《交通流理论》实验教学指导书.pdf

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1、 1 交通流理论 实实 验验 指指 导导 书书 邵春福 编 写 适用专业：交通运输类 北京交通大学交通运输学院 2010年 4 月 2 前前 言言 交通流理论是交通工程学科最重要的基础课程之一。在交通规划和交通管理中，应用交通流理论可以对道路等交通设施的使用情况进行科学地分析和评价。交通流理论的主要内容有交通流特性理论、车流波动理论和跟车理论等。为了加深学生对交通流理论课程中的基本理论知识及基本概念的理解，提高学生理论联系实际的能力，培养学生在实践中思考、分析、解决交通运输中实际问题的能力，交通流理论实验课程是一种重要的教学手段和途径。本实验指导书分为四个实验部分，分别是车辆的到达分布实验、道

2、路断面交通流特性实验、车辆到达实验和区域交通流实验。车辆的到达分布实验 重在让学生理解车辆到达服从的随机分布规律；道路断面交通流特性实验重点让学生理解交通流理论中速度、流量、密度等交通特征之间的关系；车辆到达实验和区域交通流实验重点让学生理解掌握在一天中车辆到达分布的情况和在区域交通中，各路段交通流特征之间的联系等。各实验在内容上相互联系并注重理论分析与实际动手相结合，旨在通过完成本实验课程，提高学生分析问题、解决问题的能力并建立较为完整的交通流理论的概念。3 目目 录录 前 言.2 实验一：车辆的到达分布实验.4 实验二：道路断面交通流特性实验.7 实验三：车辆到达实验.11 实验四：区域交

3、通流实验.13 参考书目.17 4 实验一：实验一：车辆的到达车辆的到达分布实验分布实验 实验学时：4 实验类型：综合实验 实验要求：必修 一、实验目的一、实验目的 1、理解 rtms 检测器采集的交通流数据的数据格式。2、理解描述车辆到达分布规律的方法（各种离散型分布）。3、理解车辆到达的分布的含义。4、能够利用 rtms 检测数据绘制车辆到达的分布规律图。二、实验内容二、实验内容 1、讲解遥感微波检测器（rtms）基本知识及采集的交通数据格式和数据库的存储形式。2、通过演示rtms 交通流实验程序，讲解道路断面车辆到达分布规律。3、学生利用 rtms 数据，按照周、日（分为：节假日和平日）

4、、小时（高峰小时和平峰小时）统计并绘制车辆到达分布图。三、实验原理、方法和手段三、实验原理、方法和手段 1、实验原理：车辆的到达在某种程度上具有随机性，描述这种随机性分布规律常用离散型分布，包括：泊松分布、二项分布和负二项分布等。a)泊松分布 P(x)=!t)(xte x=0,1,2,3,式中：P(x)在计数间隔 t 内到达 x 车辆的概率；在单位间隔的平均到达率；t每个计数间隔时间；e自然对数的底，取 2.71828 适用条件：车流密度不大时，车间相互影响微弱，即车流是随机的。b)二项分布 5 xnxnppCxP)1()(x=0,1,2,3,n 式中：P(x)在计数间隔 t 内到达 x 辆车

5、的概率；平均到达率；t每个计数间隔持续的时间；n正整数；pt/n。适用条件：车流比较拥挤，自由行驶机会不多的车流。c)负二项分布 xtppCxP)1()(1x x=0,1,2,3,n P(x)在计数间隔 t 内到达 x 辆车的概率；平均到达率；t每个计数间隔持续的时间；n正整数；pt/n。适用条件：到达的车流波动性很大。2、方法和手段：老师讲解实验原理与学生分析利用实际交通检测数据相结合、以学生自主训练为主的开放模式组织实验。四、实验条件四、实验条件 1、硬件条件：遥感微波检测器（rtms）、多媒体设备、远程服务器。2、软件条件：sql server 数据库、rtms 交通流实验程序 五、实验

6、步骤五、实验步骤 1、展示并讲解 rtms 数据的入库存储过程、数据库表和表中字段、数据的含义。2、结合交通流理论课程理论内容，演示讲解rtms 交通流实验程序，重点演示车流到达的统计分布（不同时段）。3、安排学生利用节假日和平日的 rtms 检测的数据，按照不同方向分别绘制车辆的到达的随机分布图（时间间隔为 2 分钟）。4、安排学生利用某日的 rtms 检测的数据，按照不同方向分别绘制高峰小时和平峰小时车辆的到达的随机分布图（时间间隔为 2 分钟）。6 5、安排根据所绘制的车辆的到达的随机分布图，分析各图中车辆到达符合的随机分布规律，并解释车辆到达符合不同分布规律的原因。六、思考题六、思考题

