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1、交通工程,第三章 交通流特性,3.1 概 述,交通流：在道路上通行的人流和车流。主要研究车流。,交通流,自由流、稳定流、不稳定流、强制流,机动车流、非机动车流、混合交通流,连续交通流和间断交通流,交叉、合流、分流、交织流,1.交通流,宏观参数: 用于描述交通流的整体特性，包括交通量或 流率、速度、交通流密度。,微观参数：用于描述交通流中彼此相关的车辆之间的运 行特性，包括车头时距、车头间距。,2.交通流的参数,3.2 交通量和流率,一般指来往两个方向车辆数,区别：交通量是实际观测值，流率为换算等效值。,交通量：在单位时间内，通过道路（或道路上某一条车 道）指定地点或断面的车辆数。,流率：在不足
2、1h的时间段内（通常是15min），通过道 路（或道路上某一条车道）指定地点或断面的车辆数经 过等效转换得到的单位小时的车辆数。,1.交通量与流率,年平均日交通量：（Annual Average Day Traffic, AADT）一年中，在指定地点的平均每日交通量。,（1）,某天通过指定地点的车辆数,日交通量,（2）年平均工作日交通量（Average Annual Weekday Traffic, AAWT） 在全年所有的工作日内，在指定地点的平均每日交通量 。 （3）平均日交通量（Average Day Traffic, ADT） 在少于一年的时间中，在指定地点的平均每日交通量。 （4）平
3、均工作日交通量 在少于一年的某个时间段内，在指定地点的平均每日交通量 。,某天通过指定低点的车辆数 计算时间段的天数,平均日交通量（ADT）,月平均日交通量（Month Average Day Traffic, MADT）,周平均日交通量（Week Average Day Traffic, WADT）,各个平均日交通量间的关系：,（1）高峰小时交通量 交通量变时变图一般呈马鞍形，上下午各有一个高峰，在交通量呈现高峰的那个小时，叫做高峰小时，对应的交通量为高峰小时交通量，并且通常是指单向的，即上行和下行两个方向的交通量要分别统计。 （2）第30位高峰小时交通量 将一年中8760h交通量 的观测值
4、依大小顺序排列， 排在第30位的小时交通量称 为第30位高峰小时交通量。,2、 小时交通量,（3）单向设计小时交通量,DDHV具有方向性的设计小时交通量（辆h）； AADT年平均日交通量（辆天）； K 高峰小时交通量占日交通量的比例（%）；即设计小时交通量系 数,K随着道路周围地区人口密度的增加而减少； K常取第30位小时交通量系数值. D 在高峰小时内的总交通量中，高峰方向所占的 比例（%）.变化由交通量的方向分布特性决定。,DDHVAADTKD,满足绝大多数小时车流量的通 过，避免建成后大多数时间车流 量很低造成资源浪费、投资效益 低,3.应用设计小时交通量计算路幅宽度：,1 交通量的月变
5、化 2 交通量的日变化 3 交通量的时变化,把AADT/MADT称为交通量的月变化系数（或称月不均衡系数），以K月表示,1 交通量的月变化,年平均日交通量计算： AADT=12个月的月平均交通量总和/12,1/M,以月份为横坐标，以月变系数的倒数1M为纵坐标，绘制的一年内路段观测断面上的交通量变化曲线，这种曲线称为月交通量变化图,1 交通量的月变化 2 交通量的日变化 3 交通量的时变化,交通量在一周内每天是不同的，对城市道路而言一般工作日变化不大，节假日交通量变化显著。交通量在每周的日变化以周变系数D表示：,2 交通量的日变化,0.80,0.90,1.00,1.10,一,二,三,四,五,六,
