由公式：直接将式中的E、W换成S、N即可。,6/1/2020,72,三、交通量调查的方法,解：Q=QS+QN=1336+996=2332(辆/h),6/1/2020,73,车辆感应器测定法摄影法仪器自动计测法包括气压式，地磁式，电磁式，超声波式和红外线式自动计测仪。,三、交通量调查的方法,6/1/2020,74,四、交通数据的分析应用及不同车辆的换算,绘制交通流量图,6/1/2020,75,四、交通数据的分析应用及不同车辆的换算,绘制交通量变化图,6/1/2020,76,四、交通数据的分析应用及不同车辆的换算,交叉口交通流量图,6/1/2020,77,四、交通数据的分析应用及不同车辆的换算,计算交通量特定参数平均日交通量ADT;高峰小时交通量PHV;交通量月变化系数K月;交通量周日变化系数K周日。交通量中不同类型车辆的换算根据分析问题的需要确定车型的换算系数。详见教材及有关规范。,6/1/2020,78,第三节Vt、Vs调查与数据处理、分析,6/1/2020,79,一、速度调查的目的,对某处作周期性速度调查，掌握速度分布状态及速度变化形式，为评价规划设计指标与服务水平提供依据。通过事前、事后调查判断交通管理和工程措施的效果。为事故分析提供速度资料。用于决定道路几何设计要素:如曲线半径、纵坡及变速车道长度等。,6/1/2020,80,一、速度调查的目的,为交通管理与控制提供速度资料，主要用于以下方面:决定最低、最高限速值；判断在曲线范围限制速度的必要性；为合理设置交通标志提供速度数据；决定禁止超车的区段范围；用于判断对学校、公园附近道路上行人实行保护措施的必要性及设施设置的合理性。,6/1/2020,81,一、速度调查的目的,用于其他交通研究，如:平均速度与通行能力的关系；速度与交通量关系；速度差及方差与交通事故关系的分析研究。当对区间速度进行实态调查时，除上述目的之外，还常用于交通的路网分配和分析经济效益等方面。,6/1/2020,82,二、速度调查的主要方法地点速度,调查地点与时间的选择：一般在进行速度调查时应选择视野条件好的道路直线段，并应选在无特殊交通标志，无交通信号、无公交站台和不受道路交叉影响的道路区间部分。当为确定信号控制而调查速度时，调查地点应选在控制对象范围内，并应选择不受其他信号影响的地点。,6/1/2020,83,二、速度调查的主要方法地点速度,当为判断交通措施的实施效果而进行事前、事后调查时，事前、事后调查应选择同一位置。对事故多发地区进行调查时，应调查进入该区时的速度，调查地点应不受其他因素影响。调查抽样与样本量的确定：对不同速度，不同类型车辆都要抽样观测，以防止抽样不均，车辆呈连续流以相近速度行驶时，应选头车观测，取其有代表性。,6/1/2020,84,二、速度调查的主要方法地点速度,调查方法人工测定法：实际上是实测车辆通过某一微小路段的平均车速，如果车辆匀速通过该路段时，则这一平均速度即为通过该路段内任一断面处的地点速度。因此，此法只需在拟测地点附近选择一个小路段并量测其长度l(m)，然后实测通过该路段车辆所需时间t(s)值，即可由下式计算速度值:V=l/t3.6(km/h)注：测量路段长度应以使通过时间为23s为宜。,6/1/2020,85,二、速度调查的主要方法地点速度,使用测速仪器测定速度：常用测速仪为雷达测速仪，这种仪器根据移动物体反射的电波随物体移动速度不同其振动频率不同的原理制成。使用车辆感应器测速：使用车辆感应器测量交通量时，可通过电磁感应或超声波反射原理，同时感知车辆通过的距离和时间，从而计算车辆通过速度。,6/1/2020,86,调查的区间与时间的选择调查区间的选择：对于一般目的的调查时，应选在主要交叉口之间无大量出入车辆的路段，且区间的起终点应选在无交通阻塞处;当为交通管理目的时，应在拟定管辖地区选择，当为评价交通措施效果时，应于采取措施前后，均进行调查，且事前、事后调查应选择相同的路段。调查时间的选择：可分上、下午高峰与白天和夜晚非高峰等四个时段，每次应连续1h以上，且应避开节、假日及天气不良时间。而在进行事前、事后调查时应选择相同季节，相同周日及相同天气条件。,三、速度调查的主要方法区间速度,6/1/2020,87,调查方法：试验车观测法：此法与调查交通量时的移动观测法完全相同。