交通运输导论：交通工程理论.ppt

CH6 交通工程理论,交通运输导论,,学习要点,本章学习内容 交通工程学的研究范围及内容 交通调查的内容 交通流相关理论 本章学习重点 了解交通工程理论中相关术语,研究对象： 线路、运输工具、人与环境四者有机结合的交通系统 研究内容： 探索线路、运输工具、人与环境四者各自的内在规律性及其最佳配合 研究目的： 达到运输效率高，通过能力大，交通通畅；交通事故少；减少能源消耗、环境污染的目的,交通工程学研究范围,交通特性： 包括人的特性、运输工具的特性，交通流特性，道路特性 交通调查： 调查城市内交通量、车辆车速、行人和车辆的起迄点、 车辆停车、延误等 交通流理论： 研究连续车流或间断车流的运行状态及规律，是交通工程学的基础理论内容如用流体力学、动力学来研究交通工程学研究内容（1/2）,交通规划： 在交通调查的基础上，利用数学模型进行交通需求预测，并通过评价给予相应修正 交通管理： 利用交通信号灯、单向交通、交通法律等工具改善城市路网的机能，确保交通安全畅通 交通设计： 设计道路交叉口、停车场、交通管理设施等 交通事故：分析其产生根源及其规律，设法消除 交通环境保护：分析其产生根源，采取措施避免,交通工程学研究内容（2/2）,第一阶段：交通调查 调查交通现状，并分析影响交通的社会和经济因素 第二阶段：交通需求预测 建立数学模型，预测交通发生量、出行分布、交通方式划分、交通分配等 第三阶段：评价及修正 评价交通规划效果，并据此修正规划,交通规划3阶段,交通工程学起源于20世纪30年代。

美国于1930年首先创建了“交通工程师协会” “汽车化”的提倡使交通工程学得到飞跃发展 随着各国城市汽车使用量的快速增加，由于给城市带来一系列问题： 车速过低，交通拥挤，甚至堵塞 城市内停车困难 交通事故频发，城市环境污染严重 为了解决以上问题，交通工程学得到快速发展与完善交通工程的起源,交通工程是随着车辆、道路和城市发展而发展 车辆的发展推动了交通工程的发展 上世纪50年代以后，世界汽车拥有量一直在增长 道路的发展进一步拉动了交通工程的发展 上世纪50年代以后，先进的工业化国家除提高道路质量、完善公路网外，还迅速发展高速公路 城市的发展及其交通问题的产生需要利用交通工程相关方法来解决 城市人口增长速度快、城市功能日益综合化、特大城市增加、城市群大量出现 交通阻塞、车辆行车速度低、车祸增加、交通拥挤、停车困难、废气噪声危害严重等城市交通问题产生,交通工程的发展,便于“对症下药” 通过交通调查分析，可掌握交通现状，进而由此明确交通问题的性质，采取相应解决问题的方案 为交通工程后续工作提供基础资料 交通流理论模型与交通预测模型都是通过在交通调查后分析其交通变化规律来建立的 交通调查是道路设计、交通规划、交通管理与控制以及交通安全的基础工作。

为什么要交通调查？,交通量调查 车速调查 通行能力调查 车辆耗油调查 居民出行调查,交通调查的内容,车辆出行调查 停车场调查 交通事故调查 交通噪声调查 车辆废气调查,交通量调查内容 获得交通量在道路断面上的时间分布特征和道路网上的时间与空间分布特征 交通量调查用途 分析道路和路网的潜力和问题所在 为规划路网、合理组织交通及改建道路提供依据,调查内容1—交通量调查,调查内容1—交通量调查,交通量,机动车交通量,非机动车交通量,行人交通量,客车交通量,货车交通量,大型车,中型车,小型车,大型车,中型车,小型车,摩托车,自行车,三轮车,,,,,,1、交通量的分类,根据交通量的不同用途，用某一期间交通量的平均值作为该期间交通量的代表 （周、月、年）平均日交通量 根据交通变化规律，用于表示交通变化特征的值 高峰小时交通量 年最大小时交通量 年第30位最高小时交通量 高峰小时流量比 高峰小时系数（PHF）,调查内容1—交通量调查,2、交通量的表示方法,在某一地点（道路断面或交叉口），交通量随时间变化而变化，可用交通量关于时间的曲线图表示这种变化 时变：一天内小时交通量的变化 周变：一周内日交通量的变化 月变：一年内月交通量的变化 年变：一段时期内年交通量的变化,调查内容1—交通量调查,思考:上述交通量时间变化大体有何规律？,3、交通量随时间的变化,调查内容1—交通量调查,3、交通量随时间的变化,不同类型车辆交通量随时间的变化关系,调查内容1—交通量调查,3、交通量随时间的变化,不同性质道路交通量随时间的变化关系,调查内容1—交通量调查,在同一时间交通量在道路网上不同地点的流量分布，包括路段、交叉口的交通量及方向的不同。

