道路工程第三章道路交通流特性及通行能力.ppt

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1、第三章 道路交通流特性及通行能力2021/9/241第一节 概述一、交通流一、交通流 是道路上人流和车流的总称二、交通流特性 是指在道路交通系统中有关交通流参数的定性和定量的特征，以及它们在不同的时空条件下的变换规律和相互关系2021/9/242三、交通流参数 是指描述和反映一些交通流特性的物理量。主要包括交通量，行车速度，交通密度，交通延误，车头时距，车头间距，时间占有率等参数。其中，交通量、行车速度、交通密度是三大基本参数2021/9/243第二节 交通量一、交通量的定义 在单位时间段内，通过道路某一横断面的交通实体的数量，也称交通流量，简称流量。一般就是指机动车的交通量，同时不加说明 的

2、话一般是指两个方向的机动车的交通量。2021/9/2442021/9/245二、交通量的表示方法（一）平均日交通量ADT(veh/d)为观测期内日交通量的平均值。即观测期内交通量总和与观测天数的比值Qi为观测期内第i日的交通量，veh/dN为观测天数，d平均每天交通量：平均每天交通量：Average Day Traffic 交通工具，车辆：交通工具，车辆：vehicle 2021/9/246（二）年平均日交通量（二）年平均日交通量(AADT)为在一年的观测期内日交通量的平均值。即一年的交通量的总和与该年总天数的比值。Qi为观测期内第i日的交通量，veh/d N为全年的天数，d，n=365或者3

3、662021/9/247（三）月平均日交通量（三）月平均日交通量(MADT)为在一个月的观测期内日交通量的平均值。即为一个月的交通量总和与该月总天数的比值，vdh/d Qi为观测期内第i日的交通量，veh/d N为当月的天数，d，n=28，29，30，312021/9/248（四）周平均日交通量(WADT)为在一周的观测期内日交通量的平均值。即一周的交通量总和与周天数的比值。veh/d Qi为观测期内第i日的交通量，veh/d2021/9/249（五）小时交通量，为一小时内观测的交通量 (1)高峰小时交通量（高峰小时交通量（PHV）peak hours volume 全天交通量最大的那个小时叫

4、高峰小时，该 小时内的交通量称高峰小时交通量（早/晚高峰小时交通量）(2)年最大小时交通量年最大小时交通量 指一年内各小时交通量中最大的一个小时交通量 (3)年第年第30位小时交通量位小时交通量 将一年内各小时(24x365=8760h)的交通量，按从大到小的顺序排列的第30小时所对应的交通量。其与年平均日交通量的比值(K)比较稳定，常用它作为设计小时常用它作为设计小时交通量交通量。比如(道路宽度，车道数)2021/9/2410（六）交通流率 简称流率，是指将不足一个小简称流率，是指将不足一个小时观测所得的交通量，换算成时观测所得的交通量，换算成一个小时交通量所的的比值。一个小时交通量所的的比

5、值。N为为t时间内观测到的车辆数，时间内观测到的车辆数，veh t为观测时间，为观测时间，min 交通流率主要用于高峰小时内交通流率主要用于高峰小时内流量的变化分析和对道路交通流量的变化分析和对道路交通能力，服务水平等的评价能力，服务水平等的评价流率=2021/9/2411 交通量交通量随时间和空间变化随时间和空间变化而变化的现而变化的现象，称为交通量的时空分布特性。象，称为交通量的时空分布特性。交通量随时间变化的特性。主要包括交通量随时间变化的特性。主要包括交通量的交通量的月变化、周变化、小时变化月变化、周变化、小时变化（用用折线图、直方图或饼图等表示折线图、直方图或饼图等表示）三、交通量的

6、时间分布特性2021/9/24122021/9/24132021/9/24142021/9/24152021/9/2416某观测站测得各月的交通量及全年的累计交通量如下表，试计算各月的平均日交通量与月变系数K月 月份123456789101112全年合计全月交通量65785427506714173317770997278270641709518304391661881667818088158815161161 AADT=2415MADT212215272166244424872426227922892768295729392522K月0.87870.63230.89691.0121.0301.

