数学建模竞赛-道路通行能力研究市公开课获奖课件省名师优质课赛课一等奖课件.ppt

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道路通行能力,1/69,交通工程,信号控制交叉口通行能力,高速公路通行能力,概述,章节安排,普通公路通行能力,无信号控制交叉口通行能力,2/69,通行能力,交通需求无交通拥挤,通行能力,交通需求交通拥挤发生,城市,中早晚交通拥挤,交通需求终究在多大程度上超出了通行能力,？,10,？、,20,？,30,倍以上,？,交通需求超出通行能力 5,10,程度,交通拥挤发生,严重交通拥堵,为何会发生交通阻塞,？,3/69,交通阻塞发生示意图,时刻,累计交通量,需,求,容量増加,阻塞消除,容量,阻塞发生,阻塞消除,通行能力是道路系统规划、设计、建设、管理指南针,经过交通需求与通行能力比较，能够评价道路交通服务水平,交通需求与通行能力之间关系，是交通环境评价依据,4/69,交通工程,为何要研究通行能力？,交通需求,交通供给,交通拥堵问题,交通事故问题,环境污染问题,能源消耗问题,5/69,交通工程,6/69,交通工程,学习关键点：,1、透彻了解影响通行能力各种原因及运行质量（道路条件、交通条件、控制条件、环境条件）。,2、掌握各种道路设施通行能力特征及其计算方法。,7/69,交通工程,学习关键点,分析对象：,(1),高速公路（控制进入）基本路段；,(2),双车道公路路段；,(3),普通城市道路路段；,(4),无信号控制平面交叉；,(5),信号控制平面交叉；,各种设施,交通运行特征,、通行能力,主要影响原因,，,计算思绪以及计算方法,。,8/69,交通工程,国内外道路通行能力研究概况,美国最早进行通行能力研究工作，其结果集中地反应在,Highway Capacity Manual,（简称,HCM,）中，最新版本为,HCM,许多发达国家如瑞典、加拿大、澳大利亚、德国等也都对本国交通情况进行了研究,编制了对应道路通行能力手册,当前国际上有许多道路通行能力模拟软件，如美国,HCS(Highway Capacity Software),，瑞典公路局,CAPCAL,上世纪八十年代后期，东南大学、同济大学、北京工业大学等高校以及交通部所属部分科研所对适合我国国情道路通行能力进行了研究工作,9/69,道路通行能力,什么是通行能力（,traffic capacity,）？,在一定道路条件,、,交通条件、控制条件、环境条件下,、,道路断面在一定时间内能够经过最大车辆数,车辆数量表现,交通量1换算系数2交通量2换算系数2,换算成小汽车数,（,pcu,：,passenger car unit,）,【例】标准辆数,2,000 pcu/h,实际辆数,1,800,辆,/,h,计量通行能力时间单位,时间单位愈大交通不均匀性也愈大，无法准确反应交通量与服务水平关系。通惯用小时为单位，美国用15min,标准车辆,10/69,通行能力是指所分析道路、设施没有任何改变,还假定其含有良好气候条件和路面条件下经过能力,如条件有任何改变都会引发通行能力改变。,总之,道路通行能力不是一个一成不变定值,是随其运行质量改变而变动疏解交通能力极限。,通行能力分析主要目标是求得在不一样运行质量下,1h所能通行最大交通量，即可求得在指定交通运行质量条件下所能负担交通能力。,11/69,二者都是单位时间内经过道路某断面交通体数量。,通行能力反应了道路容量，是道路容纳性能一个量度。,交通量反应了道路实际负荷交通数量大小，是交通体依据实际情况在道路上运行详细表达。,道路通行能力分析主要目标？,确定某道路设施在通常条件下能容纳最大交通量。,确定在保持与要求运行特征相适应条件下，某道路设施所能容纳最大交通量。