交通工程第三章交通流特性

交通工程第三章交通流特性交通流密度3.4車頭間距和車頭時(shí)距3.5連續(xù)流特性3.6交通量和流率3.2間斷流特性3.7速度3.3概述3.13.1概述交通流：在道路上通行的人流和車流。主要研究車流。交通流自由流、穩(wěn)定流、不穩(wěn)定流、強(qiáng)制流機(jī)動(dòng)車流、非機(jī)動(dòng)車流、混合交通流連續(xù)交通流和間斷交通流交叉、合流、分流、交織流不同的分類標(biāo)準(zhǔn)

1.交通流宏觀參數(shù):用于描述交通流的整體特性，包括交通量或流率、速度、交通流密度。微觀參數(shù)：用于描述交通流中彼此相關(guān)的車輛之間的運(yùn)行特性，包括車頭時(shí)距、車頭間距。

2.交通流的參數(shù)交通流密度3.4車頭間距和車頭時(shí)距3.5連續(xù)流特性3.6交通量和流率3.2間斷流特性3.7速度3.3概述3.13.2交通量和流率一般指來(lái)往兩個(gè)方向車輛數(shù)區(qū)別：交通量是實(shí)際觀測(cè)值，流率為換算等效值。交通量：在單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)道路（或道路上某一條車道）指定地點(diǎn)或斷面的車輛數(shù)。流率：在不足1h的時(shí)間段內(nèi)（通常是15min），通過(guò)道路（或道路上某一條車道）指定地點(diǎn)或斷面的車輛數(shù)經(jīng)過(guò)等效轉(zhuǎn)換得到的單位小時(shí)的車輛數(shù)。

1.交通量與流率

年平均日交通量：（AnnualAverageDayTraffic,AADT）一年中，在指定地點(diǎn)的平均每日交通量。（1）某天通過(guò)指定地點(diǎn)的車輛數(shù)日交通量

1.交通量的表達(dá)方式

（2）年平均工作日交通量（AverageAnnualWeekdayTraffic,AAWT）在全年所有的工作日內(nèi)，在指定地點(diǎn)的平均每日交通量。（3）平均日交通量（AverageDayTraffic,ADT）在少于一年的時(shí)間中，在指定地點(diǎn)的平均每日交通量。（4）平均工作日交通量在少于一年的某個(gè)時(shí)間段內(nèi)，在指定地點(diǎn)的平均每日交通量。某天通過(guò)指定低點(diǎn)的車輛數(shù)計(jì)算時(shí)間段的天數(shù)平均日交通量（ADT）

月平均日交通量（MonthAverageDayTraffic,MADT）周平均日交通量（WeekAverageDayTraffic,WADT）各個(gè)平均日交通量間的關(guān)系：（1）高峰小時(shí)交通量

交通量變時(shí)變圖一般呈馬鞍形，上下午各有一個(gè)高峰，在交通量呈現(xiàn)高峰的那個(gè)小時(shí)，叫做高峰小時(shí)，對(duì)應(yīng)的交通量為高峰小時(shí)交通量，并且通常是指單向的，即上行和下行兩個(gè)方向的交通量要分別統(tǒng)計(jì)。（2）第30位高峰小時(shí)交通量

將一年中8760h交通量的觀測(cè)值依大小順序排列，排在第30位的小時(shí)交通量稱為第30位高峰小時(shí)交通量。

30120101119年度高峰小時(shí)交通量排序曲線第30位小時(shí)交通量769輛/h高峰小時(shí)交通量占年平均日交通量的百分比（%）2、小時(shí)交通量

（3）單向設(shè)計(jì)小時(shí)交通量DDHV——具有方向性的設(shè)計(jì)小時(shí)交通量（輛／h）；AADT——年平均日交通量（輛／天）；K——高峰小時(shí)交通量占日交通量的比例（%）；即設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù),K隨著道路周圍地區(qū)人口密度的增加而減少；K常取第30位小時(shí)交通量系數(shù)值.D——在高峰小時(shí)內(nèi)的總交通量中，高峰方向所占的比例（%）.變化由交通量的方向分布特性決定。DDHV＝AADT×K×D

