高速公路基本路段通行能力分析總結(jié)（82頁）

1、第三章 高速公路基本路段-通行能力分析3交通工程教研室本章內(nèi)容一、高速公路二、理想條件及交通流特性三、通行能力及其影響因素四、HCM通行能力分析方法五、我國通行能力分析方法六、算例一、高速公路高速公路可定義為：有分隔設(shè)施的，每個方向具有兩條或幾條車輛專用道，且全面控制進出口的公路。它是唯一能提供完全不間斷交通流的公路設(shè)施類型。由于高速公路中沒有信號燈或停車管制的交叉口，車輛進、出高速公路只能通過匝道，雙方向交通流之間還有中央分隔帶，因而最大程度地減少了橫、縱向干擾對主線交通的影響。一般地說，高速公路是由3種不同類型的路段組成的。高速公路基本路段：不受匝道附加合流、分流及交織流影響的高速公路路段

2、。交織區(qū)：沿一定長度的高速公路，兩條或多條車流穿過彼此的行車路線的高速公路路段。交織路段一般由相距較近的合流區(qū)和分流區(qū)組成。匝道與匝道主線連接處：進口匝道和出口匝道與高速公路的連接處。由于連接處匯集了合流或分流的車輛，因而形成一個紊流區(qū)。高速公路各組成部分的示意圖 高速公路基本路段處于任何匝道或交織區(qū)的影響區(qū)域之外。一般地說，匝道連接處或交織區(qū)的影響范圍可認為：進口匝道：從匝道連接處起，其上游（500英尺）150m-200m，下游（2500英尺）760m-800m的范圍為進口匝道影響范圍。出口匝道：從匝道連接處起，其上游760m(800)，下游150m(200)的范圍為出口匝道影響范圍。交織區(qū)

3、：合流點上游150m(200)為交織區(qū)的起點，分流點向下游150m(200)為交織區(qū)的終點。二、高速公路交通流特性交通組成：小型車50-80%，大中型車15-45%，特大型車1-10%。速度特性：正態(tài)分布到達特性：根據(jù)交通流狀態(tài)不同而不同三要素關(guān)系圖：在相當(dāng)大的流量范圍內(nèi)，對于流率來說，速度變化比較滯緩。當(dāng)車流接近通行能力時，速度急劇下降?；韭范诬嚵魈匦愿咚俟坊韭范蔚慕煌鞯倪\行情況會因上游和下游瓶頸點壓縮交通流的條件不同而有很大變化。瓶頸處包括：匝道的合流處、交織區(qū)、車道數(shù)減少地段以及正在維修保養(yǎng)的路段、事故發(fā)生地點和路上有交通障礙的地方。在發(fā)生交通事故的路段，不一定都是以阻塞車道的形

4、式形成瓶頸。因為，肇事車輛即使停在路肩上或?？吭谥醒敕指魩Ю?，也會影響高速公路車道里的交通運行。對高速公路的研究，可以進一步理解與上、下游瓶頸影響有關(guān)的交通流特性。高速公路基本路段上的交通流可劃分為三類：不飽和交通流、排隊消散交通流和過飽和交通流。不飽和流表明交通流不受到上、下游交通條件的影響。這一類型的交通流特征是：中低交通流率時，車速為90km/h到120km/h；交通流率大時，車速在為70km/h到100km/h。過飽和流是受下游瓶頸影響左右的交通流。阻塞路段的交通流，變化范圍很大，其速度取決于瓶頸的壓縮程度。高速公路上的排隊與交叉口前排隊不一樣。高速公路上排隊，車輛沒停下來。高速公路上

5、的車輛停停走走，隊列緩慢行進。排隊消散流表明交通流一旦通過瓶頸，就加速向高速公路的自由流速度恢復(fù)。排隊消散流的交通特征是：在下游另一瓶頸的影響還未出現(xiàn)時，交通流保持相對穩(wěn)定。這類交通流的流率變化范圍較?。涸?000輛小客車/h/ln至2300輛小客車/h/ln之間。此時，速度由55km/h到基本路段的自由流速，瓶頸下游的車流速度通常比較小。視道路的平面和縱面線形條件，排隊消散流一般可在瓶頸下游的1-2km之內(nèi)加速到自由流速度。研究表明，瓶頸處的排隊消散流的流率比非瓶頸路段的最大流率小，交通流率的下降值約為5%左右。服務(wù)水平 對于服務(wù)質(zhì)量來說，盡管駕駛員最關(guān)心的是速度，但是，在交通流中的行車自由