设区间长度为L（km）区间平均速度可由以下方法计算（各符号含义同前）:先求通过该区间的平均时间：再根据区间速度定义求出区间平均速度：,三、速度调查的主要方法区间速度,6/1/2020,88,三、速度调查的主要方法区间速度,前面例题：在长1.2km的一段南北向道路上，流动车往返行驶12次，得到如下观测数据，求：V南行：ts（min）MsOsPs6次平均：2.6184.01.51.0北行：tn（min）MnOnPn6次平均：2.42111.50.51.0解：前面已求出：,6/1/2020,89,先求通过该区间的平均时间：,三、速度调查的主要方法区间速度,6/1/2020,90,三、速度调查的主要方法区间速度,再根据区间速度定义求出区间平均速度：,6/1/2020,91,车辆牌号对照法：此法为在拟调查区间的两端点设置调查人员，记录通过车辆的车辆号码和其通过断面的时刻，然后通过始、终点记录，对照后即可得出某一车辆通过该区间的时间，进而求出平均通过时间，并由此计算出车辆通过该区间的区间平均速度。驶入驶出测量法。,三、速度调查的主要方法区间速度,6/1/2020,92,四、速度调查数据的分析应用,绘制速度分布图与分布表：找出实测数据（样本）中的最大值和最小值，将实测数据按一定间隔分成812组，凡位于同一组的速度值为该分组的中值速度，然后求各组车速频数及相对频率，将其列表即为分布表，绘制速度频率分布图和累积频率曲线图。例：在某市区路段观测地点车速200个，其中：Vmax=59km/h，Vmin=12km/h，绘制速度频率分布图和累积频率曲线图。,6/1/2020,93,四、速度调查数据的分析应用,将观测到的车速分为812，本例分为10组。,6/1/2020,94,四、速度调查数据的分析应用,速度频率分布图和累积频率曲线图,6/1/2020,95,四、速度调查数据的分析应用,统计处理求车速的平均值及其标准差：均值与标准差是统计分布的两个主要特征值，均值表示车速的统计平均趋势，平均速度越高，则表示大部分车辆都以较高的速度行驶；反之大部分车辆的通过速度都较低。而标准差却表示了统计分布的离散程度，如果标准差越大，表示存在于通过车辆中的速度差越大。这时当交通量小时，表示车辆选择速度的自由度大；而当交通量较大时，表示交通混乱程度严重。注意：因为是分析抽样数据，这里要用标准差。,6/1/2020,96,四、速度调查数据的分析应用,车速均值计算公式：式中:V平均车速(km/h);vj第j组车速分布中值(km/h);fj第j组的车辆数的频率;k分组数;n全体被测车辆数，且,6/1/2020,97,四、速度调查数据的分析应用,前例：,6/1/2020,98,四、速度调查数据的分析应用,标准差计算公式：式中:V平均车速(km/h);Vj各分组的车速中值(km/h);fj对应Vj组的车辆数;k分组数;n全体被测车辆数,6/1/2020,99,四、速度调查数据的分析应用,前例：,6/1/2020,100,四、速度调查数据的分析应用,用第二章中求标准差的经验公式计算：二者相差无几。,6/1/2020,101,四、速度调查数据的分析应用,求特征速度值：中值、中间速度：中值代表速度分布的对称性，指累积频率为50%的速度值（见累积频率分布曲线图）。最常见速度：最常见速度表示统计分布中发生频率最多的对应值(见速度频率分布图)。百分位车速：此速度频率累积曲线图上某一百分率的对应速度称为该百分位车速。百分位速度常被用来作为限制车速的参考值（参见第二章）。,6/1/2020,102,计算其他统计量偏斜指数表示速度分布的偏斜程度。平均超速度表示被调查车辆中超速车辆的平均超速速度。车速遵守率对应车速频率累积分布曲线上，限制车速上限的累计频率值，表示遵守限速规定的车辆率。,四、速度调查数据的分析应用,6/1/2020,103,第四节K调查与数据处理、分析,6/1/2020,104,一、调查目的,交通密度与平均车速有关，平均车速又随交通密度增加而降低，这在交通流中将表现为交通拥挤。因此可以用密度表示交通混杂状态。故在交通管理与控制中经常需要使用交通密度这一物理量。,6/1/2020,105,密度调查的时段与区间的长度选择实测密度均方差为实测时段和区间长度的减函数。测时时段达35min以上时，均方差受测试路段长度的影响变弱。测试区间大于800m时，均方差受测时时段长度的影响变弱。据此，在交通密度调查时，测时密度的时段应延续5min以上，路段长度应尽量大于800m。