滿足絕大多數(shù)小時(shí)車流量的通過(guò)，避免建成后大多數(shù)時(shí)間車流量很低造成資源浪費(fèi)、投資效益低3.應(yīng)用設(shè)計(jì)小時(shí)交通量計(jì)算路幅寬度：1

交通量的月變化

2

交通量的日變化

3

交通量的時(shí)變化4.交通量的時(shí)間分布特性

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1交通量的月變化年平均日交通量計(jì)算：

AADT=12個(gè)月的月平均交通量總和/121/M以月份為橫坐標(biāo)，以月變系數(shù)的倒數(shù)1／M為縱坐標(biāo)，繪制的一年內(nèi)路段觀測(cè)斷面上的交通量變化曲線，這種曲線稱為月交通量變化圖

1月6月12月0.80.91.001.1月交通量變化圖北京宣武門大街107國(guó)道長(zhǎng)沙回龍鋪站2月4月11月1

交通量的月變化

2

交通量的日變化

3

交通量的時(shí)變化4.交通量的時(shí)間分布特性

交通量在一周內(nèi)每天是不同的，對(duì)城市道路而言一般工作日變化不大，節(jié)假日交通量變化顯著。交通量在每周的日變化以周變系數(shù)D表示：2

交通量的日變化0.800.901.001.10一二三四五六日周交通量變化圖AADT以每周的各日為橫坐標(biāo)，周變系數(shù)l／D為縱坐標(biāo)繪制的曲線稱為周交通量變化圖1

交通量的月變化

2

交通量的日變化

3

交通量的時(shí)變化4.交通量的時(shí)間分布特性

（1）高峰小時(shí)交通量變化

1.交通設(shè)施的設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)、控制都是以考慮高峰小時(shí)交通量為前提。

2.在同一地點(diǎn)高峰小時(shí)交通量有或多或少的變化，但高峰小時(shí)卻每天都幾乎發(fā)生在同一時(shí)間段；

3.對(duì)于一個(gè)給定的地點(diǎn)高峰小時(shí)交通量大小隨日期、季節(jié)的不同而不同。

3交通量的時(shí)變化日高峰小時(shí)交通量占年平均日交通量的百分比圖是一組各種設(shè)施日高峰小時(shí)交通量對(duì)年平均日交通量的百分比。道路1的斜度最大，它所反映的是該道路在一年中的某幾天有非常大的高峰小時(shí)流量。1931203050100150200250300350小時(shí)交通量順序百分比(%)高峰小時(shí)交通量占年平均交通量不同公路的高峰小時(shí)交通量特性1-河北三河15.0；2-天津武清13.6；3-廣東聯(lián)和11.7101112131415161718（2）不足1小時(shí)的變化交通流特性常與短周期內(nèi)交通流的波動(dòng)有關(guān)，高峰小時(shí)內(nèi)的小時(shí)交通量與最大流率的比值，稱為高峰小時(shí)系數(shù)一般來(lái)說(shuō)，PHF值在0.70到0.98之間，較低的值意味著流量變化較大。1方向分布

一條道路往返兩個(gè)方向的交通量，在某一特定的時(shí)間內(nèi)，兩方向上的交通量可能不同.

這種方向不均衡性用方向分布系數(shù)表示：

方向性分布是變通量的一個(gè)重要特性,發(fā)生在一個(gè)方向上的交通量的飽和值必須在兩個(gè)方向上都能用設(shè)施予以滿足。5.

