公路通行能力的测算和车速流量关系的建立(一)

1、公路通行能力的测算和车速流量关系的建立 (一 )摘要：本文采用理论分析与实测数据验证相结合的方法，对不同等级道路的通行能力及不同车型的车速与流量关系进行了较深入的研究，并建立了相应的于公路运输的宏观分析，对用于交通工程分析也有着较好的参考数学模型，可应用价值。关键词：公路通过能力车速流量关系研究1 简介在公路投资分析和交通工程中， 经常要用到道路通行能力及车速 流量关系，国外对不同的道路及交通特性条件下车速与交通量及通行能力的关系做过大量的的研究， 其中最有影响的莫过于 1965 年出版的美国道路通行能力手册 (HighwayCapacityManual，简称 HCM)以及后来的 1985 年

2、修订本。最近，世界银行又在印度尼西亚开展了一项大规模的公路通行能力研究，其研究结论中不少与 HCM 的结论相似。国内在这方面也开展过一些研究，交通部公路科研所完成了双车道公路通行能力研究，交通部公路规划设计院与全国 5 个省的交通部门协作完成山区公路技术经济指标 (以下简称指标)研究等，指标的研究建立了山区低等级公路的车速 流量关系。 但从总体上说， 这方面研究无论是在深度还是在广度上均是有限的。1994 1995 年，交通部和世界银行联合委托我院及澳大利亚的RUSTPPK公司和蔡摩根公司一道开展了“公路投资优化和可行性方法改善研究 ”工作，用理论分析与实测数据验证相结合的办法，对不同道路等级

3、的通行能力及不同车型的车速流量关系做了比较深入的研究，并建立了相应的数学模型。本文将介绍这一研究的主要成果。应当指出，这里建立的车速 流量关系及公路通行能力主要是针对可行性研究中的测算车辆运营成本而建立的，它的应用范围主要是宏观分析。如果用于交通工程分析，则模型还应更细一些，如道路的局部几何条件等均应考虑在内。2 公路和车辆分类2.1 公路的分类我国公路目前分为两大类：汽车专用公路和普通公路。汽车专用公路又分为高速公路、一级公路和二级公路；普通公路分为二、三级和四级公路，各类公路的几何要求在公路工程技术标准中有严格的定义，这里不再赘述。2.2 车辆的分类和换算系数目前我国将汽车分为六类，即小客

4、车、大客车、小货、中货、大货、拖挂，考虑到面包车 (包括中巴 )和小轿车虽然同属小客车，但它们的动力性能、行驶速度区别较大，在本次研究中又对它们加以区分。各类车辆换算系数 (以中型汽车为标准车型)如表 1。表 1车辆类型换算系数车辆类型换算系数小轿车0.5中货1.0面包0.5大货1.0大客1.0拖挂1.5小货1.0拖拉机1.03 公路通行能力的测算公路通行能力是指在给定的道路和交通条件下，公路上的某个断面或某个规定的路段上单位时间内平均能够通过的最大车辆数，一般采用小时为单位，故通行能力一般以每小时能够通过的最大车辆数计。道路条件是指公路的几何特性，包括车道的数量和宽度、路肩宽度、侧向系宽、设

5、计车速、平面和纵面线型等要素。交通条件是指道路上交通流的特性，包括车型分布、交通量的大小及车流在不同车道上的分布等要素。在“标准 ”或“理想 ”条件下的通行能力为基本通行能力， 在这里，我们将符合公路工程技术标准 的道路称之为满足 “标准 ”条件。一个路段确实能达到的通行能力称为实际通行能力，它是通过考虑道路、交通条件后对基本通行能力修正后获得的。当实际交通条件与 “理想 ”条件不同时，在本研究中所采取的处理方法是在计算交通量时按换算系数将不同类型的车辆换算成标准中型车，建立车速 流量曲线时分车型进行。 在影响通行能力的各种几何条件中，路面宽度是最主要的因素，当路面宽度与公路工程技术标准中的要

6、求的宽度不同时，必须对基本通行能力进行修正。公路两侧的商业活动、停车、行人活动等通常称为路边“摩阻 ”，它们也会对通行能力产生一定的影响，同时，路边“摩阻 ”也会对车速产生影响。对公路来说，路边 “摩阻 ”对车速的影响比对通行能力的影响要大一些，因此，我们这次采取了修正车速而不修正通行能力的做法。根据美国道路通行能力手册所述，水平直线上的4 车道、路面宽为 14m 的公路路段的理论通行能力为 4000 标准车 /h ，或 1000 标准车 / 车道 /h(2000 小汽车 / 车道 /h) ，由于我国车辆的动力性能较差及存在着混合交通 (这样外侧车道路利用不充分 )，理论通行能力将小于这一数字

7、。根据对广佛高速公路观测数据分析，每小时每个车道能力约为800 辆中型车，因此，我们以这一数值作为高速公路和一级汽车专用公路的基本通行能力。平原地区路面宽为 9m 的双车道三级公路的基本通行能力约为 1200 辆/h 中型车，其它各种等级公路的基本通行能力均以这些数据为基础，并考虑车道宽度、计算标准和路肩宽度而测算的。各类公路的基本通行能力见表 2。汽车专用公路及普通公路基本通行能力表 2 道路类别等级地形车道宽度 (1)(m)路肩宽度(m)通行能力 (2)汽车专用公路高速公路平原微丘区3.752.50800山岭重丘区3.752.5/2.0750一级平原微丘区3.752.50800山岭重丘区3

