交通分析24069.pptx

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1、本科教学课程名称:交通分析 授 课 人：李亚桥 院 系：机场学院交通工程系引 言1、交通与城市交通就是交流与通达，也可以理解为我们衣食住行中的行。城市为社会发展到一定阶段的产物。2、机动化和城市化 机动化是城市拓展的重要原因：城市建筑高度发展时期，机动车的增长速度缓慢，随着城市面积的拓展，机动车发展的速度明显加快；机动化水平的提高和城市用地的拓展是同步的。3、机动化和生活质量的改变机动化改善了人们的出行条件；机动化是居民生活质量提升后的客观需求。4、机动化和日益拥挤的交通载路供应与交通需求之间的平衡难以保持，从而引发交通拥挤；交通拥挤是城市发展的产物，适度的交通拥挤反映城市发展的活力；交通拥挤

2、增加了居民的出行时间与成本，导致交通事故，破坏交通环境。5、综合交通体系水运交通铁路交通公路运输航空运输管道运输综合交通体系第一章 绪论1、研究内容：交通流理论：交通流理论是研究交通流随 时间和空间变化规律的模型 方法体系通行能力分析：交通设施所能疏导交通流的 能力具体内容交通流特性人的因素车辆跟驰理论连续流模型宏观交通流模型交通影响模型交通控制交通分配交通模拟重点学习篇章交通参数关系模型排队论跑道、公路通行能力分析2、交通流理论沿革创始阶段快速发展阶段稳步发展阶段传统交通流理论现代交通流理论3、研究方法宏观微观中观第二章 交通流特性 道路上的行人或运行的车辆构成行人流或车流，行人流和车流通称

3、为交通流。载运工具在交通运输网内运行时，可类比于气体或液体分子在介质内的流动称为交通流。交通流运行状态的定性、定量特征称为交通流特性。用以描述交通流特性的一些物理量称为交通流参数，参数的变化规律即反映交通流的基本性质。交通流的基本参数有三个：交通流量、速度和密集度也称为交通流三要素。车头时距、车头间距第一节 交通调查 在交通系统的选定点或选定路段，为收集有关载运工具(或行人)运行情况的数据而进的调查分析工作称为交通调查。定点调查；小距离调查(距离少于10m)；沿路段长度调查(路段长度至少为500m)浮动观测车调查；ITS区域调查1、定点调查定点调查包括人工调查和机械调查两种。人工调查方法即选定

4、观测点，用秒表记录经过该点的车辆数。机械调查方法常用的有自动计数器调查、雷达调查、摄像机调查等自动计数器调查法使用的仪器有电感式、环形线圈式、超声波式等检测仪器，它几乎适用于各种交通条件，特别是需要长期连续性调查的路段。雷达调查法适用于车速高、交通量密度不大的情况。摄像机凋查法一般将摄像机安装在观测点附近的高空处，将镜头对准观测点，每隔一定的时间自动柏照一次，根据自动拍摄的照片上车辆位置的变化清点出不同流向的交通量。定点调查能育接得到流量、速度和车头时距的有关数据，但是无法测得密度；2、小距离调查 这种调查使用成对的检测器(相隔5m或6m)来获得流量、速度和车头时距等数据。调查地点车速时，将前

5、后相隔一定距离(如5m)的检测器埋没地下，车辆经过两个检测器时发出信号并传送给纪录仪，记录仪记录车辆通过两个检测器所使用的时间，那么用相隔的距离除以时间就得到地点车速。小距离调查同样无法测得密度，但可获得流量、速度、车头时距和占有率等数据；3、沿路段长度调查沿路段长度调查主要是指摄像调查法，适用500m以上的较长路段。摄像调查法首先对观测路段进行连续照像，然后在所拍摄的照片上直接点数车辆数，因此这种方法是调查密度的最准确方法。摄像调查法分为地面高点摄像法和航空摄像法。这种方法能够测得密度，但由于调交中没有给出时间刻度，因此不能得到流量和速度。4、浮动车调查方法1是利用浮动车记录速度和行程时间(

6、分别作为时间和沿路段位置的函数)，浮动车以车流的近似乎均速度行驶。该方法无需精密的仪器就可获专大量有关高速公路车流运动的信息，但是不能获得准确的平均速度。两种形式：一种是人在车上记录速度和行程时间；另一种是使用速度计 方法2同时进行速度和流量的调查，该方法适用于不拥挤的道路和无自动检测仪器的郊区高速公路。这种调查方法基于观测车在道路进行往返行驶，其计算流量和速度的公式如下：5、ITS区域调查 通过诱导车辆与中枢系统的通信技术，提供车辆的速度信息。有瞬时速度、标识信号(系统根据接收的相邻信号计算出车辆的行程时间)，还有的情况是通过一些固定于路段的信号发射装置向车辆发送信号，车辆接收信号进行登记，