6、度以及車輛間相互靠近的程度也應(yīng)同樣受到關(guān)注。這些參數(shù)與交通流密度相關(guān)。與速度不同，密度隨流量增加而增加，直至流量達到通行能力。密度對交通流大范圍的變化很敏感，是有效度量服務(wù)水平的參量。規(guī)定服務(wù)水平是為了表示三個關(guān)鍵性變量的合理范圍。這三個關(guān)鍵變量是：速度、交通流密度和交通流率。HCM高速公路理想條件最小車道寬度為3.6米；最小右側(cè)側(cè)向凈空為1.8米，即行車道邊緣到最近的障礙物或影響交通行為的物體之間的距離；中央分隔帶最小側(cè)向凈空為0.6米；交通流中全部為小客車；一個行車方向至少有五條車道（僅限于城市地區(qū)）；立交間距至少為3千米；平原地形，坡度不大于2%；駕駛員總體主要由經(jīng)常使用該設(shè)施的正式駕駛

7、員組成。國內(nèi)高速公路理想條件高速公路基本路段的理想條件包括理想的道路條件和交通條件。理想道路條件是指雙向四車道高速公路，設(shè)計速度為120km/h，車道寬度為3.75m，硬路肩寬度為3.5m，左側(cè)路緣帶寬度為0.75m，中央分隔帶寬度為3.0m，縱坡為0，具有良好的線形；理想交通條件是指交通組成是100%的小客車，司機都是職業(yè)駕駛員等。HCM服務(wù)水平服務(wù)水平密度范圍（小客車/千米/車道）A 0-7B7-11C11-16D16-22E22-28F28標準服務(wù)水平ABCDE自由流速度=120千米/小時最大密度（小客車/千米/車道）711162228最小速度（千米/小時）120.0120.0114.6

8、99.685.7最大V/C比0.340.550.770.921.00最大服務(wù)流率（小客車/小時/車道）8401320184022002400自由流速度=110千米/小時最大密度（小客車/千米/車道）711162228最小速度（千米/小時）110.0110.0108.597.283.9最大V/C比0.330.510.740.911.00最大服務(wù)流率（小客車/小時/車道）7701210174021352350自由流速度=100千米/小時最大密度（小客車/千米/車道）711162228最小速度（千米/小時）100.0100.0100.093.882.1最大V/C比0.300.480.700.901.

9、00最大服務(wù)流率（小客車/小時/車道）7001100160020652300自由流速度=90千米/小時最大密度（小客車/千米/車道）711162228最小速度（千米/小時）90.090.090.089.180.4最大V/C比0.280.440.640.871.00最大服務(wù)流率（小客車/小時/車道）630990144019552250理想條件下的通行能力參數(shù)設(shè)計速度（km/h）通行能力（小客車/h/車道）臨界密度（小客車/km）臨界速度（km/h）120220045481002100454780200045456018004540設(shè)計速度120km/h的高速公路服務(wù)水平分級服務(wù)水平等級密度（小客

10、車/km/車道）速度（km/h）V/C最大服務(wù)交通量（小客車/h/車道）一級（自由流） 7 1090.34750二級（穩(wěn)定流上段） 18 910.741600三級（穩(wěn)定流） 25 780.881950四級（飽和流） 45 48接近 1.002200（強制流） 45 48 1.00設(shè)計速度100km/h的高速公路服務(wù)水平分級 服務(wù)水平等級密度（小客車/km/車道）速度（km/h）V/C最大服務(wù)交通量（小客車/h/車道）一級（自由流） 7 920.31650二級（穩(wěn)定流上段） 18 790.671400三級（穩(wěn)定流） 25 710.861800四級（飽和流） 45 47接近 1.002100（強制

