交通流分析理论课件：交通流特征

交通流分析理论交通流特征一、交通流特征观测方法二、交通流特征之间关系三、交通流特征广义定义四、交通流特征三维描述本章内容一、交通流特征观测方法二、交通流特征之间关系三、交通流特征广义定义四、交通流特征三维描述本章内容随车观测方法随车观测方法是指交通流观测设备随车辆一起运动，记录车辆自身行驶的时空轨迹一、交通流特征观测方法车载GPS观测仪是常见的随车观测设备-->形成车辆时空轨迹-(t-x)曲线随车观测方法一、交通流特征观测方法瞬时车速也称地点速度，是车辆通过道路某一点/断面时的瞬时速度瞬时车速是车辆时空轨迹上某一点处的切线斜率瞬时车速单位：米/秒（m/s）或千米/小时（km/h）观测交通流特征：瞬时车速断面观测方法一、交通流特征观测方法断面观测方法是指交通流观测设备固定在道路某一断面，对通过该断面的交通流数据进行观测感应线圈（断面下方）和视频采集（断面上方）是常见的断面观测设备断面观测方法一、交通流特征观测方法在观测断面位置，记录观测时间T内：通过观测断面的车辆总数N，每辆车经过观测断面的时刻tn，每辆车在观测断面的瞬时车速vn断面观测方法观测交通流特征：流量一、交通流特征观测方法在单位小时内，由断面观测方法观测到的车辆数量被定义为流量q在观测时间T内，通过观测断面的车辆共有N辆车，即q=N/T流量单位：辆/小时（veh/h）交通流分析中，有时会使用流率的概念代替流量的概念流率=流量➗高峰小时系数流量和流率的单位是一致的（veh/h）断面观测方法观测交通流特征：车头时距一、交通流特征观测方法相邻两车通过观测断面的时间差被定义为交通流的车头时距：hn=tn-tn-1车头时距单位：秒（s）

在断面观测时间足够长且观测到的车辆数足够多的情况下忽略第一辆车的车头时距，则所有车辆车头时距之和为T断面观测方法观测交通流特征：时间平均速度一、交通流特征观测方法根据断面观测方法，记录通过某一观测断面的所有车辆瞬时车速vn将通过观测断面的所有车辆瞬时车速计算平均值，即为时间平均速度vt时间平均速度单位：

千米/小时（km/h）

断面观测方法观测交通流特征：占有率一、交通流特征观测方法观测设备被车辆所占用的时间总和与观测时间的比值，定义为占有率o占有率反映了交通流在时间层面的密集程度ξn：车辆n占用断面观测设备的时间D：车辆经过断面观测设备的长度ln：车辆n的车长vn：车辆n通过观测断面的瞬时车速高空观测方法高空观测方法是指利用飞行器从高空航拍道路交通流视频，并从视频中提出车辆轨迹，计算相关的交通流特征一、交通流特征观测方法直升机或无人机属于典型的高空观测设备，在全路段范围内进行观测高空观测方法一、交通流特征观测方法在高空某一瞬时，记录该高空观测时刻：路段上每一辆车的位置xn高空观测方法观测交通流特征：车头间距一、交通流特征观测方法车辆n的车头与前车n-1的车头之间的距离被定义为车辆n的车头间距，即：在高空观测时间足够长且观测到的车辆足够多的情况下忽略第一辆车的车头间距，则所有车辆的车头间距之和等于路段长度L

高空观测方法观测交通流特征：交通流密度一、交通流特征观测方法在观测时刻，路段L上共有N辆车，该时刻下单位长度上的车辆数被定义为交通流密度：k=N/L高空观测方法观测交通流特征：瞬时车速、空间平均速度一、交通流特征观测方法利用相邻两个高空观测时刻获取的车辆位置信息，可计算得到各车辆在高空观测下的瞬时车速，即：

对连续高空观测中得到的各车辆瞬时车速求平均，可得到空间平均速度，即：

一、交通流特征观测方法二、交通流特征之间关系三、交通流特征广义定义四、交通流特征三维描述本章内容宏微观交通流特征不同分类：特征类别、观测方法、微观特征、宏观特征重要关系：交通流恒等式、q与h、k与s、vt与vs、o与k二、交通流特征之间关系交通流特征相互关系交通流恒等式二、交通流特征之间关系交通流的流量q、密度k和空间平均速度vs之间存在以下恒等式关系交通流恒等式中的速度不是时间平均速度，而是空间平均速度

流量和车头时距的关系根据如下计算，交通流的流量q和平均车头时距h呈倒数关系

交通流特征相互关系密度和车头间距的关系二、交通流特征之间关系根据如下计算，交通流的密度k和平均车头间距s呈倒数关系

交通流特征相互关系时间平均速度和空间平均速度的关系二、交通流特征之间关系理论上，可以证明时间平均速度vt和空间平均速度vs满足如下关系时间平均速度vt大于或等于空间平均速度vs，即：vt>=vs当且仅当所有车辆都以同一车速匀速行驶时（𝜎=0），两者才相等此外，空间平均速度vs可看作是断面观测瞬时车速vn的调和平均

