交通流特性2012.pptx

第一节第一节 概述概述道路上的人流和车流形成了交通流，交通流定性和定量的特征，称为交通流特性交通流特性。交通流交通流近似看作是由交通体组成的一种粒子流体，同其他流体同其他流体一样，可以用交通流量、速度和对交通密度三大基本参数来描述。交通流量、速度、密度三个参数三个参数是描述交通流基本特征的主要参数，三个参数之间相互联系，相相互联系，相互制约。互制约。一、交通流的分类一、交通流的分类二、交通流的参数二、交通流的参数 第二节第二节 交通量和流率交通量和流率一、交通量一、交通量和流率和流率的定义的定义u交交通通量量是是指指在在单单位位时时间间段段内内，通通过过道道路路某某一一地地点点、某一某一断面断面或某一条车道的交通实体数。或某一条车道的交通实体数。u按交通类型分：机动车按交通类型分：机动车 非机动车非机动车 行人行人u一一般般不不加加说说明明则则指指机机动动车车交交通通量量，且且指指来来往往两两个个方方向的车辆数向的车辆数。l流率是指将不足一小时，时间段内，通过道路指定定地地点点或或断断面面的的车车辆辆数数，经经过等效转换得到的单过等效转换得到的单位小时的车辆数。l交通量与流率的区别二、交通量的表达形式二、交通量的表达形式（一）平均日交通量（一）平均日交通量l交通量不是一个静止的量，它是随时间变化的，在表达式上通常取某时段内的平均值作为该时段的代表交通量。l平均日交通量ADT(Average Daily Traffic)l常用的有年平均日交通量、月平均日交通量、周平均日交通量等。1.年平均日交通量（AADTAnnual Average Daily Traffic）2.月平均日交通量（MADTMonth Average Daily Traffic）3 3.周周平平均均日日交交通通量量（WADTWeek WADTWeek Average Average Daily Daily Traffic Traffic）年平均工作日交通量、平均工作日交通量年平均工作日交通量、平均工作日交通量（二）高峰小时交通量（二）高峰小时交通量(Hourly volumes and peak hour(Hourly volumes and peak hour volume)volume)（1）高峰小时交通量（Hourly volumes and peak hour volume）一日内以小时计的交通量的最高值。它是影响道路畅通的一个重要因素。道路通行能力若能够满足高峰小时的交通量，则能满足全天其他时刻的交通需求。（2）高峰小时流量比 高峰小时交通量占该天全天交通之比称为高峰小时流量比(以%表示)。反映高峰小时流量的集中程度。（三）第（三）第3030位小时交通量位小时交通量l 将将一年一年87608760个小时的小时交通量，按大个小时的小时交通量，按大小次序排之列，从大到小排列，排在第小次序排之列，从大到小排列，排在第3030位的那个小时的交通量，称为第位的那个小时的交通量，称为第3030位小时位小时交通量交通量.第第3030位小时交通量为设计小时交通量使道路设计既位小时交通量为设计小时交通量使道路设计既满足了满足了99996767时间内的交通需求，将交通拥挤时时间内的交通需求，将交通拥挤时间保持在最低限度间保持在最低限度(只占只占o o3333)，且大大降低了公，且大大降低了公路建设费用，经济合理。路建设费用，经济合理。设计小时交通量的计算（考虑方向不均衡性）式中：DDHV单向设计小时交通量；K 设计小时交通量系数（%）；D 方向不均匀系数（%）（四）设计小时交通量（四）设计小时交通量 高峰小时交通量的分布也不均匀。因此，再将高峰小时划分成更短的时段以显示各时间段交通量变化特征，15min,5min。某高峰小时内连续5min或15min交通量最大的时段称为高峰小时内的高峰时段，并把该时段的交通量推算得到的小时流率称为高峰小时流率。（五）（五）不足不足1h1h的交通量和流率的交通量和流率高峰小时系数PHF 高峰小时交通量与高峰小时内某一时段推算的高峰小时流率的比值。例：某观测站测得的连续例：某观测站测得的连续5min5min时段的交通量统计时段的交通量统计数如表所示，求数如表所示，求5min5min和和15min15min高峰小时系数。高峰小时系数。