,通行能力和交通量关系什么？,12/69,计算通行能力条件,道路条件,是指公路,几何特征,（车道数、车道、路肩、中央带等宽度，侧向净宽，设计速度及平、纵线形和视距等）,交通条件,是指,交通特征,（交通流中交通组成、交通量、不一样车道中交通量分布、上下行方向交通量分布）,控制条件,是指交通,控制设施,形式及特定设计和,交通规则,环境条件,指横向干扰程度以及,交通秩序,13/69,道路通行能力分类,基本通行能力,basic capacity,公路某组成部分在,理想,道路、交通、控制和环境条件下，一条车道一横断面上，,不论服务水平怎样,，1h所能经过标准车辆最大辆数(pcu),通常以高速公路上观察到最大交通量为基准(理想、理论通行能力),可能通行能力,possible capacity,公路某组成部分在,实际,道路、交通、控制及环境条件下，一条车道一横断面上，,不论服务水平怎样,，1h所能经过车辆最大辆数(pcu),是现实条件道路上最大交通量（实际通行能力）,设计通行能力,design capacity,公路某组成部分在,预测,道路、交通、控制及环境条件下，一条车道一横断面上，,在指定设计服务水平下,，1h所能经过车辆最大辆数(pcu),是道路规划、设计依据（实用通行能力）,14/69,基本通行能力,可能通行能力,设计通行能力,三者间关系,各种修正系数,指定服务水平下,V/C比,15/69,基本,通行能力中理想条件,道路条件,车道幅宽十分大（3.5m以上）,道路旁障碍物距离足够大(侧向净空在1.75m以上),线性条件良好,交通条件,交通流仅由小客车组成，无车型混合、机非混合,没有任何速度限制,控制条件,是指交通控制设施形式及特定设计和交通规划,环境条件,指横向干扰程度以及交通秩序等,理想条件：对条件深入提升也不能提升基本通行能力条件。,16/69,需分别进行通行能力和服务水平分析公路组成部分,(1),高速公路（控制进入）基本路段；,(2),不控制进入多车道公路路段；,(3),不控制进入双车道公路路段；,(4),混合交通双车道公路路段；,(5),匝道，包含匝道根本连接部分；,(6),交织区；,(7),无信号控制平面交叉；,(8),信号控制平面交叉；9,）市区及近郊干线道路,。,17/69,服 务 水 平,服务水平(Level of Service),美国HCM中要求为：描述交通流内运行条件以及影响驾驶员和乘客感受一个质量标准。,(美国)六级服务水平,A,B,C,D,E,F 速度,高,、密度小,速度,低、密度大舒适度高,舒适度低,(中国)四级服务水平,一级,二级,三级,四级,A B,C D,E F,服务交通量,不一样服务水平下要求经过交通量。服务水平高，服务交通量小，反之亦然。,最大服务交通量,每一服务水平有其服务质量范围，服务水平最差时对应交通量称为最大服务交通量。,18/69,A 级,F 级,E 级,D 级,C 级,B 级,19/69,流量,速,度,自由流,稳 定 流,强制流,0,A,B,C,不稳定流,D,E,F,20/69,服务水平划分指标,行车速度和运行时间,;,车辆行驶时自由程度(通畅性);,交通受阻或受干扰程度,以及行车延误和每,公里停车次数等;,行车安全性(事故率和经济损失等);,行车舒适性和乘客满意程度;,最大密度,每车道每公里范围内车辆最大密度;,经济性(行驶费用),21/69,然而,因为实际确定服务等级时,难以全方面考虑和综合上述诸原因,往往仅以其中某几项指标作为代表。,如行车速度及服务交通量与通行能力之比,作为路段评定服务等级主要影响原因。,同时,因为这几项指标比较易于观察,而且车速和服务交通量也同其它原因相关,所以取此二者作为评价服务水平主要指标是有一定依据。