高速公路基本路段通行能力分析

高速公路基本路段通行能力分析第1页/共67页高速公路全封闭全立交汽车专用公路第2页/共67页高速公路上的对向车流用连续的隔离栅栏或中央分隔带隔开。每个行车方向最少有两条车道，专供汽车交通使用的公路。高速公路没有信号控制、停车控制的平面交叉口，也不允许毗邻道路上车辆直接进出，进出高速公路的车辆都要通过匝道。高速公路及其特征第3页/共67页通行能力分析新建高速公路时，根据预测的交通需求，借助单车道通行能力确定车道数、车道宽度等道路几何要素。通过对于现状道路通行能力和交通运行状况分析，可以正确评价道路运行状况，为制定道路改善的具体措施提供决策依据。通过分析道路通行能力和交通运行状况，可以为研究高速公路、交通安全、油耗与尾气排放等提供参数。第4页/共67页高速公路构成部分高速公路由基本路段（BisicFreewaySegment）、交织区（FreewayWeaving）、匝道（Ramps）、匝道交叉口（RampJunctions）组成。第5页/共67页第6页/共67页高等级道路基本路段：是指主线上不受匝道附近车辆汇合、分离以及交织运行影响的路段部分（如上图）。理想条件(1)3.75m≤车道宽度≤4.50m；(2)侧向净宽≥1.75m；(3)车流中全部为小客车；(4)驾驶员均为经常行驶高等级道路且技术熟练遵守交通法规者。第7页/共67页高速公路基本路段第8页/共67页9高速公路基本路段及其特征高速公路基本路段是匝道影响区,或高速公路交织区以外的高速公路路段。第9页/共67页高速公路基本路段的交通特征与多车道公路、城市道路和双车道公路路段相比，高速公路基本路段有许多不同的车流特性。高速公路基本路段的交通流的运行情况会因上游和下游瓶颈点压缩交通流的条件不同而有很大变化。瓶颈处包括：匝道的合流处、交织区、车道数减少地段以及正在维修保养的路段、事故发生地点和路上有交通障碍的地方。高速公路基本路段上的交通流可划分为三类：不饱和交通流、排队—消散交通流和过饱和交通流。

第10页/共67页高速公路基本路段的交通特征高速公路基本路段上的交通流可划分为三类：不饱和交通流、排队—消散交通流和过饱和交通流。

第11页/共67页高速公路基本路段的交通特征不饱和流表明交通流不受到上、下游交通条件的影响。排队—消散流表明交通流一旦通过瓶颈，就加速向高速公路的自由流速度恢复。过饱和流是受下游瓶颈影响左右的交通流。阻塞路段的交通流，变化范围很大，其速度取决于瓶颈的压缩程度。高速公路上的排队与交叉口前排队不一样。高速公路上排队，车辆没停下来。高速公路上的车辆停停走走，队列缓慢行进。第12页/共67页13高速公路基本路段速度—流率关系曲线关系图第13页/共67页14高速公路基本路段密度—流率关系曲线关系图第14页/共67页15排队—消散流与过饱和交通流的平均车速—流率关系曲线图第15页/共67页高速公路基本路段交通特征的影响因素设计车速120km/h；3.75m≤车道宽度≤4.50m；平原微丘；左侧路缘带宽度0.75m；右侧路肩宽度≥2.75m；车流中全部为小客车；行政等级为干线公路；交通秩序和交通管理：好；驾驶员均为经常行驶高速公路且技术熟练遵守交通法规者。第16页/共67页一、高速公路基本路段的基本通行能力1.基本通行能力式中：－交通流平均车头时距数值(s)；

CB－基本通行能力，即理想条件下一车道所能通行的最大交通量(pcu/(h·ln))；2.实际交通流车头时距测量小车跟小车；小车跟大车；大车跟小车；大车跟大车。第17页/共67页高速公路车速观测——沈大、沈本沈本高速公路内侧车道、外侧车道速度分布概率曲线沈大高速公路内侧车道、外侧车道速度分布概率曲线第18页/共67页车头时距观测区间(s)0.511.522.533.544.55频次044596937076584838区间(s)5.566.577.588.59>9.0频次2919219109826确定高速公路基本路段的基本通行能力：研究领域！第19页/共67页高速公路基本路段的基本通行能力设计速度（km/h)1201008060每车道服务流率(pcu/h/ln)1950180015001200基本通行能力(pcu/h/ln)2200210018001500设计饱和度0.880.850.830.80基本通行能力与服务流率(SFL)及设计饱和度推荐经验值表(参考，运用时以当时规范为准)第20页/共67页高速公路基本路段服务水平第21页/共67页二、高速公路基本路段的可能通行能力式中：C可－可能通行能力数值(pcu/(h·ln))

