交通流理论基础知识(精品).ppt

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1、第二章第二章交通流理论基础知识交通流理论基础知识一、交通流基本概念 n交通流：某一时段内，连交通流：某一时段内，连续通过道路某一断面的车续通过道路某一断面的车辆或行人的统称。辆或行人的统称。n交通基本参数：交通量、交通基本参数：交通量、速度、交通密度。速度、交通密度。Traffic Flow交通量交通量：单位时间内通过道路某一断面的车辆数或行人数单位时间内通过道路某一断面的车辆数或行人数。按交通组成：机动车交通量、非机动车交通量。按交通组成：机动车交通量、非机动车交通量。折算交通量：将不同车型的交通量换算成标准车型交通量。折算交通量：将不同车型的交通量换算成标准车型交通量。车车型型出租出租/小

2、客（小客（货货）中客中客公交公交/大客（大客（货货）自行自行车车摩托摩托车车（其它）（其它）车车型型换换算系数算系数1 11.51.52 20.20.20.50.5机动车车型换算系数机动车车型换算系数 nADT（平均交通量）（平均交通量）nAADT（年平均日交通量）（年平均日交通量）nMADT（月平均日交通量）（月平均日交通量）nWADT（周平均日交通量）（周平均日交通量）交通量交通量n第第30位小时交通量位小时交通量（30HV）n第第30小时系数小时系数K=30HV/AADT n设计小时交通量（设计小时交通量（DHV）交通量交通量n时变时变n日变日变n月变月变n年变年变 某市五一路客车流量时

3、变图某市五一路客车流量时变图交通量的时间变化规律交通量的时间变化规律n路段分布路段分布n车道分布车道分布n方向分布方向分布交通量的空间变化规律交通量的空间变化规律车道序号车道序号12345310.800.890.650.750.500.650.400.50交通量方向不均匀系数交通量方向不均匀系数=车道序修正系数车道序修正系数 车速车速n 地点车速、行驶车速、区间车速、临界车速地点车速、行驶车速、区间车速、临界车速n 设计车速设计车速：具有平均驾驶水平的驾驶员在天气良好、低交通密度时能：具有平均驾驶水平的驾驶员在天气良好、低交通密度时能 维持的最高安全速度，维持的最高安全速度，作为道路几何线形设

4、计依据作为道路几何线形设计依据的车速。的车速。交通密度交通密度n交通密度（交通密度（K）：某一瞬间，单位长度内一个车道一个方向或）：某一瞬间，单位长度内一个车道一个方向或 全部车道上的车辆数。全部车道上的车辆数。n车头间距（车头间距（hd）：同向连续行驶的两车车头之间间隔的距离）：同向连续行驶的两车车头之间间隔的距离。n车头时距（车头时距（ht）：同：同向连续行驶的两车车头之间间隔的时间向连续行驶的两车车头之间间隔的时间。交通量、车速、交通密度三者关系交通量、车速、交通密度三者关系n密度很小：自由车速，交通量小；密度很小：自由车速，交通量小；n最佳密度：临界车速，交通量最大；最佳密度：临界车速

5、，交通量最大；n阻塞密度：阻塞密度：Q=V=0 Q=KV二、道路通行能力与服务水平道路通行能力道路通行能力n基本通行能力：理想的道路与交通条件基本通行能力：理想的道路与交通条件n可能通行能力：通常的道路与交通条件可能通行能力：通常的道路与交通条件n设计通行能力：考虑不同的服务水平设计通行能力：考虑不同的服务水平定义：道路在一定条件下单位时间内所能通过车辆的定义：道路在一定条件下单位时间内所能通过车辆的极限数极限数。服务水平服务水平n服务水平：道路使用者从道路状况、交通条件等方面可能得到服务水平：道路使用者从道路状况、交通条件等方面可能得到 的服务，不同的服务水平对应不同的服务交通量的服务，不同

6、的服务水平对应不同的服务交通量。n服务水平分级：行车速度、行车安全性、舒适性、经济性。服务水平分级：行车速度、行车安全性、舒适性、经济性。各国划分不一各国划分不一。美美国国n可能通行能力可能通行能力通行能力计算通行能力计算ti平均车头时距（根据平均车头时距（根据v查表）；查表）；交叉口交叉口平面交叉口修正系数平面交叉口修正系数n设计通行能力：设计通行能力：道路分类道路分类快速路快速路主干路主干路次干路次干路支路支路c0.750.800.850.90道路分类系数道路分类系数c c城市道路路段及交叉口服务水平划分标准城市道路路段及交叉口服务水平划分标准服务水平服务水平ABCDEFV/C1.0交通影