11、流） 45 47 1.00設(shè)計速度80km/h的高速公路服務(wù)水平分級服務(wù)水平等級密度（小客車/km/車道）速度（km/h）V/C最大服務(wù)交通量（小客車/h/車道）一級（自由流） 7 740.25500二級（穩(wěn)定流上段） 18 660.601200三級（穩(wěn)定流） 25 600.751500四級（飽和流） 45 45接近 1.002000（強制流） 45 45 1.00設(shè)計速度60km/h的高速公路服務(wù)水平分級服務(wù)水平等級密度（小客車/km/車道）速度（km/h）V/C最大服務(wù)交通量（小客車/h/車道）一級（自由流） 7 580.22400二級（穩(wěn)定流上段） 18 500.50900三級（穩(wěn)定流）

12、 25 450.671200四級（飽和流） 45 40接近 1.001800（強制流） 45 40 1.00三、通行能力影響因素通行能力：在當(dāng)前通常的道路和交通條件下，高速公路某一點或某一均勻路段所能容許通過的最大持續(xù)交通流率。針對于單向車流而言，以輛/h表示。 實際高速公路的道路、交通條件往往不是理想條件，其中對通行能力構(gòu)成影響的主要因素包括：車道寬度及側(cè)向凈空、車道數(shù)量、設(shè)計速度、交通組成和駕駛員總體特性，這些條件的變化都將引起速度流率密度關(guān)系發(fā)生變化。1）車道寬度及側(cè)向凈空影響當(dāng)車道寬度不足3.75m時，車輛行駛時的橫向間距比在理想條件下小。為此，駕駛員將拉大與同向車輛間的行駛間距，或者

13、降低行駛速度，以保證安全，因此，該路段的通行能力有所下降。當(dāng)左側(cè)路緣帶寬度和右側(cè)路肩寬度受限時，也會導(dǎo)致類似的情況發(fā)生。車道數(shù)量影響當(dāng)單向車道數(shù)量從理想條件下的2車道變?yōu)?車道或4車道之后，其通行能力不會按車道數(shù)成倍增加。原因在于車道增多，將使交通量在各車道上的分布發(fā)生顯著的變化，即使在擁擠的情況下，交通量分布也不均勻， 設(shè)計速度影響當(dāng)設(shè)計速度低于120km/h時，高速公路的運行條件將產(chǎn)生變化。因此，在任何特定的交通量條件下，車速觀測值都低于120km/h，其速度流量密度關(guān)系曲線和通行能力值也將發(fā)生相應(yīng)的變化， 交通組成影響由于中型車、大型車和拖掛車在外形尺寸和車輛行駛性能上與小客車存在顯著差

14、別：（a）中型車、大型車和拖掛車比小客車占用更多的道路行駛空間。（b）中型車、大型車和拖掛車的加速、減速和保持速度的能力低于小客車。因此，中型車、大型車和拖掛車會在交通流中占用更大的動態(tài)空間。 駕駛員總體特征影響理想條件之一是駕駛員都是職業(yè)駕駛員，當(dāng)駕駛員由職業(yè)和業(yè)余駕駛員組成，或者駕駛員的技術(shù)熟練程度、遵守交通法規(guī)的程度、高速公路駕駛經(jīng)驗、對所在高速公路的熟悉程度以及駕駛員健康狀況與理想條件存在差別時，都將使交通流的速度降低，導(dǎo)致速度流量密度關(guān)系曲線和通行能力發(fā)生變化。四、通行能力分析方法服務(wù)水平的確定HCM的分析程序國內(nèi)分析程序規(guī)劃設(shè)計高速公路基本路段運行狀況分析步驟1、自由流車速自由流速

15、度(free-flow speed)：（1）交通流的理論速度，單位為km/h，是交通密度趨于零時的速度，也就是幾乎沒有車輛時的速度；（2）在交通量很小的條件下，車輛通過沒有信號交叉口的城市干道的路段平均速度；（3）交通量很小的條件下（中低流量，小于1300pc/h/ln)，高速公路基本路段或多車道公路路段上，小客車的平均速度。實測得到：在低峰時間，測量100輛車的速度2、自由流速度的修正FFS:自由流速度BFFS:基本自由流速度城市110，鄉(xiāng)村120Flw-車道寬度修正Flc-右肩寬度修正Fn-車道數(shù)修正Fid-立交密度修正車道寬度（米）自由流速度下降值，fLW（千米/小時）3.603.51.