7、并向中枢系统返回速度相位置信息。该方法只能提供速度信息，而无法确定车辆所在路段的流量和密度。车头时距 ：前后两辆车车头通过车行道上同一点的时间差。车头间距 ：车流中相邻两辆车车头之间的距离。第二节第二节 交通流参数交通流参数交通流密度交通流密度K：某一瞬间，单位长度道路上的车辆数。交通量交通量Q：单位时间内，通过道路指定地点或断面上的交通实体数，又称流量。区间平均速度区间平均速度 ：在某一特定瞬间，行驶于道路某一特定长度内的车速分布的平均值。简记为:Q Q=V VK K式中：式中：QQ交通量；交通量；V V区间平均速度；区间平均速度；K K交通流密度；交通流密度；连续流参数总体关系定义：连续流

8、是指没有外部固定因素影响的不间断交通流。外部固定因素：交通信号停车让行标志主要存在：高速公路限制出入口的路段车头时距 ：前后两辆车车头通过车行道上同一点的时间差。车头间距 ：车流中相邻两辆车车头之间的距离。占有率o是指检测区域内车辆通过检测器的时间占观测总时间的百分比空间占有率是指一定路段上车辆总长度与路段总长度之比车型一样；密度均匀；速度一致车型一样；密度均匀；速度一致 车辆数车辆数=车流密度车流密度*通过长度通过长度 =K*V*t =K*V*tQ=VKQ=VKQ=VKQ=VK交通流模型曲线图交通流模型曲线图 格林希尔治在俄亥俄州乡村公路上交通调查数据验证了模型。一、流量 流量是指单位时间内

9、，通过道路指定地点或断面上的交通实体数。流量可通过定点调查获得观测时段长度和车头时距之间的关系可得流量与平均车头时距之间的关系 将不足1小时的观测时间内观测到的交通量换算为1小时的车辆数称为当量小时流率，简称流率：二、速度1、地点速度 地点速度u为车辆通过道路某一点时的速度，公式为：2、平均速度（1）时间平均速度就是观测时间内通过道路某断面所有车辆地点速度的平均值区间平均速度定义1：车辆行驶一定距离D与该距离对应的平均行驶时间的商：表明：区间平均速度是观测路段内所有车辆行驶速度的调和平均值行驶时间与行程时间的区别在于行驶时间不包括车辆的停车延误时间而行程时间包括停车时间，为车辆通过距离D的总时

10、间。行驶速度和行程速度则分别为对应于行驶时间和行程时间的车速。区间平均速度定义2：某一时刻路段上所有车辆点速度的平均值。可通过沿路段长度调查法得到，以很短时间间隔对路段进行两次或多次航空摄像时间平均速度与区间平均速度关系三、密集度占有率即车辆的时间密集度，就是在一定的观测时间内，车辆通过检测器时所占用的时间与观测总时间的比值。对于单个车辆来说，在检测器上花费的时间是由单个车辆的速度、车长、检测器本身的长度决定的：如果车身长度取定值将公式第一项分子分母同时除以N，上式可变为 单个检测器的长度是恒定的，如果假定车辆长度也相同，表明占有率与密度是成正比的，可变为：（二）、密度交通密度交通密度K：某一

11、瞬间，单位长度道路上的车辆数。平均密度如下：四、基本概念四、基本概念K月为交通量月变系数周变系数定义为：年平均日交通量除以某周日的平均交通量某周日的平均日交通量(WADT)等于全年所有该周日的交通且除以全年该周日的总天数。若仅有抽样观测数据，缺乏全年的交通量观测数据。K周日为周日变化系数在城市道路上，交通量时变图一般呈在城市道路上，交通量时变图一般呈马鞍形，上下午各有一个高峰，在交马鞍形，上下午各有一个高峰，在交通量呈现高峰的那个小时，称为高峰通量呈现高峰的那个小时，称为高峰小时，高峰小时内的交通量称为小时，高峰小时内的交通量称为高峰高峰小时交通量小时交通量。高峰小时系数高峰小时系数就是高峰小

12、时交通量与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高峰小时内某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之比。高峰小时的交通量之比。交通量的空间分布特性交通量的空间分布特性城乡分布在路段上的分布交通量的方向分布交通量在车道上的分布 延误：指由于交通摩阻与交通管制引起的行驶时间损失，以s或min计固定延误：指由交通控制装置、交通标志等引起的延误。它与交通流状态和交通干扰无关主要发生在交叉路口。停车延误指刹住车轮及车辆停止不动的时间，等于停车时间。其中包括车辆由停车到起动时驾驶员反应时间。1、设有3辆汽车，分别以20，40，60km/h的速度，通过路程长度为10km的路段，试 求时间平均车速

