交通特性分析

交通工程

(TrafficEngineering)授課人：王智超土木工程與力學學院2024/2/1交通工程第二章交通特性分析2024/2/1交通工程目錄

(contents)2-1道路交通三要素特性2-2交通量的基本特性2-3行車速度特性2-4交通流的基本特性及其相互關(guān)系--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------2024/2/1交通工程§2-1道路交通三要素特性人、車、路的交通特性。駕駛?cè)藛T機動車道路環(huán)境用方向盤、制動器等進行控制（人）（車）計量儀表、振動等坡度、凹凸不平、各種交通管理標志等2024/2/1交通工程2-1-1駕駛員的交通特性邁克爾·舒馬赫

駕駛員是交通系統(tǒng)中最活躍的因素之一，是影響交通安全與效率的關(guān)鍵要素，主要通過視覺特性、反映特性與心理特性加以表現(xiàn)。2024/2/1交通工程圖2.1駕駛控制系統(tǒng)示意圖(≥0.4s)興趣、情緒欲求等中樞神經(jīng)環(huán)境感覺器官傳入神經(jīng)傳出神經(jīng)動作器官車輛身體條件（飲酒、疾病、疲勞等）駕駛員的信息處理過程車輛行駛感受器反應(yīng)器反應(yīng)輸出記憶思考知覺判斷意志決定車內(nèi)環(huán)境車外環(huán)境信息輸入(≥0.3s)2024/2/1交通工程1)視覺特性①視力(0.7以上,裸視≥0.4,無紅綠色盲)④

視野(分靜視野和動視野,“隧洞視”)⑥色感

衣物的顏色白黑乳白紅灰綠能發(fā)現(xiàn)某種顏色的距離（m）82.542.876.667.866.367.6能確認是某種物體的距離（m）42.918.832.147.236.436.4能斷定其移動方向的距離（m）19.09.613.224.017.017.8表2.1夜間駕駛員辨認距離②視力適應(yīng)(分明適應(yīng)和暗適應(yīng))③炫目(俗稱晃眼,或耀眼)⑤視覺敏銳度和視差靜視力；動視力；夜間視力2024/2/1交通工程車速（km/h）：看清標志的距離（m）6024080160動視力隨著汽車速度的提高，明顯下降炫目防治方法2024/2/1交通工程說明：在彎道前100m涂上V形標線，然后在彎道上再使V形標線的夾角逐漸加大，經(jīng)直線，再涂上人字標線，行車時使駕駛員有道路變窄錯覺，從而使其降低車速。實驗表明：使用標線前，平均車速降低了6.4km/h，使用標線以后，平均車速降低了11.7km/h。車道上畫v形線2024/2/1交通工程說明：從高等級公路駛?cè)胍话愎返慕徊婵谇?00m