；

CB－基本通行能力，即理想条件下一车道所能通行的最大交通量(pcu/(h·ln))；

N－单向车行道的车道数；

fCW－车道宽度对通行能力的修正系数；

fSW－侧向净宽对通行能力的修正系数；

fHV－大型车对通行能力的修正系数；

fP－驾驶员条件对通行能力的修正系数。第22页/共67页三、高速公路基本路段的设计（服务）通行能力式中：CD－单向车行道设计通行能力，即在具体条件下，采用i级服务水平时所能通行的最大交通量(veh/h)；

(V/C)i－第i级服务水平最大服务交通量与基本通行能力的比值。

SFL—第i级服务水平下一条车道的服务流率；

N－单向车行道的车道数；

fCWfSW－车道宽度和侧向净宽对通行能力的修正系数；

fHV－大型车对通行能力的修正系数；

fP－驾驶员条件对通行能力的修正系数。第23页/共67页四、高速公路基本路段通行能力的主要因素及修正方法设计速度（km/h)1201008060车道宽度3.75m1.01.01.01.0车道宽度3.5m0.980.970.970.97左侧路缘带宽度（m）右侧路缘带宽度（m）0.250.51.01.52.00.980.990.980.991.00行车道宽度修正系数(fCW)侧向净空修正系数(fSW)1.车道宽度及侧向宽度的修正系数第24页/共67页2.大型车的修正系数fHV式中:PLHV－大中型车的混入百分率；

PTC—特大型车混入百分率；

PCELHV－大中型车折算系数；

PCETC—特大型车折算系数。3.驾驶员条件的修正系数fP

在1.00~0.90范围内取fP值，一般取1.00。第25页/共67页实际运行状况的通行能力分析结合预测的或现有的交通需求，确定交通流的运行状况和道路设施所能够提供的服务水平；计算给定道路条件下的通行能力；保持某一特定运行状况前提下的最大服务交通量。通过道路通行能力和交通运行状况分析，可以正确评价道路运行状况，为道路交通、规划、建设和管理部门制定具体措施提供决策依据。通过道路通行能力和交通运行状况分析，可以保证道路运行状况良好，造福社会。第26页/共67页实际运营阶段通行能力分析步骤1.收集路段基本数据（1）划分高速公路路段；（2）记录和整理道路平面线形、纵断面线形、路面几何参数、地形及环境状况。2.计算交通量确定设计交通量和车辆换算系数；调查实际交通量及运行参数。3.查表或计算修正系数fHV、fSW、fCW、fp，确定实际条件下的通行能力。4.确定区间运行速度、时间和服务水平。5.评价交通运营情况第27页/共67页收集路段基本数据（1）调查地点选择A.理想条件的路段B.通行能力修正路段C.修正方法的验证路段（2）数据采集方法A.断面观测方法当观测路段的道路交通状况比较一致时，如道路平面线形顺直，纵断面起伏不大，横断面型式单一，断面法是非常有效的观测方法，可以得到除超车率以外的所有高速公路路段交通特性数据。B.区间观测方法区间法观测需要在观测区间的两端分别布置观测断面，区间长度一般在0.5km～2.0km之间。A’AV1

B’BA’AVi

VN

d….第28页/共67页收集路段基本数据（3）数据样本要求(车速为例）n：最少观测样本量；：观测车速标准差；k：置信水平对应常数；E：计算车速允许误差；r：车速类型常数。（4）数据处理方法A.断面观测方法车速、车型、流量、车头时距。B.区间观测方法区间车速。A’AV1

B’BA’AVi

VN

d….第29页/共67页计算实例例已知：一已有四车道高速公路，设计速度为100km/h，单向高峰小时交通量VP＝1800pcu/h，大货车占40%，车道宽3.50m，行车道两侧净空足够，重丘地形。分析其服务水平，问其达到可能通行能力之前还可增加多少交通量。解为求服务水平要计算V/C：(1)查表得诸修正系数

fCW＝0.97，fSW＝1.0,PCELHV＝2.0，

fHV=1/[1+0.40×(2.0-1)]=0.714,fP=1.0(2)计算V/C第30页/共67页(3)该公路服务水平属于二级(4)求算达到可能通行能力前可增加的交通量行车道的可能通行能力

达到可能通行能力前可增加的交通量V：

V＝2910-1800＝1110pcu/h第31页/共67页规划、设计阶段通行能力

分析步骤1.收集路段基本资料年平均日交通量（AADT）、小时交通量系数（HTF）、方向分布系数（D）；平纵线形、横向干扰、断面形式等等；2.计算交通量预测单向设计小时交通量：3.分析车道数适应性4.特定条件下的通行能力及交通运营情况第32页/共67页估计小时交通流流率AADT---年平均日交通量（Annualaveragedailytraffic）AADT给定地点的全年统计交通量平均到每一个24h交通量（日交通量）,也就是全年交通量除以365

(通常双向计算)；AADT通常用于规划、建设和管理。2.DDHV

－单向设计小时交通量(DirectionalDesignHourVolume)

DHV---设计双向小时交通量（Designhourvolume）; DDHV---单向设计小时交通量（Directionaldesignhourvolume）； AADT---年平均日交通量； D---设计小时单向交通量占双向交通量的比例；.