16、03.42.13.33.13.25.63.18.13.010.6車道寬度對速度的修正右側(cè)側(cè)向凈空（米）自由流速度下降值，fLC（千米/小時）單向車道數(shù)23451.80.00.00.00.01.51.00.70.30.21.21.91.30.70.40.92.91.91.00.60.63.92.61.30.80.34.83.21.61.10.05.83.91.91.3側(cè)向凈空對自由流速度的修正車道數(shù)（單向）自由流速度下降值，fN（千米/小時）5042.4324.87.3車道數(shù)對自由流修正每千米的立交數(shù)自由流速度下降值，fID（千米/小時）0.30.00.40.51.12.10.60.70.80.

17、93.95.06.08.11.09.21.110.21.212.1立交密度對自由流修正2 實際道路條件對設(shè)計速度的修正按照式（3-1）計算實際道路條件對理想設(shè)計速度的修正。式（3-1） 其中， 實際道路條件下的設(shè)計速度，km/h； 理想條件下的設(shè)計速度，km/h； 車道寬度和路側(cè)凈空對設(shè)計速度的修正值，km/h； 車道數(shù)對設(shè)計速度的修正值，km/h； 1）車道寬度和側(cè)向凈空對設(shè)計速度的修正值道路條件寬度（m）（km/h）120車道寬度3.5-2.03.750.0左側(cè)路緣帶0.25-3.00.5-1.00.750.0右側(cè)路肩1.0-3.01.5-1.02.00.02）車道數(shù)對設(shè)計速度的修正值車道

18、數(shù)（單向）（km/h）403-3.02-5.03、流率修正Vp：15分鐘當(dāng)量流率(pc/h/ln)V：高峰小時流量（veh/h）PHF:高峰小時系數(shù)，N：車道數(shù)FHV：重車調(diào)整系數(shù)FP：駕駛員總體特征系數(shù)高峰小時系數(shù)（PHF）高峰小時系數(shù)（PHF）表征一小時內(nèi)交通流的變化。對交通流的持續(xù)觀察表明在一個小時內(nèi)高峰15分鐘的流率在小時內(nèi)并不是持續(xù)不變的。式23-2中高峰小時系數(shù)的應(yīng)用說明了這一現(xiàn)象。 在高速公路上，典型的高峰小時系數(shù)的范圍為0.80到0.95。較小的高峰小時系數(shù)反映了鄉(xiāng)村高速公路或非高峰時段的情況。較大的高峰小時系數(shù)代表了城市和郊區(qū)高速公路高峰時段的情況。如果可能，應(yīng)使用現(xiàn)場實測數(shù)

19、據(jù)求得代表當(dāng)?shù)厍闆r的高峰小時系數(shù)。重型車修正 式中：ET-交通流中貨車/公共汽車的小客車當(dāng)量ER-交通流中休閑車輛的小客車當(dāng)量PT-交通流中貨車/公共汽車的比例PR-交通流中休閑車輛的比例fHV-重型車修正系數(shù) 對交通流中重型車輛的修正應(yīng)用于三種車型：貨車、公共汽車、和休閑汽車。重型車對交通流的影響取決于縱坡狀況和交通組成。針對三種狀況選擇小客車當(dāng)量：高速公路綿延路段、上坡路段和下坡路段。如果一個路段中大于或等于3%的縱坡不超過0.5千米，或小于3%的縱坡不超過1.0千米時，就可以將該路段作為綿延路段分析。 高速公路基本路段小客車當(dāng)量系數(shù)地形類型平原丘陵山嶺ET（貨車和公共汽車）1.52.54

20、.5ER（休閑車輛）1.224下坡坡度(%)坡段(千米)ET貨車百分比5101520 4所有情況1.51.51.51.54-56.41.51.51.51.54-56.42.02.02.01.5 5-66.41.51.51.51.5 5-66.45.54.04.03.0 66.41.51.51.51.5 66.47.56.05.54.5下坡路段上貨車和公共汽車的小客車當(dāng)量上坡路段上貨車和公共汽車的小客車當(dāng)量上坡坡度(%)坡段(千米)ET貨車和公共汽車的百分比24568101520252所有情況1.51.51.51.51.51.51.51.51.52-3 0.0-0.41.51.51.51.51.