內(nèi)，在環(huán)行交叉口的路面涂上由疏到密間隔不等的黃色橫線，距環(huán)越近橫線間隔越小，當駕駛員看到這些黃線后，首先產(chǎn)生警覺刺激隨后降低車速，并適應(yīng)路面標線的視覺變化情況，把車速降到合理水平。2024/2/1交通工程2)反應(yīng)特性.駕駛員開始制動前最少需要0.4s知覺——反應(yīng)時間，產(chǎn)生制動效果需0.3s時間，共計0.7s。反應(yīng)時間的長短取決于駕駛員的素質(zhì)、個性、年齡、對反應(yīng)準備程度以及工作經(jīng)驗。某一月的事故次數(shù)平均制動反應(yīng)時間（s）０～１次組０.５７２～３次組０.７０４～７次組０.７２８～９次組０.８６１０～１２次組０.８６１３～１７次組０.８９事故次數(shù)與反應(yīng)時間長短的關(guān)系2024/2/1交通工程3)駕駛員的心理特點和個性特點.①動機；②素養(yǎng)；③注意力；④智力；⑤情緒；⑥成熟件；⑦知識性；⑧條件反應(yīng)。生物節(jié)律的計算方法:式中：Y1、Y2、Y3——分別是體力、情緒、智力的節(jié)律狀態(tài)A1、A2、A3——分別是體力、情緒、智力的振幅X——當事人發(fā)生事故日期到出生日期的總天數(shù):駕駛員處于體力循環(huán)低潮期、情緒高潮期和智力低潮期2024/2/1交通工程生物節(jié)律的變化如圖所示:2024/2/1交通工程4)飲酒與駕駛捷克斯洛伐克的莫斯試驗表明：當血液中酒精的濃度為0.03%-0.09%時，其事故的發(fā)生率比不飲酒者增加7倍，當酒精濃度為0.1%-0.14%是，事故率為不飲酒的32倍，當酒精濃度為0.15%時，事故率竟增加128倍。美國Loomis認為：當血中酒精濃度為0.03%時，駕駛能力就有低落；當為0.1%時，低落15%，為0.15%時，低落30%。日本學者研究：當酒精含量達到0.5mg/ml時，駕駛機能受到影響，辨色力降低，反應(yīng)時間增加，錯誤反應(yīng)增加46%.2024/2/1交通工程我國交通法規(guī)規(guī)定酒后駕駛機動車，記6分，罰500元，暫扣駕駛證1--3個月；酒后駕駛營運機動車，記12分，罰500元，暫扣駕駛證3個月;醉酒駕駛機動車，記12分，罰2000元，暫扣駕駛證3--6個月，拘留15天以下;酒醉酒駕駛營運機動車，記12分，罰2000元，暫扣駕駛證6個月，拘留15天以下;一年內(nèi)有醉酒駕駛機動車被處罰兩次以上的，吊銷機動車駕駛證，五年內(nèi)不得駕駛營運機動車。

當酒精含量達到0.2～0.8mg/ml時，屬于飲酒駕駛；大于0.8mg/ml屬于醉酒駕駛。處罰措施：2024/2/1交通工程酒后開車產(chǎn)生事故的特點：向靜止的物體沖撞；向停駐的車輛沖撞；夜間與對向車迎面撞擊；因看錯路引起的各種翻車；重大事故和惡性事故多，致死率高．珍惜生命2024/2/1交通工程2-1-2乘客交通特性乘客旅行的共同要求安全、迅速、舒適。出行目的理想出行時間不計較出行時間能容忍出行時間就業(yè)102545購物103035休憩103085表2.2不同出行目的出行容忍時間（min）2024/2/1交通工程2-1-3行人交通特性1)行人交通流特性：步行速度、步行速度與密度基本關(guān)系等；2)行人交通特征及其基本影響因素:因素：年齡、性別、出行目的、文化素養(yǎng)、心境、街景、交通狀況、生活區(qū)域等；交通特征：行人速度(1.0～1.3m/s)、行人空間(0.9～2.5m2/人)、行人注意力。3)步行距離：可接受距離（一般越短越好）2024/2/1交通工程2-1-4車輛交通特性空氣阻力滾動阻力地面驅(qū)動力坡度阻力Fk=f(Φ，G，Mk)地面驅(qū)動力車輪驅(qū)動力附著重量附著系數(shù)2024/2/1交通工程1)設(shè)計車輛尺寸。車輛的尺寸會影響到道路線形，交通結(jié)構(gòu)物的凈空，停車場等交通設(shè)施的設(shè)計。《公路工程技術(shù)標準》（JTGB01-2003）規(guī)定的設(shè)計車輛外廓尺寸（單位：米）類型總長總寬總高前懸軸距后懸小客車61.820.83.81.4載重汽車122.541.56.54半掛車162.541.24+8.82機動車設(shè)計車輛外廓尺寸限界（城市道路設(shè)計規(guī)范CJJ37-1990）類型總長總寬總高前懸軸距后懸小客車51.81.61.02.71.3普通汽車122.54.01.56.54.0鉸接車182.54.01.75.8+6.73.82024/2/1交通工程2)動力性能。（影響道路的幾何設(shè)計與通行能力）包括以下三個評判指標：最高車速Vmax汽車在水平良好的水泥或泥青路面上所能達到的最高行駛速度(km/h)；加速時間t