HTF---双向设计小时占

AADT的比例。第33页/共67页规划、设计阶段通行能力分析实例[问题]规划一条标准高速公路远景设计年限的平均日交通量AADT=45000veh/h，大货车占交通量的30%，方向系数D=0.6,平原地形，设计小时交通量系数HTF=0.12，高峰小时系数PHF=0.9，应规划为几车道高速公路。(大货车＝2.0标准车)设计速度（km/h)1201008060每车道服务流率(pcu/h/ln)1950180015001200基本通行能力(pcu/h/ln)2200210018001500设计饱和度0.880.850.830.80服务流率(SFL)表第34页/共67页规划、设计及运营阶段通行能力分析实例设计速度（km/h)1201008060车道宽度3.75m1.01.01.01.0车道宽度3.50m0.980.970.970.97行车道宽度修正系数(fCW)表左侧路缘带宽度右侧路缘带宽度0.25m0.50m1.0m1.5m2.0m0.980.990.980.991.00测向净空修正系数(fSW)表第35页/共67页规划、设计及运营阶段通行能力分析实例第36页/共67页规划、设计及运营阶段通行能力分析实例双向六车道第37页/共67页高速公路基本路段交通特征的影响因素车道路宽度和侧向净空（3.6m、3.0m）车道数立体交叉的密度重车比例情况（乡村10％、城市5%）坡度或地形（平原）驾驶员总体特征（专业）基本自由流速度（乡村120km/h、城市110km/h）高峰小时系数（乡村0.88、城市0.92）第38页/共67页39理想条件及通行能力

理想条件

单车道宽度≥3.6m;最小右侧侧向净空为1.8m，即行车道边缘到最近的障碍物或影响交通行为的物体之间的距离；中央分隔带最小侧向净空为0.6m；交通流中全为小客车；一个行车方向至少为五条车道（仅限于城市地区）；立交间距至少为3km；平原地形，坡度≯2%;驾驶人总体主要由经常使用该设施的普通驾驶人组成。天气、环境、交通状况理想条件。自由流速度一般≮110km/h。第39页/共67页40理想条件及通行能力方法的限制条件

专供某些单一车型使用的车道，如高载客率车辆车道、货车车道、爬坡车道;延长的桥梁、隧道路段；接近收费广场的路段；自由流车速低于90km/h或高于120km/h的路段；需求超过通行能力的路段；受下游阻塞或排队影响的路段；有过低的限速标志、警方执法范围路段;利用匝道控制提高通行能力的路段。在上述条件下，分析人员需利用其它信息，对此方法进行修正。第40页/共67页高速公路基本路段的基本通行能力和服务水平划分基本通行能力随自由流速度而变化。当自由流速度为120，110，100和90km/h时，通行能力分别为2400，2350，2300和2250辆小客车/h/ln。可用三个性能度量来描述高速公路基本路段的特征：密度（小客车/千米/车道）、速度（小客车平均车速）以及流量与通行能力之比（V/C）。用以计算服务水平的指标是密度。速度、密度、流量这三个指标有内在联系。给定其中的任意两个值，就可以计算出第三个值。服务水平划分:分为6级(E级服务水平的上限，密度最大28辆小客车/km/ln。在该密度，预期出现达到通行能力的持续流)。第41页/共67页高速公路基本路段服务水平划分标准高速公路上开始形成排队现象时，会出现F级服务水平、发生故障、中断交通、拥挤。排队中的密度趋于显著增大，可能明显大于E级服务水平的最大密度值(28km/h)。服务水平密度范围（pc/km/ln）A0-7B＞7-11C＞11-16D＞16-22E＞22-28F＞28第42页/共67页高速公路基本路段服务水平划分标准标准服务水平ABCDE自由流速度=120千米/小时最大密度（小客车/千米/车道）711162228最小速度（千米/小时）120.0120.0114.699.685.7最大V/C比0.340.550.770.921.00最大服务流率（小客车/小时/车道）8401320184022002400自由流速度=110千米/小时最大密度（小客车/千米/车道）711162228最小速度（千米/小时）110.0110.0108.597.283.9最大V/C比0.330.510.740.911.00最大服务流率（小客车/小时/车道）7701210174021352350自由流速度=100千米/小时最大密度（小客车/千米/车道）711162228最小速度（千米/小时）100.0100.0100.093.882.1最大V/C比0.300.480.700.901.00最大服务流率（小客车/小时/车道）7001100160020652300自由流速度=90千米/小时最大密度（小客车/千米/车道）711162228最小速度（千米/小时）90.090.090.089.180.4最大V/C比0.280.440.640.871.00最大服务流率（小客车/小时/车道）630990144019552250第43页/共67页44分析方法流程图第44页/共67页45高速公路基本路段分析方法1）确定自由流速度（FFS）——实地观测法、估算法2）确定需求流率——高峰小时系数、重车比例修正3）确定服务水平基本计算方法和计算流程的主要输出结果是服务水平。