观测时段7:007:00 7:057:057:057:05 7:107:107:107:10 7:157:157:157:15 7:207:207:207:20 7:257:257:257:25 7:307:307:307:30 7:357:357:357:35 7:407:407:407:40 7:457:457:457:45 7:507:507:507:50 7:557:557:557:55 8:008:00流量90909292116116115115116116119119158158150150184184176176130130132132观测时段8:008:00 8:058:058:058:05 8:108:108:108:10 8:158:158:158:15 8:208:208:208:20 8:258:258:258:25 8:308:308:308:30 8:358:358:358:35 8:408:408:408:40 8:458:458:458:45 8:508:508:508:50 8:558:558:558:55 9:009:00流量1191191081081291291331331141141001009595104104109109999995958282三、交通量的时间分布特性三、交通量的时间分布特性1.月变化 一年内各月交通量的变化称为月变化，以一年为周期，统计12个月的交通量，每个月的交通量均不相同。例：例：107107国道长沙回龙铺观测站国道长沙回龙铺观测站19901990年的各月交年的各月交 通量及全年累计交通量观测结果如表所示，通量及全年累计交通量观测结果如表所示，试求各月的月变系数试求各月的月变系数M M。月份月份 月交通量月交通量总和总和MADTMADTM M1/M1/M备注备注1 1162968162968525752571.201.200.8260.826AADT=61AADT=616363辆辆/d,/d,全年总全年总交通量交通量23042332304233辆辆2 2131694131694470347031.351.350.7410.7413 3196144196144632763271.001.001.0001.0004 4197958197958659865980.960.961.0421.0425 5200431200431646564650.980.981.0201.0206 6195409195409651365130.970.971.0311.0317 7193276193276623462341.021.020.9800.9808 8203563203563656665660.970.971.0311.0319 9205441205441684868480.930.931.0751.0751010190656190656651065101.031.030.9710.9711111205951205951686568650.920.921.0871.0871212220723220723712071200.890.891.1201.1202.交通量的日变化 以一周为周期，每天的交通量分布也不均匀，但有规律性。交通量一周内各天的交通量变化，称为日变化。3.交通量的小时变化 若以一日为周期，各个小时的交通量分布不均衡。虽然由于地点不同，交通量大小各异，导致每天的分布曲线不尽相同，但交通高峰出现时间却有规律性。我国国家干线公路交通量调查资料表明，高峰小时在上午9:0010:00之间出现。高峰小时交通量为当日交通量的9%11%。一天中交通量主要集中分布在1216个小时之内。四、交通量的空间分布特性四、交通量的空间分布特性 1.1.城乡分布城乡分布 2.2.路段上的分布路段上的分布 3.3.方向分布方向分布 4.4.车道分布车道分布1城乡分布l由于城乡之间经济发展生产与文化活动对交通的需求不同，以及人口密度和汽车拥有量的差别，城乡道路上的交通量有显著差别。2、在路段上的分布l由于路网上各路段的等级、功能、所处的区位不同，在同一时间内，路网上各路段的交通量有很大不同。l一般我们用路网交通量分布图来表示交通量在各路段上的分布。3、方向分布l为了表示这种方向不平衡性，常用方向分布系数 Kd表示：l城市出入口道路高峰小时中进、出城交通量有明显的不同，早高峰是进城方向交通量占6070，晚高峰时正好相反。国内数据表明，上下班路线 6070，郊区主要干线来往方向变化不大。4、车道分布l当同向车行道有两条或多于两条时，处于不同位置的车道，其交通量分布不一样。l每条车道交通量的大小主要与车道两侧的干扰、慢行车的比例和进出口的数量、位置有关。l当车流为连续流时，主要受车辆车速差别的大小影响，小汽车专用车道交通量显然比卡车车道大。第三节第三节 速速 度度1、点速度车辆通过道路上某一个地点的瞬时速度。2、行程速度车辆驶过的某段路程的长度和所用的总时间的比值。它是道路行车畅通程度和估计行车延误的重要资料。一、几种速度的定义一、几种速度的定义3、设计速度只受道路特点控制时所能保持的最大安全车速。n 它是设计道路线形尺寸的依据。4、运行速度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速度。5、临界车速：这是指道路达到理论通行能力时的车速，对于选择道路等级具有重要作用。6、行驶车速：这是从行驶某一区间所需时间（不包括停车时间）及其区间距离求得的车速。用于评价该路段的线形舒适性和通行能力分析，也可用于计算道路使用者的成本效益分析。