,二、密度调查方法,6/1/2020,106,出入量法：Et=QA+Et0-QBEt在t时刻AB区间内的车辆数；QA从观测开始到t时刻通过A处的累加交通量；Et0在观测开始t0时刻AB区间内的原始车辆数；QB从观测开始到t时刻通过B处的累加交通量。,二、密度调查方法,6/1/2020,107,原始车辆数Eto的确定方法实验车法：Eto=qB+a-b式中：qB从t0到t1时间内通过B处的车辆数；a试验车超车数；b试验车被超车数。,二、密度调查方法,6/1/2020,108,二、密度调查方法,摄影法利用空中定时摄影方法求得实测路段的车辆数，然后除以路段长度即可得到摄影时刻的路段交通密度。若进行连续摄影，即可连续测得各时刻交通密度。,6/1/2020,109,二、密度调查方法,具体作法为：在拟测路段上选长度50100m区段并在路面上作出标记，然后调整摄影机使其对准拍摄范围作定时拍摄即可。当实测区段过长时会使摄影精度下降，此时可使用多架摄影机分段连动摄取。在拍摄照片后，通过对照片进行分析即可求得摄影时刻的交通密度值。此法简单并且实测精度高。,6/1/2020,110,第五节车头时距ht、交通延误调查与数据处理,6/1/2020,111,一、车头时距调查方法,车头时距调查采用人工调查的方法，需要四名人员和三块秒表，一人记录，三人测量。第一辆车到达指定地点时，第一人开启秒表，当第二辆车到达时，第一人按停秒表，同时第二人开启秒表，第一人读出秒表数据，即为第一辆车与第二辆车的车头时距。当第三辆车到达时，第二人按停秒表，同时第三人开启秒表，第二人读出秒表数据，即为第二辆车与第三辆车的车头时距。依次类推，测得若干辆车的车头时距。,6/1/2020,112,二、交通延误调查与数据处理,行车时间与延误的含义行车时间指汽车沿一定路线在实际交通条件下从一处到达另一处行车所需的总时间（包括停车和误）。延误指车辆在行驶中，由于受到驾驶员无法控制的或意外的其他车辆的干扰或交通控制设施等的阻碍所损失的时间。,6/1/2020,113,二、交通延误调查与数据处理,由于形成的原因和着眼点不同，可有以下几种延误:基本延误(固定延误)：由交通控制装置所引起的延误，与交通量多少及其他车辆无关的延误；运行延误：由于各种交通组成间相互干扰而产生的延误。一般它含纵向、横向与外部干扰；停车时间延误：指车辆在实际交通流条件下由于该车本身的加速、减速或停车而引起时间延，即与外部干扰元关的延误；停车延误:由于某些原因使车辆实际停止不动而引起的时间延误。,6/1/2020,114,二、交通延误调查与数据处理,延误产生的原因：基本延误主要产生在车辆通过交叉口时，这种延误与交通流动特性无关，是由信号、停车标志、让路标志及平交道口等原因造成的。运行延误是因受其他车辆或行人干扰而产生的：车辆干扰，如车辆停止、启动、转弯、故障以及行人过街等的干扰；交通内部干扰，如交通量增大产生拥挤、道路通行能力不足、合流及交织交通等的影响。,6/1/2020,115,二、交通延误调查与数据处理,区间行车时间和延误的调查方法：区间行车时间调查与区间车速调查时的行车时间调查完全一样。而延误调查实际上也是对不同条件下的行车时间调查。因此，该项调查可采用区间速度调查时所采用的方法。如试验车法、车辆牌号对照法、驶入驶出量法等。,6/1/2020,116,二、交通延误调查与数据处理,交叉口延误的调查方法行车时间调查：与区间行车时间调查方法相同。通过行车时间的调查即可求得延误。由于交叉口处的调查涉及范围一般较小，所以调查车辆通过交叉口的行车时间时，也可在通视条件良好处，由1人用秒表直接测定车辆通过的行驶时间。,6/1/2020,117,二、交通延误调查与数据处理,停车延误调查：由调查人员用秒表和计数器测定车辆通过交叉口时的停车数量及累积停车时间。定时段测定。选择测时时段（如15s）由调查人员记录每时段内通过和停车的车辆数，然后计算求得延误。,6/1/2020,118,二、交通延误调查与数据处理,调查资料的应用通过行车时间及延误的调查，可评价道路拥挤程度，并可通过实测延误的大小、位置及原因确定缓解拥挤的对策；由行车时间调查资料可确定车辆通过区间的通畅程度；通过事前、事后调查，可评价交通措施效果；为路网交通分配提供行车时间依据；,6/1/2020,119,二、交通延误调查与数据处理,用于计算营运成本及经济效益；通过周期性调查，掌握道路上车辆行车时间及延误的变化趋势；交叉口延误调查，可为交通控制提供设计依据。