第45页/共67页46分析方法流程1）确定自由流速度（FFS）——关键步骤

实地观测法观测条件：低-中流量条件下（不大于1300pcu/h/ln）小客车的平均速度；此流率范围内平均速度实质上保持恒定；观测方法：连续观测或系统抽样（如每10抽1）；样本量不少于100辆小客车第46页/共67页47估算自由流速度分析方法流程第47页/共67页48分析方法流程修正系数第48页/共67页49分析方法流程修正系数第49页/共67页50分析方法流程2）确定流率第50页/共67页51分析方法流程重型车修正系数第51页/共67页52驾驶人总体特征修正系数反映周末休闲出行活动，或工作日正午时段内驾驶人对设施的影响；取值在0.85~1.00之间变化；通常情况下，取1.00，反映工作日通勤交通（即使用者熟悉道路）；当有充分证据证明应该用较小的值来更好反映休闲交通或周末交通特征时，可取其它值；当需要较高精度时，基于工作日、周末交通流和速度的现场对比调查确定。分析方法流程第52页/共67页53高速公路延长段包括若干上坡、下坡和水平路段的一段延长高速公路，常常视为独立的均匀路段。通常不含对全段运行产生明显影响的过长或过陡的路段；大于或等于3%的纵坡不超过0.5km；或小于3%的纵坡不超过1.0km的路段。特殊纵坡任何小于3%的纵坡超过1.0km，以及大于或等于3%的纵坡超过0.5km的路段。上下坡对重型车影响差异很大，应区别对待。特殊上坡、特殊下坡、组合纵坡。分析方法流程第53页/共67页54适当划分路段；根据实地测量或计算的自由流速度，按调查数据构建适当的相同形状的速度-流量曲线。曲线与Y轴截距应在自由流速度（FFS）值处；根据流率，分析第2步中确定的自由流速度曲线，并确定平均小客车速度；据下式确定交通流密度；将密度计算结果与服务水平表中密度范围对比，确定服务水平。3）确定服务水平分析方法流程第54页/共67页55依据分析目的，确定主要输出结果，通常包括服务水平、所需车道数（N）和可达到的流率（）；以及密度（D）、小客车平均行程速度（S）等。应用——确定服务水平现状运营分析Operational(LOS)设计方案分析Design(N)规划方案推荐Planning(LOS)Planning(N)第55页/共67页56应用分析通行能力或服务水平分析要求高速公路路段有一致的交通条件和道路特性，因而，通常将交通或者道路条件发生改变的地点作为分析路段的终点；自然分界点：

入口、出口匝道；单一或组合纵坡的起终点。高速公路分段车道数发生变化；右侧侧向净空发生变化；坡度变化2%或更多或者连续上坡超过1200m;速度限制发生变化。第56页/共67页57应用计算一条现状公路或近、远期改建路段的服务水平。主要输出是服务水平，次要输出是密度和速度；运行分析

在给定的流率（或流率）和服务水平等级的情况下，检查设施是否能满足需求或推荐所需车道数。主要输出是假定条件下的所需车道数，其它输出包括速度和密度；设计分析

第57页/共67页58应用使用估计值、或当地默认值作为计算输入值；主要输出为服务水平、车道数、或流率，次要输出值为密度和速度。规划分析

规划分析大部分或所有输入值是估计值或默认值，但是运行分析和设计分析趋向与适用实地观测值或已知数据作为全部或大部分的输入变量。无论对于何种分析，自由流速度作为计算的输入值均是必需的；第58页/共67页59分析表单第59页/共67页60分析表单第60页/共67页61例题-1高速公路基本情况：现有的四车道高速公路，乡村地区，几何线型受限制，丘陵地形，限速110千米/小时。已知条件：单向双车道货车5%

车道宽度3.3m高峰小时系数0.92

侧向净空0.6m每千米0.6个立交通勤交通丘陵地形高峰小时交通量2000辆/小时（单向）说明：因为没有提及公共汽车和休闲车辆，所以假定这类车辆的比例为0%

乡村地区，假定基本自由流速度为120km/h。因所在区域为乡村地区，假定车道数不影响自由流速度。对通勤交通假定fP为1.00求解：高峰小时服务水平如何？解题思路：所有输入参数均已知道。算出以小客车/小时/车道为单位的交通需求，计算出自由流速度，用速度-流量图确定服务水平。用