交通理论-第二章-交通流特性

1、2021/6/71 1、交通调查、交通调查 2、交通流参数、交通流参数 3、交通流参数的统计分布、交通流参数的统计分布 4、交通流基本参数的关系模型、交通流基本参数的关系模型 2021/6/72 1、交通调查的方法、交通调查的方法 在道路系统的选定点或选定路段，为了收集有关车辆运行情况的数据而进行在道路系统的选定点或选定路段，为了收集有关车辆运行情况的数据而进行 的调查分析工作称为交通调查。的调查分析工作称为交通调查。 最初交通调查的工具只有：跑表和手工计数器最初交通调查的工具只有：跑表和手工计数器 现在交通调查的方法：现在交通调查的方法： （1）定点调查）定点调查 （2）小距离调查）小距离调

2、查 （3）沿路段长度调查）沿路段长度调查 （4）浮动观测车调查）浮动观测车调查 （Floating car method ） （5）ITS区域调查区域调查 2021/6/73 2、定点调查方法、定点调查方法 可以获得车辆的到达时间、车头时距、总的车辆数目。可以获得车辆的到达时间、车头时距、总的车辆数目。 2021/6/74 3、小距离调查、小距离调查 小距离凋查可获得流量、速度、车头时距和占有率等数据。小距离凋查可获得流量、速度、车头时距和占有率等数据。 (1)Travel time： (2)Travel speed： (3)number vehicles in dx 可以计算出来平均速度：可

3、以计算出来平均速度： iii dt ii dtdxv/ n i i v n v 1 1 2021/6/75 4、沿路段长度调查、沿路段长度调查实质为定时间调查实质为定时间调查 该方法可以得到密度，如图所示：该方法可以得到密度，如图所示： Number of vehicles in L: 则可以计算出来密度：则可以计算出来密度： 如果用两张相隔很短时间拍摄如果用两张相隔很短时间拍摄 的照片可以求出速度和流量。的照片可以求出速度和流量。 L N L N k L 2021/6/76 5、浮动车调查、浮动车调查 floating car method 浮动车调查一般由一辆或几辆流动观测车进行交通流的测

4、量。使用这种方法浮动车调查一般由一辆或几辆流动观测车进行交通流的测量。使用这种方法 时候，一辆观测车首先顺着所量测的交通流方向行驶，然后调头与所量时候，一辆观测车首先顺着所量测的交通流方向行驶，然后调头与所量 测的交通流反响行驶。车上的一个观测员把每个行驶方向上的行程时间测的交通流反响行驶。车上的一个观测员把每个行驶方向上的行程时间 记录下来。在与测量的交通流顺向行驶中，观测员同时记录超越观测车记录下来。在与测量的交通流顺向行驶中，观测员同时记录超越观测车 和被观测车超越的车辆数。和被观测车超越的车辆数。 2021/6/77 计算公式：计算公式： ca tt yx q q y tt c t l

5、 us s u q k tc为观测车与交通流顺向行驶的行程时间为观测车与交通流顺向行驶的行程时间 ta为观测车与交通流反向行驶的行程时间为观测车与交通流反向行驶的行程时间 x观测车与交通流反向行驶遇到的车辆数观测车与交通流反向行驶遇到的车辆数 y观测车与交通流顺向行驶时的净超车数（即观测车与交通流顺向行驶时的净超车数（即 超越观测车的车辆数被观测车超越的车轮超越观测车的车辆数被观测车超越的车轮 数）数） l为路段长度为路段长度 2021/6/78 2021/6/79 2021/6/710 6、ITS调查调查 2021/6/711 一、基本概念一、基本概念 （1）交通流）交通流 公路上的行人或运