7、 1、分析所绘制的节假日、平日、高峰小时、平峰小时的车流到达随机分布图，说明各图中车辆到达符合的随机分布规律以及车辆到达符合不同分布规律的原因。八、实验报告八、实验报告 实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分，基本内容详见附件 1。附件附件 1：学生实验报告基本内容要求 分小组进行实验，实验报告每小组整理一份由小组长提交。1实验预习实验预习 描述车辆的到达随机性分布规律常用的离散型分布，包括：泊松分布、二项分布和负二项分布等以及这些分布的适用范围。2实验记录实验记录 记录实验过程中涉及的重要方法和步骤；记录实验过程中，小组人员的任务分工。3实验报告实验报告 对交通调查数据进行

8、汇总，并根据实际交通调查数据绘制车辆到达的随机分布图，结果以 excel 电子版的形式进行提交。回答实验思考题并对交通调查实验中遇到的问题或特殊现象进行整理、解释、分析和总结。7 实验二：道路断面交通流特性实验实验二：道路断面交通流特性实验 实验学时：4 实验类型：综合实验 实验要求：必修 一、一、实验目的实验目的 1、理解交通流参数的含义；掌握流量、速度、密度之间的关系模型。2、能够理解并利用 rtms 数据，能够计算交通流参数并绘制流量速度图，密度速度图，密度流量图。3、能够通过流量、速度、密度数据判断道路断面的交通状况（包括：畅通、拥挤、阻塞）。二、二、实验内容实验内容 1、讲解遥感微波

9、检测器（rtms）基本知识及采集的交通数据格式和数据库的存储形式。2、通过演示rtms 交通流实验程序，讲解道路断面交通特性等。3、学生利用 rtms 数据，按照周、日（分为：节假日和平日）、小时（高峰小时和平峰小时）统计并绘制流量速度图，密度速度图，密度流量图。4、学生根据交通流参数数据，理解并描述道路断面交通状况。三、三、实验原理、方法和手段实验原理、方法和手段 1、实验原理：a)交通流各参数的含义和计算方法 流量流量：在单位时间内，通过道路某一点、某一段面或某一车道的交通实体数（对机动车而言就是车辆数）。q=N/T 式中：q流量（veh/h）；T观测时段长度；N观测时段内的车辆数；时间平

10、均速度时间平均速度：观测时间内通过道路某段面所有车辆地点速度的算术 8 平均值。ut=1NuiNi=1 式中：ui第 i 辆车的地点速度；N观测的车数。占有率占有率：车辆的时间密度集，在一定的观测时间 T 内，车辆通过检测器是所占用的时间与观测总时间的比值。D=式中：ti第 i 辆车的通过检测器是所占用的时间；N观测的车数。T观测时段长度；D车辆的时间密度集 b)交通流参数的关系模型（连续交通流）2、方法和手段：老师讲解实验原理与学生分析利用实际交通检测数据相结合、以学生自主训练为主的开放模式组织实验。四、四、实验条件实验条件 1、硬件条件：遥感微波检测器（rtms）、多媒体设备、远程服务器。

11、2、软件条件：sql server 数据库、rtms 交通流实验程序 五、实验步骤五、实验步骤 9 6、展示并讲解 rtms 数据的入库存储过程、数据库表和表中字段、数据的含义。7、演示讲解rtms 交通流实验程序，具体内容如下：a)展示根据交大西门、东区南门和东门三个 rtms 检测器实时检测的交通流数据实时判断的交通状况图（其中绿色表示畅通、黄色表示拥挤、红色表示堵塞等）。分为三个层次进行演示讲解：各检测器检测道路的交通状况、交大周边总体的交通状况、交大周边在整个北京市路网中的交通状况。b)分别实时统计、绘制各个检测器检测的交通流特征图（包括速度密度图、流量密度图、速度流量图等），结合交通

12、流理论课程理论内容进行讲解。8、安排学生利用 rtms 上个月份的检测数据，按照第一、二、三、四周进行分别统计绘制流量速度图，密度速度图，密度流量图，比较分析各周交通状况变化情况及原因。9、安排学生利用 rtms 上周检测的数据，按照天分别统计绘制流量速度图，密度速度图，密度流量图，重点比较分析节假日和平日交通状况变化情况及原因、节假日或平日的高峰小时和平峰小时交通状况变化情况及原因。10、安排学生利用 rtms 上周某天检测的数据，按照高峰小时和平峰小时分别统计绘制流量速度图，密度速度图，密度流量图，重点比较分析该天高峰小时和平峰小时交通状况变化情况及原因。11、结合检测器位置，针对统计绘制