21、51.51.51.51.50.4-0.81.51.51.51.51.51.51.51.51.50.8-1.21.51.51.51.51.51.51.51.51.51.2-1.62.02.02.02.01.51.51.51.51.51.6-2.42.52.52.52.52.02.02.02.02.02.43.03.02.52.52.02.02.02.02.03-4 0.0-0.41.51.51.51.51.51.51.51.51.50.4-0.82.02.02.02.02.02.01.51.51.50.8-1.22.52.52.02.02.02.02.02.02.01.2-1.63.03.02.

22、52.52.52.52.02.02.01.6-2.43.53.53.03.03.03.02.52.52.52.44.03.53.03.03.03.02.52.52.54-5 0.0-0.41.51.51.51.51.51.51.51.51.50.4-0.83.02.52.52.52.02.02.02.02.00.8-1.23.53.03.03.02.52.52.52.52.51.2-1.64.03.53.53.53.03.03.03.03.01.65.04.04.04.03.53.53.03.03.05-6 0.0-0.42.02.01.51.51.51.51.51.51.50.4-0.54.

23、03.02.52.52.02.02.02.02.00.5-0.84.54.03.53.02.52.52.52.52.50.8-1.25.04.54.03.53.03.03.03.03.01.2-1.65.55.04.54.03.03.03.03.03.01.66.05.05.04.53.53.53.53.53.56 0.0-0.44.03.02.52.52.52.52.02.02.00.4-0.54.54.03.53.53.53.02.52.52.50.5-0.85.04.54.04.03.53.02.52.52.50.8-1.25.55.04.54.54.03.53.03.03.01.2-1

24、.66.05.55.05.04.54.03.53.53.51.67.06.05.55.55.04.54.04.04.0駕駛員總體特征系數(shù) 用修正系數(shù)fP來反映駕駛員總體特征的影響。fP的范圍為0.85-1.00。除非有足夠的數(shù)據(jù)表明應(yīng)使用較小的fP值，一般取fP 為1.00，以反映通勤交通（如家庭車輛）。如果需要較高的精度，建議對通勤車輛和休閑車輛的交通流和速度進行現(xiàn)場調(diào)查加以比較。4、服務(wù)水平的確定 D=VP/S式中：D-密度（pc/km/ln）vp-交通流率（pc/h/ln）S-平均小客車車速（km/h）當(dāng)90FFS120并且（3100-15FFS）VP（1800+5FFS）時，速度當(dāng)90

25、FFS120并且VP（3100-15FFS）時， 5、服務(wù)交通量和可能通行能力計算實際道路、交通條件對最大服務(wù)交通量和可能通行能力的修正。 -實際道路、交通條件下，i級服務(wù)水平對應(yīng)的單方向條車道的服務(wù)交通量，輛/h；-理想條件下，i級服務(wù)水平對應(yīng)的單車道最大服務(wù)交通量，輛小客車/h/車道；-受限車道寬度和側(cè)向凈空影響修正系數(shù)駕駛員總體特性影響對流率的修正系數(shù)；車道數(shù)對流率的修正系數(shù)；交通組成影響對流率的修正系數(shù)，見公式； N 高速公路單向車道數(shù)。fw側(cè)向凈寬單側(cè)有障礙物雙側(cè)有障礙物車道寬度（米）車道寬度（米）3.753.53.753.54車道6或 84車道6或 84車道6或 84車道6或 8=

26、1.751.001.000.970.961.001.000.970.961.600.990.990.960.950.990.990.960.951.200.990.990.960.950.980.980.950.940.90.980.980.950.940.960.970.930.930.60.970.970.940.930.940.960.910.920.30.930.950.900.920.870.930.850.8900.900.940.870.910.810.910.790.87 駕駛員總體特性對流率的修正系數(shù)地形條件東部地區(qū)中部地區(qū)西部地區(qū)全國平均平原微丘0.9350.9260.92