交通量在道路网上的分布 交叉口的流量流向分配 交通量在道路同一断面不同车道的分布 道路断面上往返两个方向交通量的不均匀性,,4、交通量随空间的变化,编制路网流量调查计划 包括：调查范围、目标和预期的成果；估算调查工作量；定出组织观测人员的数量、来源和培训计划；编制财务预算；编制工作进度计划 确定观测方案 流量观测站的设置、确定各测点的观测方案；统一观测方法与时间；调查时间 观测方法 交通量的观测方法很多，如人工计测法、自动计数器测数法、照相摄影法、试验车浮动测定法等调查内容1—交通量调查,5、交通量调查方法,设置测量观测站 控制测站：设置在重要的国道作为长期24观测的测点 辅助测站：设置在省际或地方道路上作为短期抽样 补充测站：设置在特殊地点为特定目的的测点 确定测点观测方案 正常的交通量观测采用常规方法 大型的交叉口单独制定观测方案,调查内容1—交通量调查,5、确定观测方案,统一观测方法与时间 统一观测内容、表格和填写方法、统一汇总表和整理方法 统一车辆分类方法 统一观测时间和计数时间间隔等 安排调查时间 公路上采用全年整日调查，若无条件，则选择能反映月变、日变规律的日期进行观测 城市道路内选择与年平均日交通流量相接近的季节,调查内容1—交通量调查,5、确定观测方案,调查目的 掌握某地点车速分布规律 作为交通控制设计的重要参数 用于交通事故分析 确定道路限制车速及设置交通标志的依据 作为交通流理论研究的重要参数,调查内容2—车速调查,1、地点车速调查,地点车速调查方法 人工观测：测定车辆通过一小段距离的时间 雷达测速：利用电波效应测定车辆的瞬时速度 车速抽样 一般随机选择样本 根据精度要求选择样本大小 利用数理统计方法统计分析车速分布,调查内容2—车速调查,1、地点车速调查,调查目的 用于衡量道路交通服务水平的主要指标 交通流分配的重要参数及衡量车辆运营经济性依据 用于确定交通信号配时 研究流量、速度、密度间的关系 行程车速和行驶车速调查 牌照对号法：记录车辆经过观测路段起讫点的时间，整理出同一牌照号经过该路段的时间。

跟车测速：利用测试车辆在测试路段上行驶，记录其经过交叉口的时间、停车时间及原因调查内容2—车速调查,思考：行程车速与行驶车速有何不同？,2、行程车速调查,课外学习（自学） 了解其它各项调查内容的调查方法,其它内容的调查,交通流理论：是运用物理学和数学的定律来描述交通特性的一门边缘科学，是交通工程学的基础理论 它以分析的方法阐述交通现象及其机理，从而使我们更好地理解交通特性及其本质 交通流理论在20世纪30年代才开始兴起，最早采用的是概率论方法随后相继出现了跟车理论、交通波理论（流体动力学模拟）和车辆排队理论 1975年，丹尼尔和马休汇集了各方面的研究成果，出版了《交通流理论》一书，较全面和系统地阐述了交通流理论的内容和发展交通流理论概述,交通流量、速度和密度的相互关系及测量方法 交通特性的统计分布 排队论的应用 跟车理论 交通的流体动力学模拟理论 驾驶员处理信息的能力 交通流模拟,交通流理论解决的问题,交通的到达在某种程度上具有随机性，统计分布用于描述这种随机性的统计规律 存在两种方法 离散性分布：描述在一定的时间间隔内到达某地点的车辆数，或在一定的路段上分布的车辆数的统计规律 连续性分布：描述车辆到达某地点的间隔时间的统计特性，如车头时距的概率分布。