7、0050.94370.94781.14621.2241.2171.0442021/9/2417 (一一)月变化：一年内各月交通量的变化称为月月变化：一年内各月交通量的变化称为月变化。以月份为横坐标，月平均日交通量相当于变化。以月份为横坐标，月平均日交通量相当于年平均日交通量的百分数为纵坐标，绘成的曲线年平均日交通量的百分数为纵坐标，绘成的曲线图称为交通量的月变图图称为交通量的月变图 2021/9/2418（二）周变化（二）周变化 具体数据见具体数据见P73，表，表4-2 2021/9/2419（三）交通量的小时变化（三）交通量的小时变化 交通量的小时变化中，高峰小时的交交通量的小时变化中，高峰

8、小时的交通量变化是人们所关注的，它是交通流特通量变化是人们所关注的，它是交通流特性中的一项重要的指标。高峰小时交通量性中的一项重要的指标。高峰小时交通量的变化特征常用的变化特征常用高峰小时流量比高峰小时流量比和和高峰小高峰小时系数时系数来描述。来描述。具体数据见具体数据见P74-75表表4-3 时变系数为时变系数为各小时交通量除以全天交各小时交通量除以全天交通量。通量。高峰小时流量比为高峰小时的时变高峰小时流量比为高峰小时的时变系数。系数。2021/9/2420 1.高峰小时流量比。高峰小时流量比。(早早/晚晚)高峰小时交通高峰小时交通量与该天全天交通量之比。量与该天全天交通量之比。2.高峰小

9、时系数高峰小时系数(PHF)。就是高峰小时交通。就是高峰小时交通量与高峰小时内某一时段的交通量扩大为量与高峰小时内某一时段的交通量扩大为1小时的高峰小时交通量的比值。小时的高峰小时交通量的比值。peak hours factor2021/9/2421例题：4-3 P762021/9/2422 指交通量随空间变化的特性。主要包括指交通量随空间变化的特性。主要包括城乡分布特性，路段分布特性，方向分布特城乡分布特性，路段分布特性，方向分布特性和车道分布特性性和车道分布特性四、交通量的空间分布特性2021/9/2423第三节行车速度特性行车速度既是道路规划设计中的一项重要指标，又是车辆运输效率的一项评

10、价指标，对于实现交通运输安全，迅速，经济，舒适的目的具有重要的意义。了解和掌握道路上行车速度及其变化规律，是正确进行交通规划，道路设计，交通控制，运输管理的基础2021/9/2424一、行车速度分类（一）地点车速（一）地点车速 指车辆通过某一地点时的瞬时车速。汽车速度表盘指示的速度，雷达测速仪测到的速度均为地点速度（二）行驶速度（二）行驶速度 是指车辆行驶某一区间的距离与行驶这一区间距离所需的有效时间（不包括停车时间）的比值。行车速度用于评价该路段的线行顺适应和通行能力，也可于成本效益分析2021/9/2425（三）行程车速（三）行程车速 指车辆通过某段路程与车辆通过该路程所需的总时间（包括中

11、间停车时间和延误时间，但不包括住宿，修车，停车休息及离开行驶路线以外的时间）之比。用于评价道路的畅通程度（四）设计车速（四）设计车速 指在道路交通与气候条件良好的情况下，仅受道路杂技条件限制时所能保持的最大安全车速。它是道路几何线形设计的依据2021/9/2426（五）临界车速（五）临界车速 指道路通行能力达到最大时的车速，对于选择道路等级具有重要的作用2021/9/2427二、行车速度的统计分布特性道路上车辆的行车速度分布是不均匀的，单用某一个地点或者某一时间的速度很难说明其速度特性。一般情况下，多用算术平均值来表示行车速度。但实际上算术平均值的周围变化很大，分布宽，所以要研究速度的统计分布

12、速度的统计分布规律。对行车速度统计分布特性的研究，一般借助速度频率速度频率分布曲线和累计频率累计频率分布曲线。2021/9/2428(一一)速度频率分布曲线和累计频率分布曲线速度频率分布曲线和累计频率分布曲线 将现场测到的地点车速由大到小排列，然后按一定的组距间隔进行分组。各组内车辆出现的次数叫频数频数，各组内车数与车辆总数的比叫频率频率。根据各组车速中值和相应的频率绘制成的曲线即为速度频率分速度频率分布曲线布曲线。根据各组车速中值和相应的累计频率绘制成的曲线即为地点车速累计分布地点车速累计分布曲线曲线2021/9/2429地点车速累计频率分布计算表地点车速累计频率分布计算表车速分组组中值频数

13、频率累计频率10.0-14.9315.0-19.91020.0-24.92125.0-29.93130.5-39.95435.0-39.94340.0-44.92145.0-49.91050.0-59.9555.0-59.92求和2021/9/24302021/9/24312021/9/2432(二二)行车速度统计分布的特征值行车速度统计分布的特征值 从速度累计频率分布曲线图就可以分析行车速度统计分布的特征值 1.中位车速。也称50%车速，表示在该速度以下行驶的车辆与该速度以上行驶的车辆数相等。在正态分布的情况下，中位车速等于平均车速 2.85%位车速。表示所观测的车辆中，有85%的车辆行驶在