,22/69,道路通行能力和服务水平从不一样角度反应了道路性质与功效,通行能力主要反应道路服务数量多少或能力大小；,服务水平主要反应了道路服务质量或服务满意程度。,严格地说,没有没有通行能力服务水平,也没有没有服务质量通行能力,二者是不能分开。,道路通行能力与服务水平,23/69,用于道路设计,确定车道数、服务水平评定、发觉瓶颈路段,用于道路规划,依据交通量预测、投资效益评定、环境效益评定，确定路网改进方法与实施步骤,用于道路交通管理,依据交通量增加情况，制订各阶段交通管理方法,道路通行能力与服务水平,通行能力,主要反应道路服务,数量多少或能力大小,服务水平,主要反应道路服务质量或服务满意程度,24/69,高速公路基本路段,是指根本上不受匝道附近车辆汇合、分离以及交织运行影响路段部分,基本路段理想条件,(1)3.75m 车道宽度 4.50m,(2)侧向净宽 1.75m,(3)车流中全部为小客车,(4)驾驶员均为经常行驶高速公路且技术熟练恪守交通法规者,基本路段服务水平,计算思绪,因为两个方向上交通互不依赖，且两个方向在其前进方向上线性不一样，所以，两个方向车行道通行能力和服务水平分别进行计算。,5-2,高速公路基本路段通行能力,25/69,t,0,t,0,l,0,l,0,l,反,l,制,l,安,l,车,计算最大交通量为行驶车辆之间最小安全间距为：,l,安,普通取用2m,t可取1s,附着系数,与轮胎花纹、路面粗糙度、平整度、表面湿度、行车速度等原因相关(如表5-9)。车辆长度对于小汽车采取6m,对于解放牌汽车采取12m:,26/69,高速公路基本路段通行能力,高速公路基本路段基本通行能力,1900 1800 设计速度(km/hr)120 100 80 60,最大服务交通量,(pcu/hrlane),M,service,i,=,C,B,(,V,/,C,),i,最大服务交通量,=基本通行能力服务水平,单向车道可能通行能力,C,D,=,C,B,N,f,W,f,HW,f,P,单向车道设计通行能力,C,D,=C,B,(V/C),i,N f,W,f,HW,f,P,M,service,i,最大服务交通量,N,单向车道数,f,W,车道宽度和侧向净空影响修正系数,f,HW,大型车混行影响修正系数,f,P,驾驶员条件影响修正系数,服务水平,运行质量,运行质量,27/69,影响高速公路基本路段通行能力主要原因及修正方法,车道宽度与侧向净空修正系数,f,W,28/69,影响高速公路基本路段通行能力主要原因及修正方法,大型,车修正系数,f,HV,P,HV,大型车交通量占总交通量百分比；,E,HV,大型车换算成小客车车辆换算系数。,驾驶员条件修正系数,f,P,f,P,1.000.90,29/69,例,1,某微丘地域四个道高速公路设计车速,100km/h,路基宽26m，其中两侧路肩与路绿带均为0.75m,硬路肩均为3m中央分隔带2m，纵坡为1，设计小时交通量为小汽车2400辆，大中型汽车480辆，特大型汽车70辆.试求该路有没有超出其通行能力,如无其服务水平怎样?,解：先进行交通员换算,按表5-18,经内插计算分别为,再求算实际条件下通行能力，由表,5-15得知,查修正系数,:,30/69,计算实际通行能力,:,近似取为,:,再计算负荷度,:,查表，得知二级,V,C,0.68,故其服务水平为二级。,31/69,例,2：,一四车道高速公路，设计速度为,100km/h，单向高峰小时交通量=1800veh/h，大型车占40%，车道宽 3.50m，侧向净空为1.75m，紧挨行车道两边都有障碍物，重丘地形。分析其服务水平，问其到达可能通行能力之前还可增加多少交通量。实地观察平均速度为56km/h。