6、行的车辆构成行人流或车流，行人流和车流统称为交通公路上的行人或运行的车辆构成行人流或车流，行人流和车流统称为交通 流。一般没有特指是的交通流是针对机动车交通流而言的。流。一般没有特指是的交通流是针对机动车交通流而言的。 （2）交通流特性）交通流特性 交通流运行状态的定性、定量特征称为交通流特性。交通流运行状态的定性、定量特征称为交通流特性。 （3）交通流参数）交通流参数 用以描述交通流特性的一些物理量称为交通流参数，参数的变换规律即反用以描述交通流特性的一些物理量称为交通流参数，参数的变换规律即反 映了交通流的基本性质。映了交通流的基本性质。 （4）交通流的基本参数：）交通流的基本参数： 交通

7、流量、流率、速度、密度交通流量、流率、速度、密度 车头时距、车头间距车头时距、车头间距 宏观参数宏观参数 微观参数微观参数 2021/6/712 二、交通流的分类二、交通流的分类 （1）交通流按交通设施对交通流的影响可以分为：）交通流按交通设施对交通流的影响可以分为： 非间断交通流或称连续交通流（非间断交通流或称连续交通流（uninterrupted flow）和间断交通流）和间断交通流 （interrupted flow）；）； （2）按交通流中的成分可以分为：机动车流、非机动车流、混合交通流；）按交通流中的成分可以分为：机动车流、非机动车流、混合交通流； （3）按交通流的交汇形式可以分为：

8、交叉、合流、分流、交织流；）按交通流的交汇形式可以分为：交叉、合流、分流、交织流； （4）按交通流内部的运行条件及其对驾驶员和乘客产生的感受可以分为：）按交通流内部的运行条件及其对驾驶员和乘客产生的感受可以分为： 自由流、稳定流、不稳定流、强制流。自由流、稳定流、不稳定流、强制流。 2021/6/713 三、三、 交通量和流率（交通量和流率（volume 和和 rate of flow） 交通量又称流量，是指单位时间内，通过道路（或道路上某一条车道）指交通量又称流量，是指单位时间内，通过道路（或道路上某一条车道）指 定地点或断面的车辆数。定地点或断面的车辆数。 流率是指把在不足流率是指把在不足

9、1小时的时间段内（通常是小时的时间段内（通常是15分钟），通过道路（或道分钟），通过道路（或道 路上某一条车道）指定地点或断面的车辆数经过等效转换得到的单位小路上某一条车道）指定地点或断面的车辆数经过等效转换得到的单位小 时的车辆数。时的车辆数。 交通流的计时单位经常用的有小时交通量、小时最大交通量、平均日交通交通流的计时单位经常用的有小时交通量、小时最大交通量、平均日交通 量。量。 2021/6/714 （1）日交通量）日交通量常用在公路交通量统计中常用在公路交通量统计中 日交通量：以日为计时单位时称为日交通流日交通量：以日为计时单位时称为日交通流 分为：年平均日交通量：一年的总交通量除以当

10、年的天数得到分为：年平均日交通量：一年的总交通量除以当年的天数得到 月平均日交通量：一月的总交通量除以当月的天数得到月平均日交通量：一月的总交通量除以当月的天数得到 周平均日交通量：将一周内的交通量总和除以周平均日交通量：将一周内的交通量总和除以7得到得到 （2）小时交通量）小时交通量常用于交通调查与分析，本课程主要是该种常用于交通调查与分析，本课程主要是该种 通常采用通常采用5分钟交通量或分钟交通量或15分钟交通量分钟交通量 小时流率：选择小时流率：选择1个小时内个小时内5分钟或分钟或15分钟交通量最大者转换成一小时交通分钟交通量最大者转换成一小时交通 量量 高峰小时系数：高峰小时交通量与高

11、峰小时流率之比高峰小时系数：高峰小时交通量与高峰小时流率之比 2021/6/715 （3）交通量空间分布特性）交通量空间分布特性 城乡分布：城市交通量大于乡村交通量城乡分布：城市交通量大于乡村交通量 路段分布：不同线路或同一线路的不同路段交通量不同路段分布：不同线路或同一线路的不同路段交通量不同 方向分布：道路的某一季节或某一时刻，某方向的交通量会比另一方向大，方向分布：道路的某一季节或某一时刻，某方向的交通量会比另一方向大， （早晚上下班方向），但长时间的统计，双向交通量比较接近。（早晚上下班方向），但长时间的统计，双向交通量比较接近。 车道分布：同一路段同一方向上，不同车道流量不同，通常靠