,6/1/2020,120,第六节其他调查,6/1/2020,121,一、自行车交通调查目的,自行车交通调查主要是为了掌握自行车交通量的现状、变化及发展趋势，从而分析其对汽车交通的干扰与交通事故的相关关系，同时还可据此分析其对道路与其他交通设施的需求情况。还可通过调查资料判断是否应修建自行车专用道路以及自行车道路应保证的几何尺寸。由于作为一般出行的自行车速变化范围很小，因此，除特殊需要外很少进行自行车车速调查。对自行车交通密度的调查也很少进行。,6/1/2020,122,二、自行车交通调查方法,根据调查目的选定调查地点和调查时段，然后计测通过车辆数。由于自行车车体小，且在道路上常以车群通过，为计测方便可每通过5辆作一个计数单位。当计测时段短于1h时，如5min、15min等，可由实测数据计算出高峰小时交通量。,6/1/2020,123,二、行人过街调查,行人过街调查的目的行人调查应体现以人为本，保障行人安全，特别是保障老人与残疾人的出行安全，同时也要排除道路上行人对机动车行驶的干扰，以提高道路的通行能力。另外从交通事故实态调查得知，行人过街量达到一定数量时，交通事故随行人过街交通量的增加而增加，故必须努力解决好行人过街交通。,6/1/2020,124,二、行人过街调查,行人交通量的调查:调查内容调查行人过街交通量时还应同时调查：道路交通安全设施、交通管理措施、汽车交通量等情况。过街行人分类由于不同类型行人的交通能力不同，调查时应分类进行。一般分为：幼儿、老人、残疾人、学童、成人或青年人、妇女等。,6/1/2020,125,二、行人过街调查,调查时间与地点应根据调查目的选择。一般选高峰时段及行人交通量大的道路断面。调查方法一般用人工计测通过实测点的不同方向各类行人的数量即可。调查结束时，对调查资料进行整理，一般只计算高峰小时交通量及绘制行人过街交通量随时间变化图。,6/1/2020,126,第四章交通流理论第一节概述,6/1/2020,127,作为交通工程学理论基础的交通流理论是运用物理和数学的方法来描述交通特性的一门边缘科学，它用分析的方法阐述交通现象及其机理，使我们能更好地理解交通现象及其本质，并使城市道路与公路的规划设计和营运管理发挥最大的功效。,概述,6/1/2020,128,概述,交通流理论是发展中的科学，有很多理论在探讨各种交通现象：交通流量、速度和密度的相互关系及量测方法；交通流的统计分布特性；排队论的应用；跟驰理论；交通流的流体力学模拟理论；交通波理论。,6/1/2020,129,第二节交通流的统计分布特性,6/1/2020,130,一、离散型分布,泊松分布适用条件：车流密度不大，其他外界干扰因素基本上不存在，即车流是随机的。基本公式:式中：P(k)在计数间隔t内到达k辆车的概率;单位时间间隔的平均到达率(辆/s)；t每个计数间隔持续的时间(s)。,6/1/2020,131,一、离散型分布,令m=t,则：递推公式：分布的均值M和方差D都等于m,6/1/2020,132,一、离散型分布,应用举例例1：设60辆车随机分布在10km长的道路上，其中任意1km路段上，试求：无车的概率；小于5辆车的概率；不多于5辆车的概率；6辆及其以上的概率；至少为3辆但不多于6辆的概率；恰好为5辆车的概率。,6/1/2020,133,一、离散型分布,解：这里t理解为车辆数的空间间隔，为车辆平均分布率，m为计数空间间隔内的平均车辆数。由=60/10t=1，因此m=t=6（辆）这里m即为计数空间间隔内的平均车辆数。,6/1/2020,134,一、离散型分布,无车的概率为：小于5辆车的概率为：不多于5辆车的概率为：6辆及其以上的概率为：至少为3辆但不多于6辆的概率为：恰好为5辆车的概率为：,6/1/2020,135,一、离散型分布,例2：已知某信号灯周期为60s，某一个入口的车流量为240辆/h，车辆到达符合泊松分布，求：在1s、2s、3s内无车的概率；求有95%的置信度的每个周期来车数。解：1）1s、2s、3s内无车的概率=240/3600（辆/s），当t=1s时，m=t=0.067当t=2s时，m=t=0.133，当t=2s时，m=t=0.3，,6/1/2020,136,一、离散型分布,2）有95%置信度的每个周期来车数的含义为：来车数小于或等于k辆的概率95%时的k值，即：，求这时的k即=240/3600（辆/s），当t=60s时，m=t=4来车的分布为：求：的k值。