14、此速度以下，只有15%的车辆行使速度高于此值。因此，为了确定绝大多数车辆都能遵守的速度，同时又能最大限度地保证行车安全，在交通管理中，常以常以85%位车速作为某位车速作为某些路段的最高限制速度些路段的最高限制速度2021/9/2433 3.15%位车速。表示在所观测的车辆中，有15%的车辆行使在此速度以下，有85%的车辆行驶高于此值。由于只有少数车辆以低速行驶，这样，往往容易出现阻塞排队，甚至发生追尾想撞的事故。因此，在高速公路和快速道路上，为了行车安全，常以这个速度作为最低限速。2021/9/2434 三、时间平均车速和区间平均车速 (一一)时间平均车速时间平均车速 单位时间内测得通过某横断

15、面各车辆的地点车速的算术平均值2021/9/2435 (二二)区间平均车速区间平均车速 在某一瞬间，行驶于某一区段的全部车辆的车速分布的平均值 （详见例4-5）2021/9/2436第四节 交通密度特性 道路交通有这样常见的现象：1、当道路上车辆很少时，流量近似于零，交通流呈自由状态；2、当道路上挤满了车辆时，流量也趋近于零，而此时交通流却呈现阻塞状态 2021/9/2437一、交通密度的概念 2021/9/2438一、交通密度的概念 表达的是：平均每公里有多少车表达的是：平均每公里有多少车2021/9/2439一、交通密度的概念 表达的是：某车道平均每公里有多少车表达的是：某车道平均每公里有

16、多少车2021/9/2440一、交通密度的概念 交交通通密密度度又又称称为为车车流流密密度度，它它是是指指在在某某一一瞬瞬间间，单单位位道道路路长长度度内内的的车车辆辆数数，其其表达式为：表达式为：当交通量由零逐渐增大，接近或达到道路通行能力时的交通密度称为临界密度，临界密度反映交通流最大时的密度，故又称为最佳密度；km 当密度继续增大，达到导致所有车辆无法通行时，速度趋近于零，交通流量也趋近于零，此时的密度称为阻塞密度。kj 2021/9/2441二、车头时距与车头间距（一）车头时距(time headway)车头之间时间间隔每小时每小时4 4公里的速度，公里的速度，4 4公里上共有公里上共

17、有8 8辆，共耗时辆，共耗时36003600秒秒2021/9/2442二、车头时距与车头间距（一）车头时距(time headway)车头之间时间间隔车头时距是指相邻车辆的车头经过同一地点的时间差，用符号ht表示。平均车头时距与交通量之间的关系为：车头时距是交通流的重要变量之一，车头时距大小影响车辆运行安全、道路服务水平、驾驶行为和道路的通行能力。2021/9/2443车头时距的分布分类:随机状态、常态分布、中间状态车头时距的应用 1.路段通行能力的研究 2.交叉口通行能力的研究 3.其他2021/9/2444（二）车头间距（space headway）车头之间距离每公里为每公里为100010

18、00米，重点要算出平均每公里占据的车辆数米，重点要算出平均每公里占据的车辆数2021/9/2445（二）车头间距（space headway）车头之间距离车头间距是指前后相邻两辆车的车头之间的距离，用符号hd表示。平均车头间距、与交通密度之间的关系为：车头间距、车头时距与车速三者之间的关系为：2021/9/2446例题：在一条长30km的某路段的起点断面上，在5min内测得60辆汽车，车流是均匀连续的，V=10km/h，试求Q、ht、hd、K以及第一辆车通过这段路所需时间t。2021/9/2447三、空间占有率和时间占有率 (一)空间占有率 观测路段中行驶的车辆总长度占该路段长度的百分比，称为

19、车辆对道路的空间占有率，用Rs表示。公式为：2021/9/2448 (二)时间占有率 在某一测定时间段车辆通过某一断面的累计时间占该测定时间的百分比，称为车辆对道路的时间占有率，用Rt表示。公式为：2021/9/2449第四节交通流参数的相互关系 一、交通流参数的基本关系 交通流量、行车速度、交通密度之间可用一函数关系式来表示 2021/9/2450关系式(425)可用三维坐标系中的空间曲线来表示，如图:KV0QmKjQVmVf图47QVK曲线图2021/9/2451可以确定反映交通流特性的一些特征变量：1.最大流量Qm,是QV图上的顶点，是交通量的峰值；2.临界速度Vm 与Qm相对应的值，是

20、流量达到最大值时的速度；3.畅行速度Vf,当密度趋于零时，车辆可畅行行驶，此时的速度为畅行速度；4.最佳密度Km,流量达到最大值时的密度,又称临界密度；5.阻塞密度 Kj,当车辆阻塞时，速度趋于零时的密度2021/9/2452第一节 交通量1、交通量的定义 是指在一定时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数量。2、交通量的意义 交通量与经济发展速度、气候。物产、文化生活水平等多方面因素有关，且随着时间、地点的不同随机变化。观察、研究交通量变化规律是十分重要的。它是道路规划与设计、交通规划与管理的重要依据。3、交通量的种类 2021/9/2453平均日交通量 ADT 年平均日

