交通工程基础全第3章交通流特性.ppt

第3章 交通流特性,3.1 概述,交通流定义：在道路上通行的人流和车流的统称 一般的交通流主要指车流 交通流分类： 连续流VS间断流 自由流VS强制流 稳定流VS不稳定流,,有关连续流与间断流的几点说明： 严格地说，连续流与间断流是用来区别不同交通设施的，与交通流的状态无关； 完全连续的交通流设施主要是高速公路； 某些公路的某些路段也可以认为是连续流设施； 间断流设施是有固定的外部中断因素的交通设施；,3.2 交通流参数,两类参数： 宏观参数，把交通流看作一个整体：交通量，速度，密度； 微观参数，描述交通流中的一辆车的特性或两辆车之间的相互关系的特性：车头时距，车头间距3.2 交通流参数 3.2.1 交通量和流率 3.2.2 速度与行程时间 3.2.3 密度与占有率 3.2.4 车头时距与车头间距,,,3.2.1 交通量（volume)和流率(rate of flow),交通量：在选定时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数 按交通类型分，可分为机动车交通量、非机动车交通量和行人交通量,一般不加说明则指机动车交通量 单位：veh/h,或veh/d,或veh/h/ln,,流率：把不足一小时的时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数经过等效转换得到的单位小时的交通实体数。

单位：veh/h,,交通量的不同表达方式： 一、日交通量 二、小时交通量 三、不足一小时的交通量,一、日交通量 比较大的时段内的交通量； 用来分析交通量在长时间段内的变化趋势； 在交通规划中常用； 单位：veh/d； 一般不分方向与车道； 常用的几种日交通量： 年平均日交通量（AADT） 年平均工作日交通量（AAWT） 平均日交通量（ADT） 平均工作日交通量（AWT）,,,10,用日交通量分析交通需求情况,月平均日交通量（MADT）,12,周平均日交通量（WADT）,MADT分析实例,13,MADT分析实例,,14,WADT分析实例,15,二、小时交通量 单位：veh/h 几个重要的小时交通量： 高峰小时交通量（PHV） 第30位小时交通量 有方向的设计小时交通量（DDHV）,,1.高峰小时交通量（PHV） 一天中交通量最大的一小时内的交通量； 最受关注的交通量，是道路设计与管理的参考值； 通常是带方向性的用可逆车道来解决早晚高峰方向性问题,2.有方向性的设计小时交通量 （directional design hour volume，DDHV）,3.第30位小时交通量,选择第30位小时交通量做为设计标准的原因：,21,K值、D值通常可用经验值：,22,用DDHV进行交通规划的实例1： 某公路需要进行拓宽改建。

经调查预测得该公路在规划年的年平均日交通量为50000辆小汽车/日，设计小时交通量系数K=0.15，方向不均匀系数D=0.55取一条车道的设计通行能力为1500辆小汽车/h计算该公路应修几车道用DDHV进行交通规划的实例2（P140/124）,三、不足一小时的交通量和流率 流率分析的意义：,,26,高峰小时系数（peak hour factor）：,对于15分钟的分析周期：,,,28,根据PHF推算流率：,,29,求高峰小时系数的实例：,3.2 交通流参数 3.2.1 交通量和流率 3.2.2 速度与行程时间 3.2.3 密度与占有率 3.2.4 车头时距与车头间距,,3.2.2 速度与行程时间,速度： 描述交通流状态的第二个宏观参数 单位时间内通过的距离 用S表示, 单位是mi/h或ft/s（km/h或m/s） 行程时间： 通过某一路段所使用的时间 包括停车时间 用t表示，单位是h或s,,S与t的关系——成反比：,,几种特征速度： 地点速度 车辆通过某一地点时的瞬时车速, 用做道路设计、交通管制、交通规划资料 行驶速度 区间距离/行驶时间(不包括停车时间) 行程速度 区间距离/行程时间 临界速度 道路达到通行能力时的车速 自由流速度 一辆车在无其他车辆干扰的条件下通过某一区段的最高车速,,速度的平均度量： 1.时间平均车速（TMS） 通过道路某一点所有车辆的地点速度的平均值 也是所有车辆地点速度的算术平均值,,2.区间平均车速（SMS） 行驶于道路某一长度内的全部车辆的车速分布的平均值。

可以用区间距离/平均行程时间求得 所有车辆行程速度的调和平均值,,TMS与SMS之间的区别： TMS是点测量值，SMS是区间测量值 SMS通常比TMS小，因为低速车在区间内占据空间的时间长计算TMS与SMS的实例1：,,计算TMS与SMS的实例2： 有三辆汽车，分别以20km/h,40km/h和60km/h的速度，通过长度为10km的路段，求时间平均速度与区间平均速度3.2 交通流参数 3.2.1 交通量和流率 3.2.2 速度与行程时间 3.2.3 密度与占有率 3.2.4 车头时距与车头间距,,3.2.3 密度与占有率,密度： 定义：单位长度道路或车道上，某一瞬间所存在的车辆数 用D表示，单位是veh/mi或 veh/mi/ln ( veh/km 或 veh/km/ln ) 密度是在一段道路上测得的瞬时值 不容易直接测量，经常用速度和交通量来间接计算 但密度是三个参数中最重要的一个，因为它可以最直接地反映交通需求,,常用特征密度 临界密度 交通量达到理论通行能力时的密度 阻塞密度 速度趋于零，交通量也趋于零时的密度占有率 与地感线圈检测技术相关的指标 地感线圈的原理：电磁感应 地感线圈虽不能直接测量密度，但可以测量占有率，通过占有率推算密度。