,解：为求服务水平要计算,VC：,（l）查表5-1422，得诸修正系数,（,2）计算VC,（,3）该公路服务水平属三级,32/69,4）求算到达可能通行能力前可增加交通量行车道可能通行能力:,到达可能通行能力前可增加交通量,V：,33/69,5-,2,交织区与匝道通行能力,交织区基本概念,1.定义：,交织路段是指两股或两股以上交通流运行方向基本相同车流，先实现合流而后分流整个运行过程所需路段。,交织路段图示,(50m交织区长度600m),34/69,2.交织区分类：,简单交织区和多重交织区两类。,简单交织区：,由单一汇合点连着单一分离点形成；,多重交织区：,由,1个汇合点连着2个分离点，或2个汇合点连着1个分离点。,通常也可简单分,类和类：,类交织区示意图,类交织区示意图,35/69,3.交织运行特征,交织区车流运行关键在于车辆运行交织操作，它影响到行驶车速、车头时距以及行车安全。,交织长度,和,交织断面车道数,是交织运行效率,2个主要参数。,随交织流量增加，交织区运行效率会下降。,交织区,流量之和为,：,Q,总,=,Q,01,+,Q,02,+,Q,w,1,+,Q,w,2,交织流量比：,V,R,=(,Qw,1,+,Q,w,2,)/,Q,总,设：,Q,w,1,Q,w,2,，则,交织比：,r,=,Q,w,1,/,Q,w,2,36/69,交织区通行能力和速度计算,1.通行能力计算,交织区通行能力和运行速度同交织区长度、车道数、交织流量比、总交通量及交织区车道结构等原因相关。,式中：,r,s,交织区类型修正系数，其中：,类交织区,r,s,=0.95，,类交织区,r,s,=1.0。,r,N,交织区内车道数修正系数；,r,L,交织区长度修正系数。0.128ln(L)+0.181,r,VR,交织流量比修正系数,37/69,2.速度计算,公式表明：交织区运行速度同交织区长度、车道数正相关，与交织流量比、总交通量负相关。,式中：,S,W,交织车辆平均行驶速度,S,nW,非交织车辆平均行驶速度,V,R,交通量比值，,V,交织区内总流量,N,交织区内车道总数,L,交织区段长度,38/69,3.交织区段服务水平,评价交织区运行质量原因有密度、流速和流率，但最主要是行车密度和,V/C。,39/69,5-3,平面交叉口通行能力,一、定义,两条或两条以上道路在同一平面相交称为平面交叉,两条不一样方向车流经过平交路口时产生车流转向,交汇与交叉,平交路口可能经过此相交车流最大交通量就是平面交叉口通行能力。,40/69,二、分类,1,、不加任何交通管制交叉口；,2,、中央设圆形岛环形交叉口；,3,、设置色灯信号交叉口,41/69,三、无信号机交叉口通行能力,不设信号管制交叉口大致可分为两大类：,1,、暂时停车方式；,2,、环形方式。,而暂时停车方式交叉口又可分为：,1,、两面停车；,2,、四面停车。,四面停车是用于同等主要道路相交路口,不分优先与非优先,(,即主干道与次干道,),全部车辆至交叉口均需停车而后经过。两路停车通惯用于主干道,(,优先方向,),与次干道相交,(,非优先方向,),主干道可优先经过,次干道上车辆一律停车待行,等候优先通行方向交通流间隙经过或合流。,42/69,四、环形交叉口通行能力,1,、概述,环形交叉口是在几条道路相交交叉口中央，设置圆岛或带圆弧形状岛，使进入交叉口全部车辆均以同一方向绕岛行驶，其运行过程普通为先在不一样方向汇合（合流），接着于同一车道先后经过（交织），最终分向驶出（分流），可防止直接交叉、冲突和大角度碰撞，其实质为自行调整渠化交通形式。,优点：,车辆能够连续行驶，安全，无需管理设施，平均延误时间短，极少刹车、停车，节约用油，随之噪声低、污染少。,缺点：,占地大，绕行距离长，当非机动车和行人过多及有直向行驶电车时不宜采取。