分為原地起步加速時間和超車加速時間(s)；最大爬坡度imax

汽車滿載時Ⅰ檔在良好路面上的最大爬坡度。2024/2/1交通工程最快的車：福特SSCUltimateAero437km/h新寶馬M5起動加速時間只需不到秒4.5爬坡性能好2024/2/1交通工程3)制動性能。制動距離公式：式中：

——汽車制動開始時的速度(km／h)；

——道路縱坡度(％)上坡為正，下坡為負；

——輪胎與路面之間的附著系數(shù)。2024/2/1交通工程2-1-5道路交通特性1)路網(wǎng)密度。道路是供行人步行和車輛行駛的設(shè)施的總稱。公路網(wǎng)的合理密度可用下式來計算：道路網(wǎng)密度、間距與不同等級道路的功能、要求相匹配；道路網(wǎng)密度、間距與城市不同區(qū)域的性質(zhì)、人口密度、就業(yè)密度相匹配。城市道路網(wǎng)密度、間距的選取應(yīng)遵循以下兩條原則：2024/2/1交通工程2)公路分級。公路的技術(shù)等級?！豆饭こ碳夹g(shù)標準》（JTGB01－2003）根據(jù)交通量及其使用性質(zhì)、任務(wù)，公路可分為五級。（高速公路、一級公路、二級公路、三級公路、四級公路）公路的行政等級。按其重要性和公路管理特點又可劃分為：國家干線公路（簡稱國道，用G表示）、省級干線公路（簡稱省道，用S表示）、縣級公路（簡稱縣道，用X表示）、鄉(xiāng)級公路（簡稱鄉(xiāng)道），以及專用公路。公路網(wǎng)的組成。我國公路網(wǎng)按行政體制由國道、省道、縣道和鄉(xiāng)道組成。其中，國道網(wǎng)方案于1964年開始編制，1981年由國家經(jīng)委、國家計委和交通部頒發(fā)試行。該方案共有國家干線公路70余條，全長10.92萬公里，布局分為三類。2024/2/1交通工程由首都向四周各省放射1xx，共12條，長2.35萬公里。由南北走向的縱線組成2xx，共28條，長3.78萬公里。由東西走向的橫線組成3xx，共30條，長4.79萬公里。國道主干系統(tǒng)國道主干系統(tǒng)是國道網(wǎng)的一部分，由高速公路組成，是全國公路網(wǎng)的主骨架，也是全國綜合運輸大通道的組成部分。這個系統(tǒng)形成以后，車輛行駛速度可提高一倍，大城市間400~500km的公路運輸可當日往返，800~1000km的可一天到達，這將標志著我國現(xiàn)代化公路運輸網(wǎng)絡(luò)的建成。國道主干線總體布局為“五縱七橫”12條路線。2004年起提出“7918”

34條路線。2024/2/1交通工程“五縱七橫”（約3.5萬公里）

2024/2/1交通工程“7918”網(wǎng)（約8.5萬公里）

2024/2/1交通工程2024/2/1交通工程2024/2/1交通工程3)道路結(jié)構(gòu)。道路結(jié)構(gòu)基本部分是路基、路面、橋涵，另外還有邊溝、擋墻、盲溝等附屬部分。2024/2/1交通工程4)道路線形。（要求通暢、安全、美觀）

道路線形是指一條道路在平、縱、橫三維空間中的幾何形狀，傳統(tǒng)上分為平面線形、縱斷面線形、橫斷面線形。2024/2/1交通工程5)道路網(wǎng)布局。（網(wǎng)絡(luò)與文化、歷史等有關(guān)系）棋盤式（方格式）