交通量空間分布特性：

當(dāng)一個(gè)方向有多條車道時(shí)，各車道上交通量的分布是不同的，慢車和較重車輛趨向于右側(cè)車道。在我國(guó)城市道路設(shè)計(jì)中，分析路段通行能力的影響因素時(shí)，認(rèn)為靠近路中心線的車道受影響小，而靠近路緣石的車道受影響大。其影響用折減系數(shù)“

”表示。設(shè)靠近中心線為第1車道，其折減系數(shù)=1,則依次第二車道

=0.8～

0.89,第3車道=0.65～

0.78等。

2車道分布

在同一時(shí)間內(nèi)路網(wǎng)上各路段的交通量的差異用路網(wǎng)交通量分布圖表示。

3路段分布路段交通量分布圖交通流密度3.4車頭間距和車頭時(shí)距3.5連續(xù)流特性3.6交通量和流率3.2間斷流特性3.7速度3.3概述3.13.2.1幾種速度的定義3.2速度

設(shè)行駛距離為s，所需時(shí)間為t，則車速可用s/t表示。按s和t的取值不同，可定義不同的車速。車速運(yùn)行車速行程車速地點(diǎn)車速設(shè)計(jì)車速車輛通過(guò)道路特定地點(diǎn)的瞬時(shí)速度。路段長(zhǎng)度除以通過(guò)該路段的行程時(shí)間，又叫區(qū)間車速在道路交通與氣候條件良好的情況下，僅受道路條件限制所能保持的最大安全車速。在不超過(guò)路段設(shè)計(jì)車速的情況下，車輛在給定交通流中能夠達(dá)到的最大安全車速時(shí)間平均車速

定義：是指在特定的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，通過(guò)道路某一地點(diǎn)的所有車輛點(diǎn)速度的算術(shù)平均值。

式中——時(shí)間平均速度；

vi——第i輛車的點(diǎn)速度；

n——觀測(cè)的車輛數(shù)。3.2.2時(shí)間平均速度和區(qū)間平均速度

2

區(qū)間平均車速

定義：是某路段的長(zhǎng)度與通過(guò)該路段所有車輛的平均行程時(shí)間之比。在數(shù)學(xué)上．區(qū)間平均車速是通過(guò)路段所有車輛的行程車速的調(diào)和平均值。

式中：——區(qū)間平均速度;

——第i輛車行駛L距離所用的時(shí)間；

n——觀測(cè)到的車輛數(shù)；

L——行駛路段的長(zhǎng)度。

50mOD6.5m/s10.5m/s16.5m/s11.0m/s14.2m/s圖3—5時(shí)間平均速度與區(qū)間平均速度的比較區(qū)間平均車速在數(shù)值上更偏向于速度較低的車輛，這是因?yàn)榈退佘囋谔囟ǖ牡缆烽L(zhǎng)度內(nèi)占據(jù)空間的時(shí)間較長(zhǎng)。區(qū)間平均車速和時(shí)間平均車速之間存在著如下的關(guān)系(由沃德沼爾提出)：

式中：——

時(shí)間平均車速觀測(cè)值的均方差

——

區(qū)間平均車速觀測(cè)值的均方差

地點(diǎn)車速的分布特性采用速度頻率分布曲線和累積頻率曲線表示，并從累積頻率曲線中選取一些特征值作為描述速度特性的指標(biāo)。3.2.3速度分布和百分位車速1

頻率最高值與最常見(jiàn)車速頻率最高值為觀測(cè)速度中出現(xiàn)頻率最多的那個(gè)速度值，此速度稱為最常見(jiàn)車速2

百分位車速在速度累積頻率分布曲線圖上，與縱坐標(biāo)上累加百分?jǐn)?shù)相應(yīng)的車速稱百分位車速。（1）

85％位車速

表示所觀測(cè)到的車輛中，有85％的車輛具有這種速度值或者在這個(gè)速度以下。在交通管理上常用此速度作為某些路段的最高車速限制標(biāo)準(zhǔn)。（2）50％位車速(常稱中位車速)

表示在該車速以下行駛的車輛數(shù)等于在該車速以上行駛的車輛數(shù)，又稱為中值速度。（3）15％位車速

表示在該車速及低于該車速行駛的車輛數(shù)占被觀測(cè)車總數(shù)的15％。常用此車速作為觀測(cè)路段的最低限制車速，認(rèn)為車速低于該速度時(shí)，往往會(huì)妨礙交通，導(dǎo)致發(fā)生事故的危險(xiǎn)。速度頻率%圖3—6速度頻率分布曲線0102030405010203040速度（km/h）頻率最高值對(duì)應(yīng)最常見(jiàn)車速圖3-7累積頻率分布曲線17.5km/h23.5km/h7%15%85%50%93%32km/h39km/h47km/h累積頻率（%）速度（km/h）102030405060700809010020103040506015%位車速50%位車速85%位車速