8、.502.5/2.0750二级平原微丘区8.003.001200山岭重丘区7.501.51100普通公路二级平原微丘区9.003.001200山岭重丘区7.000.50800三级平原微丘区7.001.50700山岭重丘区7.001.50600四级平原微丘区3.500.0200山岭重丘区3.500.0180注：(1)指汽车专用公路单车道宽度或普通公路的双车道宽度；(2)汽车专用公路和普通公路分别以(标准车 /h/ 车道 )和 (标准车 /h) 为单位。高速公路和一级汽车专用公路的车道宽度是固定的，即在平原微丘区每个车道为3.75m，山岭重丘区为3.5m，因此，不需要做宽度修正。但是，路面宽度对其

9、它公路的通行能力却有着十分重要的影响，当路面宽度与公路工程技术标准规定的宽度有出入时，必须考虑采用宽度修正系数对基本通行能力进行修正，亦即：式中： C实际通行能力；fw宽度调整系数；CO基本通行能力。某个等级公路的宽度修正系数是这样测算的：首先测算标准宽度下的基本通行能力，并测算一个假想的 4 车道、路面宽度为 14m 的同类公路的基本通行能力，然后采用线性内插法求取修正系数。宽度修正系数可以通过下式计算：式中： W行车道宽度；a，b系数，见表 3。宽度修正系数表3公路类别等级地形ab汽车专用公路二级平原微丘区0.22-0.778山岭重丘区0.196-0.269普通公路二级平原微丘区0.250

10、-1.250山岭重丘区0.286-1.000三级平原微丘区0.265-0.857山岭重丘区0.286-1.000四级平原微丘区0.619-1.167山岭重丘区0.619-1.1674 车速 流量关系4.1 简介车速 流量关系一般形式，当交通量较小时，车辆之间的干扰不大，高速行驶的车辆超车机会较多，此时，车辆行驶的速度主要取决于其机械性能和道路几何特性，我们称这时交通流状态为自由状态。随着流量的增大，车速也随之降低，开始时，降低的速度不是很大，当交通量接近道路的通行能力时，降低的速度增大。当交通量达到通行能力时，车流量达到最大值。当更多的车辆试图进入道路时，交通流变得不稳定，流量开始下降，同时车

11、速也会进一步下降。对车速 流量关系产生影响的主要因素包括：(1)地形及道路几何特性，如平纵线型、视距等；(2)车辆特性；(3)非机动车的混入；(4)路边 “摩阻 ”。对地形及道路几何特性的影响考虑道路的平面线型及视距在设计中往往取决于设计车速，而设计车速又与地形及道路等级密切相关。为此，我们针对不同道路等级及地形(平原/ 微丘区和山岭 / 重丘区 )分别建立了车速 流量关系。纵坡对车速的影响主要取决于坡度、坡长以及车辆的爬坡性能，在平原微丘区，纵坡对车速的影响非常小，通常可以忽略不计，山岭重丘区纵坡对车辆的影响是通过修正系数来反映的。对车辆特性的影响的考虑由于不同汽车之间的机械性能差异很大，它

12、们对应的车速 流量关系也有很大的不同，为了能反映这种差异，我们分别建立了不同车型的车速 流量关系， 考虑的车型有以下7 种：(1)小轿车，(2)面包车，(3)大客车， (4)小货， (5)中货， (6)大货， (7)拖挂。对非机动车的影响的考虑非机动车 (如人力车、自行车 )对车辆的行驶速度有相当大的影响，考虑的方法有两种：一是将非机动车转换成标准车(如标准中型车 )，然后在计算车速时将其计入交通量；或者根据非机动车流量的大小测算需要的行驶宽度，然后在计算通行能力时在路面宽度中将这部分扣除。前一种方法实际上修正的是交通量/ 通行能力比 (v/c 比)中的分子，而后者则是修正的分母，尽管大家对这

13、两种方法尚存不少争议，但在目前条件下两种方法均可使用，相对而言，前一种方法更为直观和通俗易懂一些，因此本次研究采用前一种方法。对路边摩阻影响的考虑路边摩阻通常是指那些对车速带来负面影响的开发活动，如人行道、交叉口、街边商店，影响的程度取决于开发的程度。由于这种开发程度很难定量描述，因此建立一套标准的修正系数的难度很大。然而，对于某个特定的路段，这种修正系数却不难确定，可以通过比较实际行驶时间与理论行驶时间(得自车速 流量关系 )来确定。因此，在这个研究中我们建议采取这种处理方式。4.2 车速 流量关系的型式多车道汽车专用公路与单车道或双车道普通公路的主要区别在于超车机会。对单车道或双车道普通公路而言，车辆的超车机会取决于双向流量以及车速的分布，当超车视距不够时，所有希望超车的车辆形成一个车队，其行驶速度受车队中速度最慢的车辆控制。因此，在道路的通行能力尚未达到时，不同车型车辆的行驶速度即趋一致。对多车道公路而言，一个方向至少有两个车道，超车可以在一个行驶方向完成，超车所需要的车头间距将小很多。因此，只有在交通量接近通行能力时不同车型的车速才能趋一致。二级汽车专用公路及普通公路、 多车道汽车专用公路的车速 流量的一般关系。每条曲线代表一种车型的车速流量关系。从中可以看出，单、双车道普通公路及二级汽车专用公路的车辆