典型的公路網(wǎng)布局有三角形、并列形、放射形、樹叉形等；典型的城市道路網(wǎng)布局有棋盤形(方格形)、帶形、放射形、放射環(huán)形。環(huán)形放射式2024/2/1交通工程§2-2交通量的基本特性2-2-1交通量的定義它是指在選定的時間段內(nèi)，通過道路某一地點或某一斷面的交通體的數(shù)量。（一般指雙向）交通量Q通常取某一時間段內(nèi)的平均值作為該時間段的代表交通量。式中：Qi—各規(guī)定時間段內(nèi)的交通量（輛/單位時間）

n—規(guī)定時間段的單位統(tǒng)計數(shù)。2024/2/1交通工程按平均值所取的時間段的單位不同分為：年平均日交通量；月平均日交通量；周平均日交通量；平均日交通量（AverageDayTraffic,ADT）年平均日交通量（AnnualAverageDayTraffic,AADT）月平均日交通量（MonthAverageDayTraffic,MADT）周平均日交通量（WeekAverageDayTraffic,WADT）2024/2/1交通工程2-2-2交通量的時間分布特性交通量的時間分布特性主要包括：月交通量變化、周交通量變化和小時交通量變化。通行能力交通量交通量時間分布早高峰晚高峰2024/2/1交通工程1)月交通量變化。一年內(nèi)各月交通量的變化稱為月變化。把AADT/MADT稱為交通量的月變化系數(shù)（或稱月不均衡系數(shù)），以K月表示：020406080100120140123456789101112AADT(%)月交通量變化圖1月6月12月0.80.91.001.1北京宣武門大街107國道長沙回龍鋪站2月4月11月2024/2/1交通工程例2.1某測站測得各月的交通量及全年的累計交通量如表，試計算各月的月平均日交通量與月變系數(shù)(K月)。月平均日交通量與月變系數(shù)計算表解：首先計算年平均日交通量：再計算月平均日交通量及月變系數(shù)：2024/2/1交通工程2)周交通量變化。一周內(nèi)日交通量的變化，也稱日變化。把WADT/ADT稱為交通量的日變化系數(shù)，以K日表示：式中：Qi——年平均星期i的日交通量2024/2/1交通工程3)小時交通量變化。一天24小時中每個小時的交通量不斷在變化，簡稱時變化。以某一小時或某一時段交通量占全日交通量之比表示交通量的時變規(guī)律。常用的有16個小時(6:00～22:00)或12個小時（6:00～18:00)，亦有用18小時(4:00～22:00)交通量占全日交通量之比及高峰小時占全日交通量之比作為特征變化系數(shù)。日交通量（%）交通量小時變化曲線圖2024/2/1交通工程①高峰小時交通量(PeakHourVolume,簡寫PHV)。

在城市道路上,交通量時變圖一般呈馬鞍形,上下午各有一個高峰，在交通量呈現(xiàn)高峰的那個小時，稱為高峰小時（PeakHour，PH），高峰小時內(nèi)的交通量稱為高峰小時交通量（PHV）。高峰小時交通量占該天全天交通量之比稱為高峰小時流量比(以%表示),它反映高峰小時交通量的集中程度,并可供高峰小時交通量與日交通量之間作相互換算之用。②高峰小時系數(shù)(PeakHourFactor,簡寫PHF)。

高峰小時系數(shù),就是高峰小時交通量與高峰小時內(nèi)某一時段的交通量擴大為高峰小時的交通量之比。

2024/2/1交通工程例2.2某測站測得的連續(xù)各5min時段的交通量統(tǒng)計數(shù)如表,高峰小時交通量為1346輛/h，求5min和15min的高峰小時系數(shù)。某路段高峰小時以5min為時段交通量統(tǒng)計表

統(tǒng)計時間8:00～8:058:05～8:108:10～8:158:15～8:208:20～8:258:25～8:308:30～8:358:35～8:408:40～8:458:45～8:508:50～8:558:55～9:005min交通輛118114112111111120115106104118110107解:由表知8:25~8:30為最高5min,故最高15m交通量為8:20~8:35,故2024/2/1交通工程2-2-3交通量的空間分布1)城鄉(xiāng)分布。大城市出入口干道一般大于5000輛/d,城市道路交通量就更大,如武漢的航大路日最大交通量達21300輛,北京崇文門的日交通量達27871輛,自行車為108306輛/d,南京市中央路小汽車為33620輛/d。4)交通量在車道上的分布2)在路段上的分布3)交通量的方向分布2024/2/1交通工程2-2-4交通量的構(gòu)成特性交通量的構(gòu)成指交通量中各種交通工具(機動車、非機動車、客車、貨車;大、中、小客貨車、公交車、出租車、摩托車等等)所占數(shù)量和比重。3)城市道路交通量構(gòu)成基本特性。1)公路交通量構(gòu)成的基本特性。公路交通量中客車、公交車、自行車的數(shù)量和比例一般要比城市道路上要小,而貨車和拖拉機交通量的比重要大于城市道路交通量中的比重。