用占有率推算密度的方法：,,推导过程详解： 占有率分为时间占有率（Ot）与空间占有率（Os） Ot＝车辆检测器的占用时间/总观测时间 检测器的占用时间是车辆的前保险杠激活检测器的上游边界开始，直到车辆的后保险杠离开检测器的下游的边界为止 在检测器接通期间，车辆驶过的距离为：Lv+Ld，这一距离被认为是车辆的有效长度 Os=N（Lv+Ld）/L=D(Lv+Ld)/5280，其中N为检测时间内通过车辆数，D为交通流密度，单位vel/mi 如果认为时间占有率等于空间占有率，即可推出式（5－7）,,用O计算D的实例（P145/129）： Consider a case in which a detector records an occupancy of 0.200 for a 15-minute analysis period. If the average length of a vehicle is 28 ft, and the detector is 3 ft long, what is the density?,3.2 交通流参数 3.2.1 交通量和流率 3.2.2 速度与行程时间 3.2.3 密度与占有率 3.2.4 车头时距与车头间距,,3.2.4 车头时距与车头间距,车头间距 一条车道中前后两辆车的车头间距离 一般考察平均车头间距，用da表示, 单位是ft(m) 车头时距 一条车道中前后两辆车驶过某一点的时间间隔 一般考察平均车头时距，用ha表示，单位是s,,da、ha与宏观参数的关系：,,微观参数的用途： 短时间内测量大量的参数值（A traffic stream with a volume of 1,000 vehs over a 15-minute time period results in a single value of rate of flow, space mean speed, and density when observed. There would be, however, 1,000 headway and spacing measurements, assuming that all vehicle pairs were observed.） 用来单独分析不同类型的车辆,宏观参数与微观参数的换算实例1：,宏观参数与微观参数的换算实例2： 在市郊一段500m长的公路上，于起点断面5min内测得通过车辆为30辆，车速为36km/h，车流为连续平均流，求平均车头时距、平均车头间距、交通流密度、一辆车通过该路段所需的时间。

3.3 交通流三参数的关系,三个宏观参数之间的基本关系： v：流率 S：区间平均速度 D：密度,,速度与密度是区间测量值，流率是点测量值 速度与密度产生流率,,用速度与流率计算密度的实例（P146/130）： Consider a freeway lane with a measured space mean speed of 60 mi/h and a flow rate of 1,000 veh/h/ln. The density could be estimated from Equation 5-11 as:,,三参数之间的关系曲线1,,三参数之间的关系曲线（P147/131） 几个特征点 临界密度 阻塞密度 临界速度 通行能力 自由流速度,,三个关系中，速度－密度关系是基本关系 最简单的模型：Greenshields 模型（速度与密度是线性关系）,Greenshields模型推导： V=b-aK 当V=0， K=Kj ； 当K=0， V=Vf=b 则： 其中：Kj为阻塞密度，Vf为畅行速度由Q=K·V和 说明Q～K呈二次函数（抛物线）关系，其图形为：,,,对上式进行求导，并令 ，则有： ∴ 另外，由于 由坐标原点到Q～K曲线上某一点之间联线的斜率，表示该点（实质为某一交通运行状态）所对应的车速，原点处的斜率即为畅行速度Vf。

由V～K关系可知， 代入Q=K·V中，则 其曲线为：,,,,,用Greenshields 模型分析交通流的实例1（P148/132）：,,65,,,66,,,67,,用Greenshields模型分析交通流的实例2： 已知某公路上自由流速度为80km/h，阻塞密度为110veh/km试用Greenshields模型求： （1）在该路段上期望得到的最大流量； （2）达到最大流量时所对应的车速间断流是指有外部固定因素影响的周期性中断交通流主要指信号交叉口的交通流 信号交叉口的交通流特性常用饱和车头时距、饱和流率和损失时间来描述 稳定行驶的连续流的车头时距称为饱和车头时距（ht），则饱和流率S为： (辆/h·车道) 信号交叉口处的车辆不可能以饱和流率通过，它有红灯时的停车时间和红灯变绿灯的启动损失时间及清尾时间，因此S是个假想值（理想值）3.4 间断流特性,下图表示了车辆启动时的车头时距分布情况：,,启动损失时间为：l1=∑ti 清尾时间l2指本方向最后一辆车进入交叉口的时刻与另一方向变为绿灯的时刻之间的时间差 对一个信号交叉口的某一进口车道而言，其在一个信号周期内所能通过的最大车辆数，应为饱和流率与有效时间的乘积。

有效时间=信号周期-本方向红灯时间-l1-l2,车辆在信号交叉口处的总损失时间称为延误车辆除在信号交叉口处有延误外，在很多其他地方也存在延误，以下给出几个有关延误的概念： 延误：时间的损失 停车延误：车辆通过道路某一部分的停车时间 行程时间延误：实际行程时间与正常行驶时间的差值，包括停车时间和慢行延误 固定延误：由交通控制装置引起的延误 运行延误：由各种交通组成部分之间的相互干扰而引起的延误分内部干扰和侧向干扰 排队延误：车辆排队时间与自由行驶过排队路段的时间之差 引道延误：引道实际耗时与引道自由行驶时间之差习题,72,,73,习题,,74,习题,,75,习题,76,习题,,77,习题,第三章课后习题1，2，3，4,78,习题,。