,43/69,2,、分类,常规环形交叉口,其中心岛为圆形或椭圆形，直径普通在,25m,以上，交织段长度和交织角大小有一定要求，入口引道普通不扩大成喇叭形，在我国各城市主要环交均属这类。,小型环形交叉口,其中心岛直径小于,25m,，引道入口适当加宽建成喇叭形，使车辆便于进入交叉口。其优点能够提升环交通行能力，少占用地。我国有些城市也有这类小型环交，如福州南门兜小环。,44/69,小型环交特点：,(1),在停车线上增加车道数；,(2),中心岛直径,d,约为,D/3,并小于,8m;,(3)x,大于,25m(,为停车线至右,侧冲突点距离,);,(4),环道宽,a,小于前一个,入口宽,b;,(5),引入口渐变段为,1:6,出口则为,1:12;,(6),设偏向导车岛,不使,进入车辆直穿,45/69,3,、微型环交,多为三路或四路相交,其中心岛直径普通小于,4m,不一定做成圆形,也不一定非高于路面不可,能够用白漆涂成圆圈,或做成不一样颜色,主要起引导与分隔作用,另外,还有双环形交,(,图,5-16),、引道错位环交,(,图,5-17),、让路标准设计环交、多岛式环交和双向行车环交等。,46/69,三、常规环交通行能力,1、沃尔卓普公式：,Q,p,交织段上最大通行能力（辆/h）；,l,交织段长度；,W,交织段宽度；,e,环交入口引道平均宽度,p-交织段内进行交织车辆与全部车辆之比,依据使用经验和实际观察资料检验，普通设计通行能力采取上述公式计算最大值80。,47/69,例：,某常规环交为四路交汇，其几何图形与车流量、流向如图，主要参数,W=15m,l=40m,e=10m,求其交织段通行能力，并验算现有车流量是否超出其通行能力48/69,49/69,5-4,信号交叉口通行能力,交叉口通行能力是指各相交道路进口处通行能力之和。,停车线段面法：凡车辆经过停车线断面就认为车辆已经进入交叉口。,对于直行专用车道、右转专用车道、左转专用车道、不设左转专用车道左转专用车道、直左混行车道、直右混行车道都有专门计算公式。,50/69,在没有实施多相位信号灯控制交叉口：,绿灯,亮时，允许各行驶方向车辆进入交叉口,红灯,亮时，只允许右转车辆沿右转专用车道行进，但不得影响横向道路上直行车辆正常行驶,黄灯,亮时，已越过停车线车辆继续行驶，经过交叉口；没越过停车线车辆应在停车线后等候绿灯,51/69,2相位方案,2相位配时图,52/69多相位信号控制,53/69,信号相位,：各进口道不一样方向所显示不一样色灯组合称为一个相位信号。,周期长度：各个行车方向完成一组色灯变换所需总时间，等于红灯时间,+绿灯时间+黄灯时间,绿信比：一个相位内某一方向有效通行时间与周期长度之比。,基本概念,54/69,十字形交叉口设计通行能力等于,各进口道设计通行能力之和,；,进口道设计通行能力等于,各车道设计通行能力之和；,十字交叉口设计通行能力,55/69,直行道设计通行能力,C,s,一条直行车道设计通行能力(pcuh),T信号灯周期(s),t,g,信号每七天期内绿灯时间(s),t,0,绿灯亮后，第一辆车开启、经过停车线时间(s)，如无当地实例数据，可采取2.3s；,t,i,直行或右行车辆过停车线平均时间(spcu)；,折减系数，可用0.9。,56/69,直右车道通行能力,直左车道设计通行能力,直左右车道设计通行能力,直左车道中左转车所占百分比,57/69,设专用左转专用右转车道时,只设专用左转车道时,只设专用右转车道时,进口道设计通行能力,58/69,在一个信号周期内，对面抵达左转车超出,34pcu时，左转车经过交叉口将影响本面直行车。所以，应折减本面各直行车道(包含直行、直左、直右、直左右车道)设计通行能力。,C,e,进口道设计通行能力(pcu/h)；,n,s,各种直行车道数；,C,1e,进口道左转车设计经过量(pcu/h)，等于C,e,l,C,1e,不折减本面各种直行车道设计通行能力对面左转车数,(pcu/h)；当交叉口小时为3n，大时为4n，n为每小时信号周期数。