交通流特性的统计分布,排队论是研究分析服务对象发生排队拥挤现象的一种数学理论 排队论主要研究等待时间，排队长度的概率分布，以便合理协调“服务对象”与“服务系统”之间的关系，使之既能满足“服务对象”的要求，又能最大限度地节省服务系统的经费 1936年亚当斯首先应用排队论研究无信号道路交叉口的行人延误问题以后，在交通工程领域内，把信号交叉口、停车场、加油站等交通设施都看作“服务系统”，把到达的车辆看作“服务对象”， 近来用排队论研究信号交叉口前的车辆排队现象及其所造成的车辆延误，并根据交叉口上车辆延误时间量最小的目标来确定交通信号的配时方案，或根据整个地区各交叉口上车辆延误时间总量最小的目标来实现区域交通控制的最优方案，这是排队论在交通工程中应用的一个重要方面排队论的应用（1/6）,,排队论的应用（2/6）,“排队”与“排队系统” 当一队车辆通过收费站，等待服务（收费）的车辆和正在被服务（收费）的车辆与收费站构成一个“排队系统” 等候的车辆自行排列成一个等待服务的队列，这个队列则称为“排队” “排队车辆”或“排队（等待）时间”都是指排队的本身 “排队系统中的车辆”或“排队系统消耗时间”则是在指排队系统中正在接受服务（收费）和排队的统称。

排队论的应用（3/6）,排队系统的三个组成部分: 输入过程：是指各种类型的“顾客(车辆或行人)”按怎样的规律到达输入方式包括： 泊松输入、定长输入、爱尔朗输入 排队规则：是指到达的顾客按怎样的次序接受服务排队规则包括： 等待制、损失制、混合制 服务方式： 指同一时刻多少服务台可接纳顾客，每一顾客服务了多少时间服务时间分布包括： 定长分布、负指数分布、爱尔朗分布,排队论的应用（4/6）,排队系统的主要数量指标： 等待时间 ：即从顾客到达时起到他开始接受服务时止这段时间 忙期：即服务台连续繁忙的时期，这关系到服务台的工作强度 队长：有排队顾客数与排队系统中顾客之分，这是排队系统提供服务水平的一种衡量指标单通道服务系统,M/M/1系统（单通道服务系统）的基本概念：由于排队等待接受服务的通道只有单独的一条，因此也叫做“单通道服务”系统多通道服务系统,一般收费站属于多路排队多通道服务的M/M/N系统，如果总流入量为Q，可以假设每个收费站的流入量为Q/N，就可以按照M/M/1系统计算跟车理论（1/5）,跟驰理论是运用动力学方法，研究在无法超车的单一车道上车辆列队行驶时，后车跟随前车的行驶状态，并且借数学模式表达并加以分析阐明的一种理论。

由于有1950年鲁契尔的研究和1953年派普斯的研究，跟驰理论的解析方法才告定型而赫尔曼和罗瑟瑞于1960年在美国通用汽车公司动力实验室进行的研究为跟驰理论作了进一步的扩充跟车理论（2/5）,在道路上行驶的一队高密度汽车，车头间距不大，车队中任意一辆车的车速都受前车速度的制约，驾驶员只能按前车所提供的信息采用相应的车速，这种状态称为非自由行驶状态跟驰理论只研究非自由行驶状态下车队的特性 非自由行驶状态的车队有以下三个特性： 制约性 延迟性 传递性,跟车理论（3/5）,跟驰模型是一种刺激－反应的表达式一个驾驶员所接受的刺激是指其前方导引车的加速或减速以及随之而发生的这两车之间的速度差和车间距离的变化；该驾驶员对刺激的反应是指其为了紧密而安全地跟踪前车地加速或减速动作及其实际效果 假定驾驶员保持他所驾驶车辆与前导车的距离为S(t)，以便在前导车刹车时能使车停下而不致于和前导车尾相撞设驾驶员的反应时间为T，在反应时间内车速不变，这两辆车在t时刻地相对位置如图所示，图中n为前导车，n+1为后随车跟车理论（4/5）,线性跟车模型示意图,跟车理论（5/5）,两车在刹车操作后的相对位置如图所示 —第i 辆车在时刻t 的位置； —两车在时刻 t 的间距，且: —后车在反应时间T内行驶的距离； —后随车在减速期间行驶的距离； —前导车在减速期间行驶的距离； —停车后的车头间距； —第n+1辆车在时刻t 的速度。