13、和区间平均车速。2、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=30km/h，试求Q，hs，ht，k，以及第一辆车通过路段所需的时间t。3、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=30km/h，在起点断面上设一长10米的检测器,假设车身长均为5米，试求检测器的占有率。第四节交通流基本参数的关系模型 一、调查位置对数据性质的影响 简记为:Q Q=V VK K式中：式中：QQ交通量；交通量；V V区间平均速度；区间平均速度；K K交通流密度；交通流密度；交通流参数总体关系二、格林希尔治线性模型为经验模型 格

14、林希尔治线性模型当初在进行交通观测时，每100辆车作为一组，隔10辆车就开始新一组的记录，因此相邻两组有90是相互交叠的。对数据要进行分组，分组的距离为200veh/h，用每组的平均值进行绘图 意义：格林希尔治线性模型形式简单对交通状况的描述与实际基本吻合具有开创性意义问题：该模型并非利用高速公路的数据来进行研究的，然而后来不少研究者却直接将其应用于高速公路。该模型将观测数据组相互交叠和分类，经研究表明这是不合理的该模型所做的交通调查是在假期进行的，不具备广泛的代表性。格林希尔治速度-流量抛物线模型格林希尔治密度-流量抛物线模型例1、根据格林希尔治模型,设车流的速度密度的关系为V88-1.6K

15、，如限制车流的实际流量不大于最大流量的0.8倍，求速度的最低值和密度的最高值?(假定车流的密度K0 是常数是常数,则称则称 X 服从参数为服从参数为 的的泊松分布泊松分布,记作记作XP().若令为计数间隔t内平均到达车辆数上式可变为可求出计数间隔t内恰好有x辆车到达的概率到达数小于k辆车的概率到达数小于或等于k辆车的概率 适用条件：车流密度不大，车辆间相互影响微弱，其他外界干扰因素基本不存在，即车流是随机流，此时应用泊松分布能较好地拟合观测数据；泊松分布的均值M和方差D均等于t,观测数据的均值m和方差S2 均为无偏估计,当观测数据表明S2/m,显著不等于1.0时,就是泊松分布不合适的表征例1、

16、试用泊松分布拟合到达车辆分布。在某段公路上，观测到达机动车车辆数，以5min为计数间隔，结果如表，试求5min内到达车辆数的分布并检验 例2、某交叉口信号周期长为90s，某相位的有效绿灯时间为45s，在有效绿灯时间内排队车辆以1200辆/h的流量通过交叉口。假设信号交叉口上游车辆到达率为400辆/h，服从泊松分布。一个周期内到达车辆不超过10辆的概率；求到达车辆不致两次排队的周期最大百分率。例3、设有30架飞机随意分布在6km长的停机坪上，试求其中任意500m长的一段，至少有4架飞机的概率。解：由题意可知，由于30辆飞机独立而随机的分布在6km长的停机坪上，其上飞机数服从泊松分布，因此500m

17、长的停机坪上所包括的平均飞机数为故至少有4架飞机的概率为0.244(二)二项分布基本公式:式中0p1,n,p常称为分布参数到达数小于k的概率到达数大于k的概率二项分布其均值M=np，二项分布方差D=np(1-p)，MD用样本均值m，方差S2，代替M，D则p，n可按下列关系式估算适用条件：车流比较拥挤、自由行驶机会不多的车流用二项分布拟合较好，由于二项分布的均值M大于方差D，当观测数据表明S2/m显著大于1.0，就是二项分布不适合的表征。例1、在某条公路上，上午高峰期间，以15秒间隔观测到达的车辆数，所得结果列入表，试用二项分布拟合，例2、某机场，设置专供B747使用停机坪，经研究指出：飞机到达

18、符合二项分布，一天内平均到达20架飞机，有25的飞机是B747。求；到达三架飞机中有一架是B747的概率。一天不使用B747专用机坪的概率。解：已知n=3，x=1，p=0.25，则三架飞机中有一架式B747的概率为已知n=20，x=0，p=0.25 例3、某交叉口最新的改善措施中，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，并且每个周期内平均到达25辆车，有25的车辆左转。求：求左转车的95置信度的来车数；到达5辆数中有1辆左转车的概率。(三)负二项分布到达数大于k的概率用样本均值m，方差S2，代替M，D则p，n可按下列关系式估算适用