6、日,周交通量变化图,AADT,以每周的各日为横坐标，周变系数lD为纵坐标绘制的曲线称为周交通量变化图,1 交通量的月变化 2 交通量的日变化 3 交通量的时变化,（1）高峰小时交通量变化 1.交通设施的设计、运营、控制都是以考虑高峰小时交通量为前提。 2. 在同一地点高峰小时交通量有或多或少的变化，但高峰小时却每天都几乎发生在同一时间段； 3.对于一个给定的地点高峰小时交通量大小随日期、季节的不同而不同。,3 交通量的时变化,日高峰小时交通量占年平均日交通量的百分比,图是一组各种设施日高峰小时交通量对年平均日交通量的百分比。道路1的斜度最大，它所反映的是该道路在一年中的某几天有非常大的高峰小时
7、流量。,19,3,1,2,0 30 50 100 150 200 250 300 350 小时交通量顺序,百分比(%) 高峰小时交通量占年平均交通量,不同公路的高峰小时交通量特性 1-河北三河 15.0；2-天津武清 13.6；3-广东联和 11.7,10,11,12,13,14,15,16,17,18,（2）不足1小时的变化,交通流特性常与短周期内交通流的波动有关，高峰小 时内的小时交通量与最大流率的比值，称为高峰小时系数,一般来说， PHF值在0.70到0.98之间，较低的值意味着流量变化较大。,1 方向分布 一条道路往返两个方向的交通量，在某一特定的时间内，两方向上的交通量可能不同. 这
8、种方向不均衡性用方向分布系数 表示：,方向性分布是变通量的一个重要特性,发生在一个方向上的交通量的饱和值必须在两个方向上都能用设施予以满足 。,当一个方向有多条车道时，各车道上交通量的分布是不同的，慢车和较重车辆趋向于右侧车道。 在我国城市道路设计中，分析路段通行能力的影响因素时，认为靠近路中心线的车道受影响小，而靠近路缘石的车道受影响大。其影响用折减系数“ ”表示。设靠近中心线为第1车道，其折减系数 = 1, 则依次第二车道 =0.8 0.89,第3车道 =0.65 0.78等。,2 车道分布,在同一时间内路网上各路段的交通量的差异用路网交通量分布图表示。,3 路段分布,路段交通量分布图,3
9、.2.1 几种速度的定义,3.2 速度,设行驶距离为s，所需时间为t，则车速可用s/t表示。按s和t的取值不同，可定义不同的车速。,车速,运行车速,行程车速,地点车速,设计车速,车辆通过道路特定地点 的瞬时速度。,路段长度除以通过该路段 的行程时间，又叫区间车速,在道路交通与气候条件 良好的情况下，仅受道 路条件限制所能保持 的最大安全车速。,在不超过路段设计车速 的情况下，车辆在给定交 通流中能够达到的最大 安全车速,时间平均车速 定义：是指在特定的时间区间内，通过道路某一地点的所有车辆点速度的算术平均值。 式中 时间平均速度； vi 第i辆车的点速度； n 观测的车辆数。,3.2.2 时间
10、平均速度和区间平均速度,2 区间平均车速 定义：是某路段的长度与通过该路段所有车辆的平均行程时间之比。在数学上区间平均车速是通过路段所有车辆的行程车速的调和平均值。,式中： 区间平均速度; 第i辆车行驶L距离所用的时间； n 观测到的车辆数； L 行驶路段的长度。,O,D,6.5m/s,10.5m/s,16.5m/s,11.0m/s,14.2m/s,图35 时间平均速度与区间平均速度的比较,区间平均车速在数值上更偏向于速度较低的车辆， 这是因为低速车在特定的道路长度内占据空间的时 间较长。,区间平均车速和时间平均车速之间存在着如下的关系(由沃德沼尔提出)：,式中： 时间平均车速观测值的均方差