21、交通量 AADT （用于确定道路等级）月平均交通量 MDAT （用于交通量统计分析）周平均交通量 MADT （用于交通量统计分析）设计小时交通量 DHV交通量的种类 2021/9/2454平均日交通量ADT Qi 各规定时间段内的日交通量，单位：辆/d or pcu/d n 各规定时间段的天数，单位：d2021/9/2455设计小时交通量DHV 取一年中的排序第30位最大小时交通量，作为设计小时交通量。选取原则：保证道路在规划期满足绝大多数小时车流顺利通过，不造成严重阻碍，同时也要避免道路建成后车流量很低，投资效益差的现象发生。2021/9/2456第二节第二节 行车速度行车速度1 行车速度的

22、定义 是车辆在道路上行驶的距离L与所需时间t的比值，也称车速。2车速的类型 3影响车速变化的因素 2021/9/2457车速的类型 地点车速 车辆通过某一点或某一断面的瞬时速度。观测距离以20-50m为易。用于道路设计、交通管制和规划。行驶车速 车辆通过某一区间所需要的时间（不包括停车或损失时间）与该区间距离求得的车速。用于评价该路段的顺适性和通行能力，也可用于计算道路使用者的效益和费用。行程车速 车辆通过某段路程与该段路程所需总时间（包括有效运行时间、停车时间、延误时间、但不含车辆在起、终点装卸和调头时间）之比。用于评价道路的通畅程度和估计行车延误时间。运行车速 具有中等技术水平的驾驶人员在

23、良好的气候条件、实际道路情况和交通条件下所能保持的安全车速。用于评价道路通行能力和车辆运行状况。2021/9/2458车速的类型临界车速 道路理论通行能力达到最大时的速度。用于选择道路等级。设计车速 道路交通气候条件良好情况下仅受道路条件影响时，具有中等技术人员能安全顺适地驾驶车辆的最大车速。用于道路线形几何设计。时间平均车速 在单位时间内测得道路某断面各车辆的地点车速的算术平均值为该断面的时间平均车速。区间平均车速 在某一特定瞬间，行驶于道路某一特定长度内的全部车辆的车速分布的平均值。2021/9/2459影响车速变化的因素 道路条件 指道路的等级、路面状况、线形、视距。交通条件 指交通量、

24、车辆组成、交通管理与控制。驾驶员、环境 指驾驶员的技术水平、驾龄长短、年龄、性别、个性、婚姻状况。与气候、季节、地理位置有关。2021/9/2460第三节第三节 交通密度交通密度1交通密度的定义 是指在单位长度的道路上，一个车道或一个方向上某瞬间的车辆数，又称车辆密度。2交通密度的种类3交通密度的作用 衡量道路车流畅通状况，判别交通拥挤情况，从而决定采取何种管理措施。4车头间距 在同一车道同向连续行驶的相距两辆车的车头距离。5车头间距 同一车道同向连续行驶的相邻两辆车的车头时间间隔。2021/9/2461交通密度的种类最佳车流密度 路段通过车流量为最大时的车流密度。阻塞密度 当密度过大时，车辆

25、几乎无法行驶时的车流密度。2021/9/2462第四节第四节 交通流三参数的基本关系交通流三参数的基本关系 Q=v/k式中：Q平均流量（辆/h）；V区间平均车速（km/h）；K平均车流密度（辆/km）。2021/9/2463基本关系的含义 当道路上车辆增多,车流密度由小变大时,车辆就会被迫降低车速行驶,此时交通量会减少；当道路上车辆减少，车流速度由小变大时，车辆就会增大车速行驶，此时交通量会增大。2021/9/2464反映交通流特性的特征量 极大流量Qm临界速度Vm最佳密度Km阻塞密度Kf畅行速度Vf2021/9/2465第五节第五节 通行能力通行能力1、通行能力的定义 是指在一定的道路、交通

26、、管制的条件下，单位时间内，一条车道或道路的某一断面所能通过的最大车辆数。2、影响因素 3、通行能力的分类 2021/9/2466影响因素道路条件交通条件 车流中的车辆组成、车道分布、方向分布 管制条件 交通法规、控制方式及管理措施 环境条件 街道化程度、商业化程度、横向干扰、非横向占道 气候条件 风、雨、雪 规定运行条件 即限制条件 2021/9/2467道路条件交通设施类型车道宽度车道数侧向净空路肩宽数平、纵面线形条件视距 计算行车速度 2021/9/2468通行能力的分类根据道路设施和交通实体的不同分：机动车道通行能力 非机动车道通行能力 人行道通行能力根据车辆运行状态的特征的不同分：路段通行能力 交叉口通行能力 匝道和匝道接点通行能力 交织路段通行能力据通行能力的性质和使用要求的不同分：基本通行能力 可能通行能力 设计通行能力2021/9/2469