7、响评价时，负荷度（交通影响评价时，负荷度（V/C）处于）处于B级级或或C级级水平，说明交通影响水平，说明交通影响区路段及交叉口对其项目开发所产生的交通有一定的承受能力。区路段及交叉口对其项目开发所产生的交通有一定的承受能力。三、交通量、车速及交通密度调查交通量调查时间交通量调查时间n春秋季节，周二到周四春秋季节，周二到周四n24小时（昼间小时（昼间12或或16小时）小时）n高峰小时（早高峰、晚高峰）高峰小时（早高峰、晚高峰）交通量调查地点交通量调查地点交通量调查方法交通量调查方法n路旁测记法路旁测记法 人工计数、自动计测法人工计数、自动计测法n流动车测定法流动车测定法光电式计数器光电式计数器交

8、通量调查资料整理交通量调查资料整理n汇总表汇总表n柱状图（直方图）柱状图（直方图）流向流向分布图分布图交通流量交通流量分布图分布图车速调查车速调查n人工量测法人工量测法n测速雷达仪测速雷达仪测速雷达枪测速雷达枪 地点车速地点车速 区间车速（行驶车速）区间车速（行驶车速）n汽车牌照法、流动车测定法汽车牌照法、流动车测定法四、交通流理论研究方法研究方法n概率论方法概率论方法n交通跟驰理论交通跟驰理论n流体力学方法流体力学方法概率论方法概率论方法离散型分布（泊松分布）离散型分布（泊松分布）泊松分布泊松分布n通过道路某一点的车通过道路某一点的车辆数常服从泊松分布。辆数常服从泊松分布。nx时间段时间段t

9、内通过的车辆数内通过的车辆数np（x）时间段时间段t内通过内通过x辆车的概率辆车的概率nm时间段时间段t内通过车辆数的平均值。内通过车辆数的平均值。例例1n某某一一信信号号灯灯控控制制的的交交叉叉口口，其其东东西西方方向向的的绿绿灯灯时时间间长长为为60秒秒，该该方方向向的的交交通通量量为为360veh/h，南南北北方方向向的的交交通通量量为为100veh/h。求求设设计计上上具具有有95%置置信信度度的的东东西西方方向向道道路路在在每每个个绿绿灯灯时时间间能能通通过过的的车车辆辆数数以以及及在在南南北方向道路上红灯期间受阻的车辆数。北方向道路上红灯期间受阻的车辆数。例例2n某路段，交通流量为

10、某路段，交通流量为360辆辆h，车辆到达符合泊松分布。求在，车辆到达符合泊松分布。求在 1s、2s、3s时间内无车的概率。时间内无车的概率。例例3n有有60辆辆车车随随意意分分布布在在5km长长的的道道路路上上，对对其其中中任任意意500m长长的的一一段，试求有段，试求有4辆车的概率、大于辆车的概率、大于4辆车的概率。辆车的概率。概率论方法概率论方法离散型分布（二项式分布）离散型分布（二项式分布）n二项式分布：可用以预测违反交通规则的车辆数，在交叉口可二项式分布：可用以预测违反交通规则的车辆数，在交叉口可能的转弯车辆数以及在路段上行驶速度超限的车辆数等。能的转弯车辆数以及在路段上行驶速度超限的

11、车辆数等。n试验次数；试验次数；x成功次数；成功次数；p在任何给定的试验中成功的概率；在任何给定的试验中成功的概率；q在任何给定的试验中失败的概率。在任何给定的试验中失败的概率。例例4n在在某某红红绿绿灯灯交交叉叉口口上上，据据统统计计有有25%的的骑骑自自行行车车者者不不遵遵守守交交通通规规则则，当随机抽取当随机抽取5位骑自行车者时可能位骑自行车者时可能2位不遵守交通规则的概率是多少？位不遵守交通规则的概率是多少？例例5n一一交交叉叉口口，设设置置了了专专供供左左转转的的信信号号灯灯，经经研研究究指指出出：来来车车符符合合二二项分布，每一周期内平均到达项分布，每一周期内平均到达20辆车，有辆

12、车，有25%的车辆左转，求：的车辆左转，求：（1）到达三辆车中有一辆左转车的概率；）到达三辆车中有一辆左转车的概率；（2）某一周期中无左转车的概率。）某一周期中无左转车的概率。概率论方法概率论方法连续型分布（连续型分布（1）n负指数分布负指数分布：常用于研究交通流中的车头时距等。：常用于研究交通流中的车头时距等。n相继发生事件的时间间隔相继发生事件的时间间隔ht的概率的概率n相继发生事件的时间间隔相继发生事件的时间间隔ht的概率的概率例例6：n在在Q=400（veh/h）的的车车流流量量时时，等等于于或或大大于于9s的的车车头头时时距距的的概率是多少？概率是多少？概率论方法概率论方法连续型分布