27、80.927山嶺重丘0.9010.8750.8460.874高速公路分段通行能力分析或服務(wù)水平分析要求高速公路路段有一致的交通條件和道路特性。因而，通常將交通或者道路條件發(fā)生改變的地點作為分析路段的終點。高速公路的一些地點形成不同路段的自然分界點。任何進口匝道或出口匝道就是這樣的分界點，因為此處高速公路交通流量發(fā)生變化。簡單或組合縱坡的起終點也是路段分界點。任何交通或道路條件發(fā)生改變的地點都是不同路段的分界點，應(yīng)該分別分析每個分界點。除了由進口匝道和出口匝道形成的自然分界點之外， 出現(xiàn)下列情況的地點也是分析路段的分界點：車道數(shù)發(fā)生變化，右側(cè)側(cè)向凈空發(fā)生變化，坡度變化2%或更多或者連續(xù)上坡超過1

28、200米，速度限制發(fā)生變化。五、算例算例1已知：四車道高速公路，平原地形，設(shè)計速度為100公里/小時，單向高峰小時交通量568輛/小時，路段2公里，坡度0%，車道寬2m*3.75m,內(nèi)側(cè)路肩0.75m，外側(cè)路肩2.7m；大中型車占34%，特大型車占1%。試分析其服務(wù)水平，問其到達可能通行能力之前還可增加多少交通量。國內(nèi)標準解：理想通行能力用設(shè)計車速求得：CB=2100計算可能通行能力：C=2100*1*0.80*1*2=3360計算v/c=568/3360=0.16服務(wù)水平：100公里設(shè)計速度，一級增加交通量3360-568=2792VR=100-5=95VP=V/FHV/FW/FP/FN=5

29、68/1/1/0.8/2=355D=VP/VR=355/95=3.77LOS 一級HCMFFS=BFFS-FLW-FLC-FN-FID=100-7.3=92.7VP=V/FHV/FP/N=568/0.8/1/2=355根據(jù)速度-流量圖，交通處于A區(qū)S=FFS=92.7（5683400-30*92.7=619）D=VP/S=355/92.7=3.8LOS:A算例2若其年平均日交通量為80000輛，高峰小時系數(shù)取0.9，其服務(wù)水平為3級，高峰小時占年日平均交通量的0.09，方向系數(shù)推薦為0.55，平原地區(qū)，大型車占25%，需要幾車道。解：定向設(shè)計小時交通量：80000*0.09*0.55=3960

30、120:3960/1950/0.9=2.3=3100:3960/1800/0.9=2.4=380:3960/1500/0.9=2.9=3算例3高速公路基本情況：現(xiàn)有的四車道高速公路，鄉(xiāng)村地區(qū)，幾何線型受限制，丘陵地形，限速110千米/小時求解：高峰小時服務(wù)水平如何？已知條件： 單向雙車道 貨車5% 車道寬度3.5米 高峰小時系數(shù)0.92 側(cè)向凈空0.6米 每千米0.6個立交 通勤交通 丘陵地形 高峰小時交通量2000輛/小時（單向）算例4高速公路基本情況：設(shè)計中的新建郊區(qū)高速公路求解：為保證高峰小時能達到D級服務(wù)水平，應(yīng)設(shè)多少條車道已知條件： 交通量為單向4000輛/小時 高峰小時系數(shù)0.85

31、 平原地形 每千米0.9個立交 貨車15% 休閑車輛3% 車道寬度3.6米 側(cè)向凈空1.8米說明：假定為通勤交通，因此fP為1.00 假定基本自由流速度為120千米/小時 因為該高速公路正在設(shè)計，且位于郊區(qū)，假定車道數(shù)會影響自由流速度。算例5發(fā)展中的城市地區(qū)的六車道高速公路求解：現(xiàn)在的高峰小時服務(wù)水平等級？三年后的服務(wù)水平？為避免交通需求超過通行能力應(yīng)在什么時候為各方向增設(shè)第四車道？已知條件：現(xiàn)有交通量為單方向5000輛/小時 六車道、 平原地形 、 貨車10%、 三年后的交通量為單向5600輛/小時 ，高峰小時系數(shù)0.95 超過3年后，交通量每年增加4% 自由流速度為110km/h（現(xiàn)場測得）算例6高速公路基本情況：鄉(xiāng)村地區(qū)現(xiàn)有的四車道高