交通流特征相互关系占有率和密度的关系二、交通流特征之间关系占有率和密度分别反映了交通流在时间和空间上的密集程度占有率和密度成比例关系，比值为D+l，其计算如下：

例题2-1（教材P11）在一条不可换道且单向行驶的双车道公路上，每条车道的流量均为1200veh/h。在双车道公路的内车道上，每辆车都以96km/h的速度行驶，在双车道公路的外车道上，每辆车都以48km/h的速度行驶。计算双车道公路整体的空间平均速度和时间平均速度。二、交通流特征之间关系5分钟时间思考一下？例题2-1（教材P11）解答：基于交通流恒等式计算密度值二、交通流特征之间关系已知：快车道速度v1=96km/h、流量q1=1200veh/h（快车道vs=vt

=v1）已知：慢车道速度v2=48km/h、流量q2=1200veh/h（慢车道vs=vt

=v2）计算快车道密度k1=q1/v1=1200/96=12.5veh/km计算慢车道密度k2=q2/v2=1200/48=25veh/kmσ2：所有车辆的速度方差vt≥vs，匀速行驶(σ=0)，vt=vs例题2-1（教材P11）解答：计算空间平均速度二、交通流特征之间关系已计算快车道密度k1=q1/v1=12.5veh/km已计算慢车道密度k2=q2/v2=25veh/km根据密度定义，我们从高空往地面观测(高空观测)1km范围内的双车道情况则，由空间平均速度定义，计算空间平均速度vs如下：快车道1km范围有12.5辆车（速度为v1=96km/h），记为m1=12.5veh慢车道1km范围有25辆车（速度为v2=48km/h），记为m2=25veh例题2-1（教材P11）解答：计算时间平均速度二、交通流特征之间关系题目中已知快车道流量为q1=1200veh/h题目中已知慢车道流量为q2=1200veh/h根据流量定义，我们站在路旁固定位置进行断面观测1h内的双车道情况则，由时间平均速度定义，计算时间平均速度vt如下：1小时内，快车道驶过1200辆车（速度为v1=96km/h），记为n11小时内，慢车道驶过1200辆车（速度为v2=48km/h），记为n2时间平均速度往往大于空间平均速度期望的交通流特征-->服务于交通流恒等式q=kv期望的交通流特征：流量、密度、空间平均速度（q=kvs）二、交通流特征之间关系观测方法微观交通流特征宏观交通流特征断面观测车头时距h、瞬时车速vn流量q、时间平均速度vt高空观测车头间距s、瞬时车速v'n密度k、空间平均速度vs空间平均速度vs优于时间平均速度vt、交通流密度k优于交通流占有率o根据交通流恒等式，期望通过高空观测方法获取k和vs，以此计算q=kvs基于断面观测方法对空间平均速度vs和密度k进行估算空间平均速度vs的估算：断面观测瞬时车速vn的调和平均、vt近似代替vs密度k的估算：车头间距s的倒数、交通流恒等式q=kvs（vt近似代替vs）期望的交通流特征与所需的观测方法之间存在直接矛盾高空观测方法可获取期望的交通流特征，但难以满足大规模的采集任务交通工程中应用广泛的断面观测方法则无法直接获取期望的交通流特征一、交通流特征观测方法二、交通流特征之间关系三、交通流特征广义定义四、交通流特征三维描述本章内容流量的广义定义三、交通流特征广义定义t(A)：车辆行驶总时间v：交通流平均速度vs：断面车速调和平均分子：在T时段内区域A中所有车辆行驶距离的总和d(A)=N×dx分母：区域A的面积|A|=T×dx针对流量q做如下变化，dx表示一个无限小的距离计算交通流平均速度-->vs密度的广义定义三、交通流特征广义定义分子：所有车辆在区域A中行驶的总时间t(A)=N×dt分母：区域A的面积|A|=L×dtd(A)：车辆行驶总距离v：交通流平均速度vs：高空观测方法瞬时车速算术平均针对密度k做如下变化，dt表示一个无限小的时段计算交通流平均速度-->vs统一的广义定义三、交通流特征广义定义d(A)：所有车辆在区域A中行驶的总距离t(A)：所有车辆在区域A中行驶的总时间|A|：闭合时空区域A的面积任意一个闭合的时空区域，均可定义交通流恒等式q=kv（v=vs）时空区域A并非一定是矩形等规则图形任何一个闭合的时空区域均可用来定义一、交通流特征观测方法二、交通流特征之间关系三、交通流特征广义