2)城市出人口道路交通量構(gòu)成基本特性。出人口道路越接近城市,其交通量的構(gòu)成特性越近似于城市道路交通量特性;越接近于鄉(xiāng)村,其交通量構(gòu)成特性則越近似于公路。

2024/2/1交通工程2-2-5設(shè)計小時交通量（DHV）第30位最高小時交通量（30HV）就是將一年中測得的8760個小時交通量,從大到小按序排列,排在第30位的那個小時交通量。通常被作為設(shè)計小時交通量。研究表明,第30位小時交通量與年平均日交通量之比的K值十分穩(wěn)定。據(jù)國外觀測,按道路類別及所在地區(qū)不同,K值分布在12%～18%范圍內(nèi)。

我國部分地區(qū)設(shè)計小時交通量系數(shù)（K）

年度地區(qū)198019811982198319841985江西蓮塘13.9812.8613.41福建時洋11.4712.3912.8312.41遼寧毛營子13.7414.5912.72天津楊村12.5713.5012.322024/2/1交通工程

當缺乏觀測資料時，設(shè)計小時交通量系數(shù)（K）也可按以下公式進行計算：l）高速公路K=[-4.1056In（AADT）+49.9271]×（1+A）＋△2）一級公路K=[-2.4283In（AADT）+31.7670]×

（1+A）＋△3）二級公路、三級公路K=[-1.5648In（AADT）+23.1640]×

（1+A）＋△△—公路所在位置的修正系數(shù)；城市近郊取0，公路取4.0%；A—地區(qū)氣象修正系數(shù)，-10%≤A≤10%；一年中氣候變化顯著則選大值，平穩(wěn)則選小值，其中：華北地區(qū)平均值為-9.23%，東北地區(qū)平均值為8.31%，西北地區(qū)平均值為7.18%，華東、中南和西南地區(qū)可不修正。

2024/2/1交通工程設(shè)計小時交通量的應(yīng)用：對于多車道公路,運用設(shè)計小時交通量可確定車道數(shù)和路幅寬度,通過準確的計算可取得良好的經(jīng)濟效益。對于雙車道公路,由于車道數(shù)已定,設(shè)計小時交通量主要用于計算各不同時期的高峰小時和交通量,并據(jù)此評價道路服務(wù)水平、使用品質(zhì)等。計算公式：設(shè)計小時交通量系數(shù)(%)每一車道設(shè)計通行能力(輛/h)車道數(shù)一條車道寬度(m)路幅寬度(m)設(shè)計小時交通量(輛/h)2024/2/1交通工程在考慮方向不均系數(shù)的情況下:方向不均勻系數(shù)（%）單向設(shè)計小時交通量(DirectionalDesignHourlyVolume)2024/2/1交通工程§2-3行車速度特性2-3-1基本定義地點車速：指車輛通過某一地點時的瞬時車速,因此觀測時L取盡可能短,通常以20~25m為宜,用做道路設(shè)計、交通管制、交通規(guī)劃資料。

行駛車速：指從行駛某一區(qū)間所需時間(不包括停車時間)及其區(qū)間距離求得的車速,用于評價該路段的線形順適性和通行能力分析,也可用于計算道路使用者的成本效益分析。運行車速：指中等技術(shù)水平的駕駛員在良好的氣候條件、實際道路狀況和交通條件下所能保持的安全車速,用于評價道路通行能力和車輛運行狀況。

2024/2/1交通工程行程車速：又稱區(qū)間車速,是車輛行駛路程與通過該路程所需的總時間(包括停車時間)之比。行程車速是一項綜合性指標,用以評價道路的通暢程度,估計行車延誤情況。要提高運輸效率歸根結(jié)底是要提高車輛的行程車速。