速度觀測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差表示所測(cè)速度值分布在平均值兩側(cè)的偏差情況。3速度觀測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差

交通流密度3.4車頭間距和車頭時(shí)距3.5連續(xù)流特性3.6交通量和流率3.2間斷流特性3.7速度3.3概述3.1

指在某一瞬間，單位長(zhǎng)度道路上存在的車輛數(shù)。

K=N/L

式中:K——某瞬間的交通流密度;N——車輛數(shù)；

L——觀測(cè)路段長(zhǎng)度。3.4交通流密度1密度直接反映了交通需求量。

2密度是個(gè)瞬間值，它隨觀測(cè)的時(shí)刻和觀測(cè)的路段長(zhǎng)度而變化，通常用觀測(cè)的總計(jì)時(shí)間內(nèi)的平均值表示。

3交通流密度應(yīng)用廣泛，還是劃分服務(wù)水平的依據(jù)。

1.交通流密度密度最佳密度臨界密度阻塞密度接近或達(dá)到道路通行能力時(shí)的車流密度，相應(yīng)車速為臨界車速交通流量最大時(shí)的車流密度，相應(yīng)車速為最佳車速。密度過(guò)大，道路阻塞無(wú)法通行時(shí)的密度，此時(shí)交通量和車速均為零

1空間占有率

在道路的一定路段上，車輛總長(zhǎng)度與路段總長(zhǎng)度之比，以百分?jǐn)?shù)表示。空間占有率能反映某路段上車隊(duì)的長(zhǎng)度。式中：——空間占有率；

L——觀測(cè)路段總長(zhǎng)度；

——第i輛車的長(zhǎng)度(m)；

n——通過(guò)該路段的車輛數(shù)。2.車道占有率

在道路的任一路段上，車輛通過(guò)時(shí)間的累計(jì)值與觀測(cè)總時(shí)間的比值，以百分?jǐn)?shù)表示。

——時(shí)間占有率；T——觀測(cè)總時(shí)間；

——第i輛車通過(guò)觀測(cè)路段所用的時(shí)(s)；N——觀測(cè)時(shí)間內(nèi)通過(guò)該路段的車輛數(shù)。式中：3時(shí)間占有率交通流密度3.4車頭間距和車頭時(shí)距3.5連續(xù)流特性3.6交通量和流率3.2間斷流特性3.7速度3.3概述3.11車頭間距

同向行駛的一列車隊(duì)中，相鄰車輛車頭之間的空間距離。2車頭時(shí)距

同向行駛的一列車隊(duì)中，相鄰車輛車頭之間的時(shí)間間隔。3平均車頭時(shí)距和平均車頭間距

對(duì)觀測(cè)路段上所有車輛的車頭時(shí)距和車頭間距的平均值。

車頭間距和車頭時(shí)距是交通流的微觀參數(shù)，二者應(yīng)用于對(duì)交通流中每對(duì)車輛間的關(guān)系描述。3.5車頭間距和車頭時(shí)距KQ宏觀參數(shù)密度K,交通量Q與微觀參數(shù)的關(guān)系交通流密度3.4車頭間距和車頭時(shí)距3.5連續(xù)流特性3.6交通量和流率3.2間斷流特性3.7速度3.3概述3.1

連續(xù)流：沒(méi)有外部固定因素(如交通信號(hào))影響的不間斷交通流。

連續(xù)交通流的特性：交通流量

平均車速

交通流密度

三個(gè)參數(shù)描述。速度和密度：反映交通流從道路獲得的服務(wù)質(zhì)量，交通量：量度交通設(shè)施的負(fù)荷程度。3.6連續(xù)流特征