13、的某天的流量速度图，密度速度图，密度流量图，具体分析道路断面的交通状况。六、思考题六、思考题 1、按照周、日、小时统计并绘制的量速度图，密度速度图，密度流量图是否符合流量、速度、密度之间的关系模型？如果不完全符合，请说明原因。2、请说明如何利用 rtms 检测数据判断道路交通状况（举例具体说明或说明思路皆可）。七、实验报告七、实验报告 实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分，基本内容 10 详见附件 2。附件附件 2：学生实验报告基本内容要求 分小组进行实验，实验报告每小组整理一份由小组长提交。1实验预习实验预习 明确交通量、车速、交通密度的含义和流量、速度、密度之间的关系模

14、型。2实验记录实验记录 记录实验过程中涉及的重要方法和步骤；记录实验过程中，小组人员的任务分工。3实验报告实验报告 按照周、日、小时统计的检测数据并绘制交通流特征图，对比分析交通流特征图，结果以 excel 电子版的形式进行提交。回答实验思考题并对交通调查实验中遇到的问题或特殊现象进行整理、解释、分析和总结。11 实验三：车辆到达实验实验三：车辆到达实验 实验学时：4 实验类型：综合实验 实验要求：必修 一、一、实验目的实验目的 1、理解 rtms 检测器采集的交通流数据的数据格式；2、理解高峰小时和平峰小时的含义；2、理解道路断面车辆到达分布的含义；3、能够利用 rtms 检测数据绘制车辆到

15、达的分布图。二、实验内容二、实验内容 1、讲解遥感微波检测器（rtms）基本知识及采集的交通数据格式和数据库的存储形式。2、通过演示rtms 交通流实验程序，讲解道路断面车辆到达分布。3、学生利用 rtms 数据，按照日（分为：节假日和平日）统计并绘制车辆到达分布图。4、比较分析绘制的车辆到达分布图。三、实验原理、方法和手段三、实验原理、方法和手段 1、实验原理：出行的早晚高峰：高峰小时（早 7:009:00 晚 17:0019:00）；2、方法和手段：老师讲解实验原理与学生分析利用实际交通检测数据相结合、以学生自主训练为主的开放模式组织实验。四、实验条件四、实验条件 1、硬件条件：遥感微波检

16、测器（rtms）、多媒体设备、远程服务器。2、软件条件：sql server 数据库、rtms 交通流实验程序 五、实验步骤五、实验步骤 1、展示并讲解 rtms 数据的入库存储过程、数据库表和表中字段、数据的含义。12 2、结合交通流理论课程理论内容，演示讲解rtms 交通流实验程序，重点演示车流到达的统计分布（不同时段）。3、比较分析绘制的车辆到达分布图，包括波峰发生的时间段与高峰小时比较分析、波峰的交通量与道路通行能力比较分析、节假日与平日的交通状况曲线的比较分析等。六、思考题六、思考题 1、从高峰小时出现的时间、波峰的交通量与道路通行能力的关系、节假日和平日的曲线的差异几个方面比较分析

17、所绘制的的车流到达分布图，说明各图中车辆到达分布的特点以及车辆到达分布曲线不同的原因。七、实验报告七、实验报告 实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分，基本内容详见附件 3。附件附件 3：学生实验报告基本内容要求 分小组进行实验，实验报告每小组整理一份由小组长提交。1 实验预习实验预习 明确车辆到达分布的规律，知道早晚高峰对车辆到达分布的影响。2实验记录实验记录 记录实验过程中涉及的重要方法和步骤；记录实验过程中，小组人员的任务分工。3实验报告实验报告 对交通调查数据进行汇总，并根据实际交通调查数据绘制车辆到达的分布图，结果以 excel 电子版的形式进行提交。回答实验思考题

18、并对交通调查实验中遇到的问题或特殊现象进行整理、解释、分析和总结。13 实验四：区域交通流实验实验四：区域交通流实验 实验学时：4 实验类型：综合实验 实验要求：必修 一、一、实验目的实验目的 1、了解 rtms 检测器采集的交通流数据的数据格式和在数据库中的存储形式。2、理解区域交通分析中，路段（连线）和节点（点）的含义；理解判断区域交通瓶颈的指标的含义；掌握计算道路通行能力的方法。3、利用 rtms 检测的数据，理解三个检测器检测的三条道路交通流参数之间和交通状态之间的联系。二、实验内容二、实验内容 1、讲解遥感微波检测器（rtms）基本知识及采集的交通数据格式和数据库的存储形式。2、安排