12、近路中线的车道分布：同一路段同一方向上，不同车道流量不同，通常靠近路中线的 车道因横向干扰少、无出入口等因素车流量大。车道因横向干扰少、无出入口等因素车流量大。 交通量随时间而变化，即使是观测同一断面，也由于观测时间和期间不同，交通量随时间而变化，即使是观测同一断面，也由于观测时间和期间不同， 交通量数值也不一。交通量数值也不一。 2021/6/716 （4）计算公式）计算公式 流量的计算公式：流量的计算公式： q：流量，单位：流量，单位veh/h；T：观测时间；：观测时间；N：观测时间内的车辆数目：观测时间内的车辆数目 观测时间与车头时距的关系：观测时间与车头时距的关系： 流量和平均车头间距

13、互为倒数关系流量和平均车头间距互为倒数关系： T N q N i i hT 1 hi：第：第i辆车与第辆车与第i-1辆车的时间间距辆车的时间间距 h h N h N T N q N i i N i i 1 1 1 11 2021/6/717 每辆车的瞬时流量：每辆车的瞬时流量： 统计时间内的流量与瞬时流量的关系：统计时间内的流量与瞬时流量的关系： i i h q 1 N i i N i i qN h N h q 11 11 1 1 11 各个流量与车辆联系起来计算时，平均流量等于各个流量的调和平均值。各个流量与车辆联系起来计算时，平均流量等于各个流量的调和平均值。 2021/6/718 根据定

14、点调查方法：根据定点调查方法： N(t)是阶梯函数是阶梯函数 是拟合函数是拟合函数 则则t时刻的时刻的 瞬时流量为：瞬时流量为： )( tN dt tNd tq )( )( 2021/6/719 （5）交通量的观测时间、利用目的和整理方法）交通量的观测时间、利用目的和整理方法 种类种类 数据的利用目的数据的利用目的 数据的收集、整理方法数据的收集、整理方法 年交通量年交通量 评价道路需求的大小评价道路需求的大小 年平均日交通量年平均日交通量 月、周交通量月、周交通量 掌握月、周日的交通量动态变化掌握月、周日的交通量动态变化 月平均日交通量，比较其变化月平均日交通量，比较其变化 日交通量日交通量

15、 最基本的交通量最基本的交通量 工作日日交通量，休息日日交工作日日交通量，休息日日交 通量通量 小时交通量小时交通量 掌握一天中交通量的动态变动状掌握一天中交通量的动态变动状 态以及高峰小时等的交通需求态以及高峰小时等的交通需求 以小时单位表示以小时单位表示 短时间交通量短时间交通量 根据交通量的变动进行交通管理根据交通量的变动进行交通管理 和控制方案的制定和控制方案的制定 以以1分、分、分、分分、分、分、分 钟单位表示钟单位表示 2021/6/720 四、速度四、速度 1、速度的几种定义、速度的几种定义 速度是描述交通流状态的第二个基本参数，它是指车辆在单位时间内通过速度是描述交通流状态的第

16、二个基本参数，它是指车辆在单位时间内通过 的距离的距离 。 （1）地点速度）地点速度(Spot Speed) ：车辆通过道路特定地点的瞬时速度。：车辆通过道路特定地点的瞬时速度。 （2）行程速度）行程速度(Travel Speed)和行程时间和行程时间(Travel Time) 行程时间是指车辆驶过道路某一路段所需的总时间，包括行驶时间和延行程时间是指车辆驶过道路某一路段所需的总时间，包括行驶时间和延 误时间。误时间。 路段长度除以通过该路段的行程时间称为行程速度路段长度除以通过该路段的行程时间称为行程速度(Travel Speed)。行。行 程速度又称综合行程速度程速度又称综合行程速度(Ov