1

概述

交通量Q、行車速度、車流密度K：表征交通流特性的三個(gè)基本參數(shù)。其基本關(guān)系為：格林希爾治假設(shè):模型曲線圖：Q—KQ—K—

關(guān)系曲線圖

為車輛無(wú)干擾情況下通過(guò)某一路段的最高車速，又稱自由車速或暢行車速。

在格林希爾治假設(shè)下，圖中變量的臨界值很容易確定下來(lái)：

臨界速度：恰好是自由流速度的一半，而自由流速度是速度—密度曲線上速度的軸截距；

臨界密度：恰好是阻塞密度的一半；

阻塞密度：速度—密度曲線上密度的軸截距；

飽和流量：最大流量可以由臨界速度和臨界密度得到。

低于飽和流量的交通流：高速度低密度流和低速度高密度流。

速度-密度關(guān)系圖ABCDE速度（km/h）2速度與密度的關(guān)系密度很大時(shí)

格林泊對(duì)數(shù)模型格林希爾治線性模型安德伍德指數(shù)模型3流量與密度關(guān)系不擁擠擁擠A316293Kj=1249.04.53.01.81.53060200016001200800400車頭間距密度k(輛/km)

流量—密度關(guān)系圖車頭時(shí)距流量Q(輛/h)BDC=240015129曲線上每點(diǎn)對(duì)應(yīng)的速度均可由原點(diǎn)與該點(diǎn)連接的矢徑的斜率求得例：B點(diǎn)對(duì)應(yīng)的流量Q=1800輛/小時(shí)，密度為31輛/公里，則B點(diǎn)速度為：v=1800/31=58km/h4流量與速度關(guān)系不擁擠擁擠BD=77.464.448.332.216.10AEC6.03.02.01.55001000150020002400

流量Q(輛/h)

流量-速度關(guān)系圖車速（km/h）圖中，擁擠部分，流量和速度同時(shí)降低，不擁擠部分，隨著流量的增大，速度將慢慢降低，直達(dá)到通行能力的流量為止，此時(shí)對(duì)應(yīng)的速度為最佳速度，綜上所述，由格林希爾治的假設(shè)所得到的各種模型可以看出:

、和是劃分交通是否擁擠的重要持征值。當(dāng)時(shí)，交通處于擁擠狀態(tài)；當(dāng)時(shí)，則交通處于不擁擠狀態(tài)。交通流密度3.4車頭間距和車頭時(shí)距3.5連續(xù)流特性3.6交通量和流率3.2間斷流特性3.7速度3.3概述3.1間斷流：有外部固定因素影響的周期性中斷交通流。

本節(jié)將分別介紹信號(hào)交叉口的交通流特性及其描述參數(shù)——飽和流率、損失時(shí)間、交通流運(yùn)行效率的指標(biāo)——延誤。3.7間斷流特征1信號(hào)交叉口的間斷流圖中，車頭時(shí)距從第一車開始往后依次減小，直到車輛到達(dá)停車線前已充分加速，車頭時(shí)距不再減小為止，此時(shí)車頭時(shí)距也稱飽和車頭時(shí)距。

信號(hào)交叉口的交通流一般采用飽和車頭時(shí)距、飽和流率和損失時(shí)間來(lái)描述。

1

飽和車頭時(shí)距：穩(wěn)定行駛的連續(xù)流的車頭時(shí)距（）

2

飽和流率：是每條車道能進(jìn)入交叉口的車輛數(shù)（S）

只有該方向車道總是綠燈信號(hào)，車輛通過(guò)交叉口無(wú)需停車，該式才是正確的。所以，這個(gè)S是假想值，它被用作對(duì)交叉口及與之相連的幾何道路進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)時(shí)的依據(jù)。2損失時(shí)間

起動(dòng)損失時(shí)間：信號(hào)交叉口的信號(hào)變?yōu)榫G燈時(shí)，車輛由停止?fàn)顟B(tài)開始運(yùn)動(dòng)，前幾輛車的車頭時(shí)距是大于的。因此，對(duì)于前幾輛車，應(yīng)增加其時(shí)距()，從而得到一個(gè)總的增量值。

清尾損失時(shí)間：是指從一個(gè)方向最后一輛車進(jìn)入交叉口的時(shí)刻與另一方向變?yōu)榫G