,6/1/2020,137,一、离散型分布,设计上具有95%置信度的来车数不多于8辆。,6/1/2020,138,一、离散型分布,二项分布适用条件：车辆比较拥挤、自由行驶机会不多的车流。交通流具有较小的方差时，来车符合二项分布。基本公式：式中：P（k）在计数间隔t内到达k辆车的概率;平均到车率（辆/s）；t每个计数间隔持续的时间（s）；n正整数；p二项分布参数，。,6/1/2020,139,一、离散型分布,递推公式：均值M和方差D分别为:M=npD=np(1-p),6/1/2020,140,一、离散型分布,例3：在一交叉口，设置左转弯信号相，经研究来车符合二项分布，每一周期平均来车30辆，其中有30%的左转弯车辆，试求：到达的5辆车中，有2辆左转弯的概率；到达的5辆车中，少于2辆左转弯的概率；某一信号周期内没有左转弯车辆的概率。解：1）由：p=30%，n=5，k=2,6/1/2020,141,一、离散型分布,2）由：p=30%，n=5，k=23）由：p=30%，n=30，k=0,6/1/2020,142,二、连续性分布,负指数分布适用条件:用于描述有充分超车机会的单列车流和密度不大的多列车流的车头时距分布。负指数分布常与泊松分布相对应，当来车符合泊松分布时，车头时距则符合负指数分布。由公式：可知，当车辆平均到达率为时，P(0)为计数间隔t内无车到达的概率。可见，在具体的时间间隔t内，如无车辆到达，则在上一次车和下一次车到达之间车头时距h至少有t，即ht。,6/1/2020,143,二、连续性分布,或者说：P(0)也就是车头时距h大于或等于t的概率。对于任意的t，如果在t内没有车辆到达，上一次车和下一次车到达之间车头时距必然大于或等于t，即：式中：车辆平均到达率（辆/s）P(ht)车头时距大于或等于t(s)的概率车头时距小于t(s)的概率，可有下式求得：,6/1/2020,144,二、连续性分布,例4：对于单向平均流量为360辆/h的车流，求车头时距大于或等于10s的概率。解：车头时距大于或等于10s的概率也就是10s以内无车的概率。由=360/3600=0.1同样，车头时距小于10s的概率为：,6/1/2020,145,二、连续性分布,由上例可见，设车流的单向流量为Q（辆/h），则=Q/3600，于是负指数公式可改写成：负指数分布的均值M和方差D分别为：,6/1/2020,146,二、连续性分布,车头时距服从负指数分布的车流特性见图，曲线是单调下降的，说明车头时距愈短，出现的概率愈大。这种情形在不能超车的单列车流中是不可能出现的，因为车辆的车头与车头之间至少存在一个车长，所以车头时距必有一个大于零的最小值。,6/1/2020,147,二、连续性分布,移位负指数分布适用条件：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。移位负指数分布公式:分布的均值M和方差D分别为：,6/1/2020,148,二、连续性分布,移位负指数分布的局限性：服从移位负指数分布的车头时距愈接近出现的可能性愈大。这在一般情况下是不符合驾驶员的心理习惯和行车特点的。车头时距分布的概率密度曲线一般总是先升后降。,6/1/2020,149,二、连续性分布,例5：在一条有隔离带的双向四车道道路上，单向流量为360辆/h，该方向路宽7.5m，设行人步行速度为1m/s，求1h中提供给行人安全横过单向车道的次数，如果单向流量增加到900辆/h，1h中提供给行人安全横过单向车道的次数是增加还是减少。,6/1/2020,150,二、连续性分布,解：行人横过单向行车道所需要的时间：t=7.5/1=7.5s因此，只有当h7.5s时，行人才能安全穿越，由于双车道道路可以充分超车，车头时距符合负指数分布，对于任意前后两辆车而言，车头时距大于7.5s的概率为：对于Q=360辆/h的车流，1h车头时距次数为360，其中h7.5s的车头时距为可以安全横穿的次数：,6/1/2020,151,二、连续性分布,当Q=900辆/h时，车头时距大于7.5s的概率为：1h内车头时距次数为900，其中h7.5s的车头时距为可以安全横穿的次数：,6/1/2020,152,第三节排队论的应用,6/1/2020,153,一、引言,排队论是研究“服务”系统因“需求”拥挤而产生等待行列（即排队）的现象，以及合理协调“需求”与“服务”关系的一种数学理论，是运筹学中以概率论为基础的一门重要分支，亦称