19、学生利用 rtms 检测的数据，判断区域交通瓶颈并分析原因，提出疏解交通办法。三、实验原理、方法和手段三、实验原理、方法和手段 1、实验原理：a)寻找区域交通瓶颈的原理：木桶原理又称短板理论，其核心内容为：一只木桶盛水的多少，并不取决于桶壁上最高的那块木块，而恰恰取决于桶壁上最短的那块。根据这一核心内容，“木桶理论”还有两个推论：其一，只有桶壁上的所有木板都足够高，那木桶才能盛满水。其二，只要这个木桶里有一块不够高度，木桶里的水就不可能是满的。b)判断交通拥堵指标：路段平均速度路段平均速度是指行驶在某一特定长度路段内全部车辆的车速分布的平均值，即区间平均速度。单位：公里/小时。路段平均速度值的

20、大小是出行者对交通拥堵状态的最直观感受之一，直接反映了路段的拥堵状态。14 路段负荷度路段负荷度是指路段实际交通量与路段通行能力的比值。单位：无。路段负荷度是交通需求与交通供应关系的体现，反映了路段的服务水平。路段负荷度越大，其服务水平越低，负荷度越小，服务水平越高。路段单位里程平均延误路段单位里程平均延误即为通过单位长度路段（取 1 公里）的所有车辆的延误值总和。单位：分钟/公里。该要素反映了路段交通性能及交通管理的效率和水平，常用来评价路段通畅情况及排队情况。路段单位里程平均停车次数路段单位里程平均停车次数是路段上平均每辆机动车在运行过程中单位长度（取 1 公里）内发生的停车次数。单位：次

21、/公里。路段上平均每辆机动车在运行过程中单位长度（每一公里）内的平均停平均停车时间车时间。单位：分钟/公里。c)道路通行能力的计算 在城市一般道路与一般交通的条件下，并在不受平面交叉口影响时，一 15 条机动车车道的可能通行能力按下式计算：Np3600/ti 式中 Np一条机动车车道的路段可能通行能力（pcu/h）；ti连续车流平均车头间隔时间(s/pcu)。不受平面交叉口影响的机动车车道设计通行能力计算公式如下：Nmac Np 式中 Nm一条机动车车道的设计通行能力（pcu/h）；ac机动车道通行能力的道路分类系数。2、方法和手段：老师讲解实验原理与学生分析利用实际交通检测数据相结合、以学生

22、自主训练为主的开放模式组织实验。四、实验条件四、实验条件 1、硬件条件：遥感微波检测器（rtms）、多媒体设备、远程服务器。2、软件条件：sql server 数据库、rtms 交通流实验程序 五、实验步骤五、实验步骤 1、展示并讲解 rtms 数据的入库存储过程、数据库表和表中字段、数据的含义。2、结合交通流理论课程理论内容，演示讲解rtms 交通流实验程序，重点演示区域交通流实时状况。3、安排学生利用节假日和平日的 rtms 检测的数据，按照不同车流方向分别计算各路段的交通流参数，判断区域交通瓶颈并分析原因，思考疏解交通或者使区域交通流合理分配的方法。六、思考题六、思考题 1、对于区域交通

23、瓶颈，结合交大周边区域的实际情况，说明疏解交通或者使区域交通流合理分配的方法。七、实验报告七、实验报告 实验报告的内容主要包括实验预习、实验记录和实验报告三部分，基本内容详见附件 4。16 附件附件 4：学生实验报告基本内容要求 分小组进行实验，实验报告每小组整理一份由小组长提交。1 实验预习实验预习 明确区域交通分析中，路段（连线）和节点（点）的含义、判断区域交通 瓶颈的指标的含义、计算道路通行能力的方法；了解交通瓶颈的疏导方法。2实验记录实验记录 记录实验过程中涉及的重要方法和步骤；记录实验过程中，小组人员的任务分工。3实验报告实验报告 指出区域交通瓶颈或者区域交通不合理之处。回答实验思考题并对交通调查实验中遇到的问题或特殊现象进行整理、解释、分析和总结。17 参参 考考 书书 目目 1 交通流理论，王殿海主编，人民交通出版社。2 交通规划原理，邵春福主编，中国铁道出版社。3 道路通行能力手册，美国交通研究委员会著，人民交通出版社。4 交通规划理论与方法，陆化普编著，清华大学出版社。