17、erall Travel Speed)或区间速度或区间速度(Space Speed)。 2021/6/721 （3）设计速度：是指在道路交通与气候条件良好的情况下，仅受道路条件）设计速度：是指在道路交通与气候条件良好的情况下，仅受道路条件 限制所能保持的最大安全车速。限制所能保持的最大安全车速。 （4）运行速度（）运行速度（Operating Speed ）: 运行速度是指在不超过路段设计车速运行速度是指在不超过路段设计车速 的情况下，车辆在给定交通流中能够达到的最大安全车速的情况下，车辆在给定交通流中能够达到的最大安全车速 。 （5）时间平均速度）时间平均速度(Time mean speed

18、TMS)和区间平均速度和区间平均速度(Space mean speedSMS) 时间平均车速是指在特定的时间区间内，通过道路某一地点的所有车辆地时间平均车速是指在特定的时间区间内，通过道路某一地点的所有车辆地 点速度的算术平均值。点速度的算术平均值。 区间平均车速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区间平均车速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。比。 2021/6/722 2、速度的计算、速度的计算 （1）即时速度、瞬时速度（微观）即时速度、瞬时速度（微观） 可以通过间隔一定距离的感应线圈来调查获得。可以通过间隔一定距离的感应线圈来调查获得。 （2）时间平

19、均速度（宏观）时间平均速度（宏观） 根据其定义有：根据其定义有： 12 12 0 12 lim tt xx dt dx u tt N i it u N u 1 1 2021/6/723 （3）区间平均速度（宏观）区间平均速度（宏观） 其中的一个定义：路段的长度与通过该路段所有车辆的平均行驶时间之比其中的一个定义：路段的长度与通过该路段所有车辆的平均行驶时间之比 其计算公式为：其计算公式为： 由上两个公式可以得到：由上两个公式可以得到： N i i s t N D u 1 1 i i u D t D：路段长度；：路段长度； N ：总的车辆数目；：总的车辆数目； ti：第：第i辆车通过路段的时间辆

20、车通过路段的时间 ui：第：第i辆车通过路段的行驶速度辆车通过路段的行驶速度 N i i N i i N i i s uNu D N D t N D u 111 11 1 11 区间平均速度是观测路段内所有车辆行驶速度的调和平均值区间平均速度是观测路段内所有车辆行驶速度的调和平均值 定点定点 调查调查 2021/6/724 举例：设举例：设3辆汽车，分别以辆汽车，分别以20mil/h、40mil/h、60mil/h的速度通过路程的速度通过路程D。则。则 问沿着路程问沿着路程D的某点的时间平均速度和路程的某点的时间平均速度和路程D的区间平均速度为多少？的区间平均速度为多少？ 解：时间平均速度为：

21、解：时间平均速度为： 区间平均速度为：区间平均速度为： 40604020 3 11 1 N i it u N u N i i N i i N i i s uNu D N D t N D u 111 11 1 11 7.32 ) 60 1 40 1 20 1 ( 3 1 1 2021/6/725 区间平均速度的另外一种定义区间平均速度的另外一种定义 定义：某一时刻路段上所有车辆地点速度的平均值。定义：某一时刻路段上所有车辆地点速度的平均值。 可以通过沿路段长度调查法得到：以很短的时间可以通过沿路段长度调查法得到：以很短的时间t对路段进行两次航空对路段进行两次航空 拍摄，据此得到所有车辆的地点速度

22、，进而得到区间平均速度。拍摄，据此得到所有车辆的地点速度，进而得到区间平均速度。 计算公式：计算公式： t s u i i N i i N i N i i is s tNt s N u N u 111 111 ui：第：第i辆车的地点速度；辆车的地点速度； t ：拍摄照片的时间间隔；：拍摄照片的时间间隔； si：t的时间间隔内，第的时间间隔内，第i车辆行驶的距离车辆行驶的距离 2021/6/726 （4）时间平均速度和空间平均速度的关系）时间平均速度和空间平均速度的关系 用区段平均速度计算时间平均速度的关系由沃德洛尔确定：用区段平均速度计算时间平均速度的关系由沃德洛尔确定： 其中其中 是空间平