二、时间时间平均车速与区间平均车速平均车速与区间平均车速时间平均车速：时间平均车速：在单位时间内测得通过道路某断面各车辆的点车速，这些点速度的算术平均值，即为该断面的时间平均车速:式中：时间平均车速（km/h）；第i 辆车的地点车速（km/h）；n 单位时间内观测到车辆总数（辆）。l区间平均速度：区间平均速度：是指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。（以后讲到速度如果不加说明即为区间平均速度以后讲到速度如果不加说明即为区间平均速度）l当观测长度一定时，其数值为所有车辆行程车速的调和平均值，计算公式为:式中：区间平均速度（km/h）；s 路段长度（km）；ti 第i辆车的行驶时间（h）；n 观测到的车辆数；vi 第i辆车行程车速（km/h）。时间平均速度与区间平均速度之间的互换关系时间平均速度与区间平均速度之间的互换关系l由时间平均速度可以推算出区间平均速度：l式中：时间平均速度观测值的方差。l由区间平均速度同样可以推算出时间平均速度：l式中:区间平均速度观测值的方差。三、速度分布和百分位车速l在各类速度中，只有地点车速为瞬时速度，其他速度实际上都是平均速度。由于地点车速在平均值周围一般分散很宽，单用这一参数不足以描述其特征l车速频率分布，是指在同一地点观测到的以某一确定速度行驶的车辆数n，与总的观测车辆数N的比值。车速频率分布是速度频率的变化情况。三、速度分布和百分位车速l中位车速：l也称50%位车速，是指在观测路段上，该速度以下行驶的车辆数与该速度以上行驶的车辆数相等。l85%位车速：在该路段行驶所有车辆中，有85%的车辆行驶速度在此速度以下，只有15%的车辆行驶速度高于此值。l15%位车速：意义与前亦同。l车速分布的标准偏差S与85%位车速和15%车速之差存在着下列近似关系:速度频率分布曲线速度速度累累计计频频率率%累计频率曲线15%15%85%85%第四节第四节 交通流密度交通流密度一、交通流密度一、交通流密度l交通流（车流）密度：交通流（车流）密度：是指某一瞬间单位道是指某一瞬间单位道路长度上的车辆数目。路长度上的车辆数目。式中：式中：N N 路段内的车辆数路段内的车辆数(辆辆););L L 路段长度路段长度(km)(km)。二、车道占有率二、车道占有率l由于密度是瞬时值，随观测时间和区间长度而变化，且反映不出车辆长度和速度的关系，尤其是在车辆混合行驶时密度的大小并不能明确表示交通流的状态，这就要引入车道占有率的概念表示密度。l车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。1 1、空间占有率空间占有率l在道路的一定路段上，车辆总长度与路段总长度的比值（%）叫做空间占有率。式中：Rs 空间占有率；L观测路段总长度；li 第i 辆车的长度；n 观测路段内的车辆数。l车流密度只能表示车流的密集程度，而空间占有率能反映某路段上车队的长度。空间占有率示意图：Ll1l2l3l42 2、时间占有率、时间占有率l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（%），叫做时间占有率。式中：Rt 时间占有率；T 观测总时间；ti 第i 辆车通过观测路段的时间；n 观测时间内通过该路段的车辆数；。时间占有率示意图：时间占有率示意图：Tt1t2t3t4第五节第五节 车头间距和车头时距车头间距和车头时距l车头间距：是指一条车道上前后相邻两车（用前保险杠等具有代表性的点测量）之间的距离。l车头时距：是指连续行驶的前后两辆车（具有代表性的点）通过行车道上某一点（或某一断面）的时间差。l对观测路段上所有的车头间距和车头时距取平均值称为平均车头间距与平均车头时距。l平均车头间距与平均车头时距与宏观交通流参数Q、K存在以下关系：式中：平均车头间距（m）;平均车头时距（s）。第六节第六节 连续流特性连续流特性n一、概述一、概述n速度速度和密度密度反应交通流从路上获得的服务质量，流量流量可度量车流的数量和对交通设施的需求情况。公式推导：公式推导：连续流；连续流；区间速度与密区间速度与密度针对相同的度针对相同的道路区段道路区段n三参数之间的基本关系为：n式中：Q流量(辆/h)；n V 空间平均车速(km/h);n K密度(辆/km）ABQ1n自由流速度UF辆车在无其他车辆干扰的条件下通过某一区段的最高车速。（畅行速度）n阻塞密度Kj密度持续增加使流量趋近于零时的密度或指停车排队的密度。n临界密度Km流量逐渐增大，接近或达到道路通行能力时的密度。（最佳密度）n临界速度Um流量逐渐增大，接近或达到道路通行能力时的速度。n最大流量Qm路段上能够通行的最大流量。二、速度二、速度-密度的关系密度的关系n在道路上行车时：n当道路上交通密度小时，车速较高交通密度小时，车速较高，畅行无阻；n当交通密度增大时交通密度增大时，即道路上的车辆增加，驾驶员被迫降低车速；n当交通达到拥挤状态时，车速车速更加降低降低，直至处于停滞状态。