,直行车道通行能力折减,59/69,思索：,T,型交叉口设计通行能力,A,B,C,A,C,B,计算图示一,计算图示二,60/69,A,B,C,计算图示一,该交叉口设计通行能力为,A、B、C各进口道设计通行能力之和，应验算C进口道左转车对B进口道通行能力折减。详细计算以下：,A进口道设计通行能力：,B进口道设计通行能力：,C进口道设计通行能力：,当C进口道每个信号周期左转车超出34PCU时，折减B进口道通行能力为：,61/69,A进口道设计通行能力：,B进口道设计通行能力为设专用右转车道而未设专用左转车道，,C进口道设计通行能力为设专用左转车道而未设专用右转车道，,当C进口道每个信号周期左转车超出34PCU时，折减B进口道通行能力为：,该交叉口设计通行能力为,A、B、C各进口道设计通行能力之和，应验算C进口道左转车对B进口道通行能力折减。详细计算以下：,A,C,B,计算图示二,62/69,例,已知某交叉口设计如图所表示。东西干道一个方向有三条车道，南北支路一个方向有一条车道。信号灯管制交通。信号配时：周期,T=120s，绿灯t,g,=52s。车种百分比大车：小车为2：8，东西方向左转车占该进口交通量15%，右转车占该进口交通量10%。南北方向左右转车占该进口交通量15%。求交叉口设计通行能力。,63/69,解 先计算东西方向干道。东进口有三条车道，区分为专用左转、直行和直右三种车道。,(1),计算直行车道设计通行能力,取,据车种百分比为,2:8,，查表,9,43,，得,t,i,=2.65,(,2),计算直右车道设计通行能力,64/69,(3),东进口属于设有专用左转车道而未设右转专用车道类型,(4),该进口专用左转车道设计通行能力,(5),验算是否需要折减,当,时，应该折减。,65/69,不影响对面直行车辆行驶左转交通量 等于,4n,，,n,为,1h,内周期个数，因为,T=120s,所以,有,进口设计左转交通量,C,1e,=C,1,188pcu/h,。,(6),西进口设计通行能力同东进口,66/69,(7),南进口设计通行能力,该进口只有直、左、右混行车道，其设计通行能力计算,(8),验算南进口左转车是否影响对面直行车，因为南北进口车道划分相同，即验算北进口左转是否影响南进口车直行,设计左转交通量,C1=4930.15=74pcu/h,。,设计左转交通量 ，不需要折减。,(9),交叉口设计通行能力,交叉口设计通行能力等于四个进口设计通行能力之和。东进口折减后设计通行能力为,1118pcu/h,；西进口折减后设计通行能力为,493pcu/h,。,故该交叉口设计通行能力为,67/69,交通工程,1、道路通行能力定义是什么？有何作用？它与交通量、高峰小时交通量有何区分？有何内在联络？,2、影响道路通行能力原因有哪些？各表现在哪些方面？,3、道路通行能力分为哪三个方面？这三个方面是怎样定义？三者间有何联络？试说明之。,4、什么叫服务水平？评定服务等级主要指标有哪些？有何用途？,通行能力与服务水平,68/69,小汽车单位,/绿灯小时,流率,有效绿灯时间,从上述公式能够看出：信号交叉口通行能力主要影响原因是信号配时，通行能力与相位长成正比。,现实状况管制条件就是为现实状况交通需求服务。相位长和周期长随抵达量增加而增加。所以，在一定范围内通行能力也可随交通需求提升而有所增加。,信号交叉口通行能力应该是在现实状况交通需求模式、现实状况道路条件、现实状况相位结构下经过最大车辆数。,所以，信号交叉口通行能力只有在要求了周期长和饱和度之后，才含有相互比较意义。,关键点了解：,为何信号交叉口通行能力会受交通需求影响？,69/69,