臨界車速：指道路達到理論通行能力時的車速,對于選擇道路等級具有重要作用。設(shè)計車速：指在道路交通與氣候條件良好的情況下僅受道路物理條件限制時所能保持的最大安全車速,用作道路線形幾何設(shè)計的標準。

2024/2/1交通工程總結(jié)：速度地點車速行駛車速行程車速運行車速臨界速度設(shè)計車速描述瞬時速度行駛路程與有效行駛時間之比路程與車輛通過所需總時間實際道路狀況和交通條件下所能保持的安全車速道路通行能力達到最大值時的車速道路條件限制保持的最大安全速度測定顯示雷達測速儀，速度表盤通過觀測與計算通過觀測與計算通過觀測與計算需要綜合分析確定設(shè)計要求用處交通管理交通規(guī)劃道路設(shè)計評價線性舒適性與通行能力評價道路通暢程度、估計行車延誤評價道路通行能力和車輛運行狀況分析通行能力分析通行能力選擇道路等級2024/2/1交通工程2-3-2行車速度的統(tǒng)計分布特性圖2.2地點車速直方圖、頻率分布圖、累計頻率分布圖式行車速度與交通量一樣,也是一個隨機變量。研究表明,在鄉(xiāng)村公路和高速公路路段上,運行車速一般呈正態(tài)分布,在城市道路或高速公路匣道口處,車速分布比較集中,一般呈偏態(tài)分布，如皮爾遜Ⅲ型分布。

2024/2/1交通工程表征車速統(tǒng)計分布特性的特征車速常用:

中位車速。（50%位車速）85%位車速。（常作限高車速）15%位車速（常作限低車速）與速率波動幅度。2024/2/1交通工程2-3-3時間平均車速與區(qū)間平均車速時間平均車速

在單位時間內(nèi)測得通過道路某斷面各車輛的點車速,這些點速度的算術(shù)平均值,即為該斷面的時間平均車速,即:式中：——時間平均車速，km/hn——單位時間內(nèi)觀測到車輛總數(shù)，vehvi

——第i輛車通過某段面的地點車速，km/h2024/2/1交通工程區(qū)間平均車速在某一特定瞬間,行駛于道路某一特定長度內(nèi)的全部車輛的車速分布的平均值,當觀測長度為一定時,其數(shù)值為地點車速觀測值的調(diào)和平均值,其計算公式為:式中：s——路段長度，kmn——觀測次數(shù)

ti——第i輛車通過s所用時間，hvi——第i輛車通過s的行駛速度，km/h

——空間平均車速，km/h2024/2/1交通工程時間平均車速與區(qū)間平均車速之間的互換關(guān)系式中：——

觀測值的均方差

——

觀測值的均方差2024/2/1交通工程例2.3設(shè)有3輛汽車，分別以20、40、50km的速度度，通過路程長度為l0km的路段，試求時間平均車速和區(qū)間平均車速。解：求時間平均車速再求區(qū)間平均車速兩者的關(guān)系也可通過回歸分析得到，即上式可以看出，當速度提高，兩者之間的變異就變小，即區(qū)間平均車速即近于時間平均車速．2024/2/1交通工程§2-4交通流的基本特性及其相互關(guān)系2-4-1交通流三參數(shù)基本關(guān)系交通量Q、行車速度V、車流密度K是表征交通流特性的三個基本參數(shù)。車流密度是指某一瞬間內(nèi)單位道路長度上的車輛數(shù)目。

K=N/L（輛/km）式中：K—車流密度，veh/kmN—觀測路段內(nèi)某瞬時車輛數(shù)，veh

L—觀測路段長度，km2024/2/1交通工程車流密度特性：①

車頭時距觀測時間內(nèi)同向行駛的一列車隊中相鄰兩車車頭之間的時間間隔。觀測路段上所有車輛車頭時距的算術(shù)平均值稱為平均車頭時距()。與流量的關(guān)系是：②

車頭間距觀測路段內(nèi)一條車道上相鄰兩車的車頭空間間隔。觀測路段上所有車輛車頭間距的算術(shù)平均值稱為平均車頭間距()。與交通密度K的關(guān)系是：2024