n一、直线关系一、直线关系n二、对数关系二、对数关系n三、指数关系三、指数关系n四、广义模型四、广义模型二、速度二、速度-密度的关系密度的关系1、直线关系、直线关系a、b待定常数：#K=0，V=Vf V=0,K=Kja=Vfb=Vf/Kj速度速度-密度关系密度关系图图(Km,Um)2、对数关系、对数关系适用条件：适用条件：密度较大，密度较大，交通拥挤交通拥挤3、指数关系、指数关系适用条件：适用条件：密度较小时密度较小时 4、广义模型、广义模型三、交通流量三、交通流量-密度之间的关系密度之间的关系1、数学模型、数学模型n格林希尔兹模型导出格林希尔兹模型导出n上式是二次函数关系，上式是二次函数关系，可用一条抛物线表示，可用一条抛物线表示，如图；如图；2、特征描述l当交通密度为零时交通密度为零时，流量为零，故曲线通过坐标原点。l 随交通密度增加，流量增大，直至达到道路的通行能力，即曲线C点的交通量达到最大值，对应的交通密度为最佳密度Km；l从C点起交通密度增加，速度下降，交通量减少，直到阻塞密度Kj，速度等于零，流量等于零；l由坐标原点向曲线上任一点画矢径。这些矢径的斜率表示区间平均速度：l对于密度比Km小的点，表示不拥挤情况，而密度比Km大的点，表示拥挤情况。四、流量四、流量速度之间的关系速度之间的关系1 1、数学模型、数学模型以速度以速度密度密度直线模型为基础：直线模型为基础：不拥挤不拥挤拥挤拥挤间断流：间断流：有外部固定因素影响的周期性中断有外部固定因素影响的周期性中断 交通流。本节将分别介绍信号交叉口的交通流特性及其描述参数饱和流率、损失时间、交通流运行效率的指标延误。3.7 间断流特征第七节第七节 间断流特性间断流特性n信号交叉口的交通流一般采用：饱和车头时距、饱和流率、损失时间描述。n饱和车头时距在一列稳定行驶的车队中，通过观察获得的不变的车头时距，叫做饱和车头时距。n饱和流率S是指在一个信号为绿灯的，单个车道上，进入交叉口而且不停车的车辆数。这是一个理论值。信号交叉口的间断流信号交叉口的间断流图中，车头图中，车头时距从第一时距从第一车开始往后车开始往后依次减小依次减小，直到车辆到直到车辆到达停车线前达停车线前已充分加速，已充分加速，车头时距不车头时距不再减小为止，再减小为止，此时车头时此时车头时距也称距也称饱和饱和车头时距车头时距。损失时间损失时间 起动损失时间：起动损失时间：信号交叉口的信号变为绿灯时，车辆由信号交叉口的信号变为绿灯时，车辆由停止状态开始运动，前几辆车的车头时距是大于停止状态开始运动，前几辆车的车头时距是大于 的。因此，的。因此，对于前几辆车，应增加其时距对于前几辆车，应增加其时距()()，从而得到一个总的，从而得到一个总的增量值增量值 。清尾损失时间：清尾损失时间：是指从一个方向最后一辆车进入交叉口是指从一个方向最后一辆车进入交叉口的时刻与另一方向变为绿灯的时刻之间的时间差。的时刻与另一方向变为绿灯的时刻之间的时间差。损失时间损失时间=起动损失时间起动损失时间+清尾损失时间清尾损失时间n信号交叉口的交通流总会受到周期性的阻隔。当交通流开始移动时，前几辆车耗时都大于ht，把前几辆车的超时(也就是，消耗的大于平均车头时距ht的时间)加在一起叫做 启动损失时间。n 每次车流从静止开始启动，不仅每辆车要耗时ht，而且还要加上一个启动损失时间；这其中还假定了为使一列车队达到稳定行驶所需的车辆数量，每次车流停下时，也要消耗一部分时间n在假定绿灯时间得到充分利用的前提下，清尾损失时间指最后一辆车从离开引道进入交叉到绿灯信号再次开始之间的时间。二、延误二、延误1、延误的定义 指行驶在路段上的车辆由于受到道路环境、交通管理与控制及其他车辆的干扰等因素的影响而损失的时间。n延误是经常用于表征间断流服务水平的一个指标。2 延误的分类（1）停车延误）停车延误（2）行程时间延误）行程时间延误（3）固定延误）固定延误（5）排队延误）排队延误（4）运行延误）运行延误 一辆车通过道路设施的某一部分一辆车通过道路设施的某一部分所用的所用的全部停车时间全部停车时间。一辆车通过道路设施的某一部分所用一辆车通过道路设施的某一部分所用的的实际时间与无延误时间的差值实际时间与无延误时间的差值，包，包括停车延误和慢行延误。括停车延误和慢行延误。由由交通控制信号、停车标志等装置引交通控制信号、停车标志等装置引起的延误起的延误，与交通量大小及交通干扰，与交通量大小及交通干扰无关无关由各种交通组成部分之间相互干扰而由各种交通组成部分之间相互干扰而引起的延误，可分为称为侧向干扰引引起的延误，可分为称为侧向干扰引起的延误和内部干扰引起的延误起的延误和内部干扰引起的延误车辆车辆排队时间排队时间与车辆按自由行驶车速与车辆按自由行驶车速驶过排队路段的时间驶过排队路段的时间(自由行驶时间自由行驶时间)之差。之差。算算 例例