11、区间平均车速观测值的均方差,地点车速的分布特性采用速度频率分布曲线和累积频率曲线表示，并从累积频率曲线中选取一些特征值作为描述速度特性的指标。,3.2.3 速度分布和百分位车速,1 频率最高值与最常见车速 频率最高值为观测速度中出现频率最多的那个速度值，此速度称为最常见车速 2 百分位车速 在速度累积频率分布曲线图上，与纵坐标上累加百分数相应的车速称百分位车速。,（1） 85位车速 表示所观测到的车辆中，有85的车辆具有这种速度值或者在这个速度 以下。在交通管理上常用此速度作为某些路段的最高车速限制标准。 （2） 50位车速(常称中位车速) 表示在该车速以下行驶的车辆数等于在该车速以上行驶的车
12、辆数，又称为中值速度。 （3） 15位车速 表示在该车速及低于该车速行驶的车辆数占被观测车总数的15。常用此车速作为观测路段的最低限制车速，认为车速低于该速度时，往往会妨碍交通，导致发生事故的危险。,速度频率%,图36 速度频率分布曲线,频率最高值对应 最常见车速,图 3-7 累积频率分布曲线,17.5km/h,23.5km/h,7%,15%,85%,50%,93%,32km/h,39km/h,47km/h,累积频率 （%）,速度（km/h）,10,20,30,40,50,60,70,0,80,90,100,20,10,30,40,50,60,15%位车速,50%位车速,85%位车速,速度观测
13、值的标准差表示所测速度值分布在平均值两侧的偏差情况。,3 速度观测值的标准差,指在某一瞬间，单位长度道路上存在的车辆数。 K = N / L 式中:K某瞬间的交通流密度; N车辆数； L观测路段长度。,3.4 交通流密度,1 密度直接反映了交通需求量。 2 密度是个瞬间值，它随观测的时刻和观测的路段长度 而变化，通常用观测的总计时间内的平均值表示。 3 交通流密度应用广泛，还是划分服务水平的依据。,1.交通流密度,密度,最佳密度,临界密度,阻塞密度,接近或达到道路通行能力时 的车流密度，相应车速为 临界车速,交通流量最大时的车流密 度，相应车速为最佳车速。,密度过大，道路阻塞无法通 行时的密度
14、，此时交通量和 车速均为零,1 空间占有率 在道路的一定路段上，车辆总长度与路段总长度之比，以百分数表示。空间占有率能反映某路段上车队的长度。,式中： 空间占有率； L 观测路段总长度； 第i辆车的长度(m)； n 通过该路段的车辆数。,2 .车道占有率,在道路的任一路段上，车辆通过时间的累计值与观测总 时间的比值，以百分数表示。,时间占有率； T 观测总时间； 第i辆车通过观测路段所用的时(s)； N 观测时间内通过该路段的车辆数。,式中：,3 时间占有率,1 车头间距 同向行驶的一列车队中，相邻车辆车头之间的空间距离。 2 车头时距 同向行驶的一列车队中，相邻车辆车头之间的时间间隔。 3
15、平均车头时距 和平均车头间距 对观测路段上所有车辆的车头时距和车头间距的平均值。,车头间距和车头时距是交通流的微观参数，二者应用于对交通流中每对车辆间的关系描述。,3.5 车头间距和车头时距,K,Q,宏观参数密度K,交通量Q与微观参数 的关系,连续流：没有外部固定因素(如交通信号)影响的不间断交通流。 连续交通流的特性：交通流量 平均车速 交通流密度 三个参数描述。 速度和密度：反映交通流从道路获得的服务质量，交通量：量度交通设施的负荷程度。,3.6 连续流特征,1 概述,交通量Q、行车速度 、车流密度K：表征交通流特性的三个基本参数。其基本关系为：,格林希尔治假设:,模型曲线图：,QK Q K 关系曲线图,为车辆无干扰情况下通过某一路段的最高车速，又称自由车速或畅行车速。,在格林希尔治假设下，图中变量的临界值很容易确定下来： 临界速度： 恰好是自由流速度的一半，而自由流速度是速 度密度曲线上速度的轴截距； 临界密度：恰好是阻塞密度的一半； 阻塞密度：速度密度曲线上密度的轴截距； 饱和流量：最大流量可以由临界速度和临界密度得到。 低于饱和流量的交通流：高速度低密度流和低速度高密度流。,速度-密度关系图,