13、（连续型分布（2）n移位的负指数分布移位的负指数分布：考虑前后两车头间的极限车头时距。：考虑前后两车头间的极限车头时距。C车头间最小间隔（车头间最小间隔（11.5s）；T平均车头间隔（平均车头间隔（s）。）。例例7n在在一一处处不不设设信信号号灯灯管管制制的的交交叉叉口口，次次要要道道路路上上的的车车辆辆为为能能横横穿穿主主要要道道路路上上的的车车流流，需需要要主主要要道道路路上上的的车车流流中中出出现现大大于于或或等等于于6s的的车车头头时时距距，如如果果主主要要道道路路上上的的流流量量为为1200（veh/h），问问车车头头时时距距大大于于或或等等于于6s的的概概率率为为多多少少？如如果果

14、考考虑虑最最小小间间隔隔长长度度C为为1.0s，则则大大于于或或等等于于6s的的概概率率为多少？为多少？交通流排队理论交通流排队理论n排队论排队论：以概率论为基础。：以概率论为基础。n排队：单指等待服务的车辆。排队：单指等待服务的车辆。n排队系统：包括等待服务与排队系统：包括等待服务与 正在接受服务的车辆。正在接受服务的车辆。收费站车辆排队收费站车辆排队单通道排队服务系统单通道排队服务系统（M/M/1）n顾客平均到达率：顾客平均到达率：n系统的服务率：系统的服务率：n交通强度（利用系数）交通强度（利用系数）=/。n确保单通道排队系统稳定的条件：确保单通道排队系统稳定的条件：1（）多通道排队服务

15、系统多通道排队服务系统（M/M/N）n单路排队多通道服务单路排队多通道服务n多路排队多通道服务（转化为多路排队多通道服务（转化为M/M/1系统）系统）n ：各通道：各通道的平均值。的平均值。排队方式：排队方式：确保系统稳定的条件：确保系统稳定的条件：服务方式比较服务方式比较nN相同时，单路排队优于多路排队，系统疏散快。相同时，单路排队优于多路排队，系统疏散快。单路排队多通道服务单路排队多通道服务多路排队多通道服务多路排队多通道服务系统中车辆数系统中车辆数6.65.0平均排队长度平均排队长度34.17系统中消耗时间系统中消耗时间10.030.0平均排队时间平均排队时间5.025.0服务方式服务方

16、式服务指标服务指标跟驰理论跟驰理论n制约性制约性n延迟性延迟性n传递性传递性 车辆跟弛特性：车辆跟弛特性：流体力学模拟理论流体力学模拟理论n车流波动理论车流波动理论n适用范围：分析瓶径路段的车辆拥挤问题。适用范围：分析瓶径路段的车辆拥挤问题。作业（一）：作业（一）：n在长为在长为8km的路段上随意分布着的路段上随意分布着80辆汽车。试求：任意辆汽车。试求：任意1km路段路段 没有车的概率；没有车的概率；有有5辆车的概率；辆车的概率；大于大于5辆车的概率。辆车的概率。作业（二）：作业（二）：n某某交交叉叉口口信信号号周周期期长长为为90s，某某相相应应的的有有效效绿绿灯灯时时间间为为45s，在在

17、有有效效绿绿灯灯时时间间内内排排队队车车辆辆以以1200辆辆/h的的流流量量通通过过交交叉叉口口。假假设设信信号号交叉口上游车辆到达率为交叉口上游车辆到达率为400辆辆/h，服从泊松分布。求：，服从泊松分布。求：（1）一个周期内到达车辆不超过）一个周期内到达车辆不超过10辆的概率；辆的概率；（2）求到达车辆不致两次排队的概率。）求到达车辆不致两次排队的概率。作业（三）：作业（三）：n某交叉口欲在引道入口设置一条左转弯候车道，为此需要预测一某交叉口欲在引道入口设置一条左转弯候车道，为此需要预测一个周期内到达的左转车辆数。经研究发现，来车符合二项分布，个周期内到达的左转车辆数。经研究发现，来车符合二项分布，并且每个周期内平均到达并且每个周期内平均到达25辆车，有辆车，有20%的车辆左转。求：的车辆左转。求：左转车的左转车的95%95%置信度的来车数；置信度的来车数；到达到达5 5辆车中有辆车中有1 1辆左转车的概率辆左转车的概率。