23、均速度的方差。是空间平均速度的方差。 在交通工程实践中，常常要把时间平均速度转化成空间平均速度，公式为：在交通工程实践中，常常要把时间平均速度转化成空间平均速度，公式为： 其中其中 是时间平均速度的方差。是时间平均速度的方差。 s s st u uu 2 2 s t t ts u uu 2 2 t 2021/6/727 五、密度五、密度 1、基本概念、基本概念 （1）交通流密度）交通流密度(Density) 是指在某一瞬间，单位长度道路上存在的车辆数。是指在某一瞬间，单位长度道路上存在的车辆数。 （2）车道占有率）车道占有率 空间占有率空间占有率 在道路的一定路段上，车辆总长度与路段总长度之比

24、称为空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。间占有率，通常以百分数表示。 时间占有率时间占有率 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。的比值称为时间占有率。 2021/6/728 2、密度的计算、密度的计算 （1）由地点量测交通密度）由地点量测交通密度 计算公式：计算公式： 假设总的交通流由各个分交通流组成，每个分交通流都有自己的速度，按照假设总的交通流由各个分交通流组成，每个分交通流都有自己的速度，按照 车速将交通流分解为各分交通流，则有如下公式：车速将交通流

25、分解为各分交通流，则有如下公式： s u q k k uk u ii s iii quk k q k q u i s 2021/6/729 （2）沿着路段长度调查（航空拍摄或从高层建筑上摄影）沿着路段长度调查（航空拍摄或从高层建筑上摄影） 根据图上量得的距离和车辆数，可以得到：根据图上量得的距离和车辆数，可以得到： 如果给出车间距离（由前车的前挡板到后车的前挡板），则有：如果给出车间距离（由前车的前挡板到后车的前挡板），则有： l N k iii i uhs k 11 其中其中hi为车间时距为车间时距 ui为第为第i辆车的车速辆车的车速 i N i i s N s N l N k 1 1 1

26、N i i kN k 1 11 1 平均交通密度等平均交通密度等 于各个交通密度于各个交通密度 的调和平均值的调和平均值 2021/6/730 3、车道占用率（空间占用率和时间占用率）、车道占用率（空间占用率和时间占用率） 密度是交通流的主要特性，但不能用电子设备直接测量。因此，在高速公密度是交通流的主要特性，但不能用电子设备直接测量。因此，在高速公 路监视的早期阶段，对交通密度的各种计算方法进行研究。这就导致了路监视的早期阶段，对交通密度的各种计算方法进行研究。这就导致了 一种计量方法的发展，即车道占用率，分为空间占用率和时间占用率。一种计量方法的发展，即车道占用率，分为空间占用率和时间占用

27、率。 （1 1）空间占用率）空间占用率 某一瞬间，如果能够测量出已知路段上所有车辆的长度，就可以算出比率某一瞬间，如果能够测量出已知路段上所有车辆的长度，就可以算出比率 （空间占用率）：（空间占用率）：R1=（车辆占用长度总和）（车辆占用长度总和）/（路段长度）（路段长度） 根据该比率可以计算出密度：根据该比率可以计算出密度： 比率比率R1除以用英里表示的一辆汽车的平均长度，得到以每英里车辆数计除以用英里表示的一辆汽车的平均长度，得到以每英里车辆数计 算的集中度或密度。算的集中度或密度。 2021/6/731 举例：假设有长度（单位英尺）分别为举例：假设有长度（单位英尺）分别为17，13，20，40，17和和20的的6辆汽车，辆汽车， 分布在公路一段长度为分布在公路一段长度为1000英尺的单车道上则该公路段上的密度？英尺的单车道上则该