19、条件：当到达的车流波动性很大，或者当以一定的计算间隔观测到达的车辆数而其间隔长度一直延续到高峰期间与非高峰期间两个时段时，所得的数据就会有较大的方差，此时应用负二项分布拟合观测数据，S2/m显著小于1时就是负二项分布不合适的表征二、连续性分布 描述事件之间时间间隔的分布为连续型分布，连续型分布常用来描述车头时距、可穿越空档、速度等交通流参数的统计特征。（一）负指数分布 若车辆到达符合泊松分布，则车头时距就是负指数分布，由泊松分布可知，若在计数间隔t内没有车辆到达（x=0）的概率为：表明在具体的间隔时间t内，如无车辆到达，则上次车到达和下次车到达之间的车头时距至少有t秒。P（0）也是车头时距等于

20、或大于t秒的概率，于是有：车头时距小于t的概率则为：若Q表示小时交通量，则 Q/3600是车辆到达的概率分布平均值,若令M为负指数分布的均值,平均车头时距为:负指数分布的方差为:则参数可由M，S2表示出来 2适用条件 负指数分布适用于车辆到达是随机的、有充分超车机会的单列车流和密度不大的多列车流的情况。当每小时每车道的不间断流量等于或小于500辆时，用负指数分初描述车头时距是符合实际的。负指数分布的局限性：其概率密度函数曲线是随车头时距单调递减的，这说明车头时距越小，其出现的概率越大。这种情况在限制超车的单列车流中是不可能出现的，因为车头间距至少应为一个车身长，车头时距必须有一个大于零的最小值

21、，（二）移位负指数分布 为克服负指数分布的车头时距越趋于零其出现概率越大这一缺点，将负指数分布曲线从原点o沿t轴向右移一个最小的间隔长度(根据调查数据确定，一般在1.0-1.5s之间)，得到移位负指数分布曲线。移位负指数分布的分布函数为：其概率密度函数为：均值和方差分别为：2适用条件移位负指数分布适合描述限制超车的单列车流车头时距分布和低流量时多列车流的车头时距分布；概率密度函数曲线是随 的值单调递减的，越接近其 出现的可能性越大；从统计角度看，具有中等反应强度的驾驶员占大多数，只有少部分反应特别灵敏或较冒失的驾驶员才会不顾安全地追求更短的车间距离；车头时距分布的概率密度曲线一般总是先升后降的

22、；（三）韦布尔分布负指数分布和移位负指数分布是韦布尔分布的特例。韦布尔分布的概率密度函数为：2适用条件韦布尔分布适用范围较广，交通流个的车头时距分布、速度分布等一般都可用韦布尔分布来描述。实践也表明，具有连续型分布的交通流参数进行拟合，其分布函数也比较简单，韦布尔分布随机数的产生也很简便，当使用最简单的负指数分布或移位负指数分布不能拟合实测的数据时，选用韦布尔分布来拟合是最好的(四)爱尔朗分布爱尔朗分布也是较为通用的描述车头时距分布、速度分布等交通流参数分布的概率分布模型，根据分布函数参数“l”的改变而有不同的分布函数。累积的爱尔朗分布可写成如下形式：爱尔朗分布中，参数l反映畅行车流和拥挤车流

23、之间的各种车流条件。l越大，说明车流越拥挤，驾驶员自由行车越困难，车流运行的随机性越差，l值是非随机性程度的粗略表示，非随机件程度随着l值的增加而增加。实际应用时，l值可出观测数据的均值M和方差S2用下式估算，爱尔朗分布的概率密度函数为：拟合分布优化检验亦即亦即作业布置1、某路段，交通流量为360辆/h，车辆到达符合泊松分布。求在95的置信度下，每60s的最多来车数。在1s、2s、3s时间内无车的概率。2、有60辆车随意分布在5km长的道路上，对其中任意500m长的一段，试求有4辆车的概率有大于4辆车的概率3、一交叉口，设置了专供左转的信号相，经研究指出，来车符合二项分布，每一周期内平均到达2

24、0辆车，有25%的车辆左转但无右转，求到达三辆车中有一辆车的概率某一周期不使用左转信号相的概率4、有一个无信号交叉口，主要道路上的车流量为每小时800辆，次要道路上车辆横穿主路车流所需要最小车间时距为6s假设主要道路上车头时距服从负指教分布，求次要道路上车辆的平均等待时间。7、8、9、10、试分析泊松分布、二项分布、负二项分布的特点是什么？统计参数包括哪些？各种分布适用于描述什么样的交通流状况？11、证明：车身为定长a，检测器长度为d时，占有率与密度的关系。谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH