《交通工程学》第二章

单击此处编辑母版标题样式,*,*,第二章 交通特性分析,交通特性分析需要研究：,1.,交通系统各要素自身的特性：,驾驶员的交通特性,;,乘客交通特性,;,车辆交通特性,;,道路交通特性等,;,2.,交通流的特性,;,3.,交通要素与环境因素之间的相关特性。,2024/9/11,1,2-1,道路交通三要素特性,道路交通三要素包括：人（驾驶员、行人、乘客及居民）、车（客车、货车、非机动车），路（公路、城市道路、出入口道路及其相关设施）。,2024/9/11,2,一、驾驶员的特性,1,）驾驶员的职责和要求：驾驶员应具有高度的社会责任感，良好的职业道德、身体素质、心理素养，熟练的驾驶技术。,2,）驾驶员的反应操作过程：驾驶员在行驶过程中，先接受外界信息，然后在大脑里将信息进行处理，最后采取反应。这一过程可以抽象成“环境,驾驶员,汽车”这样一个驾驶控制系统。,2024/9/11,3,3,）驾驶员的生理、心理特性：,视觉特性,：驾驶员的视觉机能直接影响到信息获取，行车安全。,（,1,）视力（又分静视力和动视力）。我国驾驶员静视力必须在,0.7,以上。,（,2,）,视野,、色感（驾驶员的色感能力一定要强）；,反应特性,：驾驶员反应时间的长短取决于驾驶员的素质、个性、年龄、对反应的准备程度以及工作经验；,(3),驾驶员的心理和个性特点包括,：动机、素养、注意力、情绪、成熟性、知识性、条件反应。,2024/9/11,4,2024/9/11,5,二、乘客交通特性,1,）乘客的交通需求心理：人们在乘车过程中总希望省时、省钱、省力，同时希望安全、方便、舒适。道路设计、车辆制造、汽车驾驶、交通管理等都应考虑到乘客的这些交通心理要求。,2,）乘车反应：不同的道路等级、线形、路面质量、汽车行驶平稳性、车箱内气氛、车外景观等对旅客的生理心理反应都有一定的影响。,3,）社会影响：乘车安全性、舒适性等不仅对乘客的生理心理有影响，还对社会产生意想不到的影响。,2024/9/11,6,三、行人交通特性,1,）行人交通流特性：男性的步行速度要比女性快，步行速度随行人流密度增大而降低。,2,）行人交通特征：包括在行人的速度、对个人空间的要求、步行时的注意力等方面。,上述特性均与行人的年龄、性别、教养、心境、体质及出行目的等因素有关，也与行人所处的区域、周围环境、洁净、交通状况等有关。,2024/9/11,7,四、车辆交通特性,道路设计必须满足公路和城市道路所服务的各种车辆 。车辆的特性决定了车道宽度、竖向净空、路面桥梁荷载等。车辆交通特性包括：设计车辆尺寸、汽车动力性能、制动性能等。,五、 道路交通特性,1,）路网密度,-,路网密度是衡量道路设施数量的一个基本指标。,一个区域的,路网密度等于,该区域内道路总长比该区域的总面积。,一般的讲，路网密度越高，路网总的容量服务能力越大。,2024/9/11,8,2,） 道路结构,-,道路结构基本部分是路基路面桥涵，另外还有边沟挡墙盲沟等附属部分。,3,） 道路线形,-,道路线形是指一条道路在平、纵、横三维空间中的几何形状，传统上分为平面线形、纵断面线形、横断面线形。线形设计的要求是通畅安全美观。,4,） 道路网布局,-,路网布局的好坏对整个运输系统的效率有很大影响，良好的路网布局可以大大提高运输系统的效率，增加路网的可达性，节约大量的投资，节省运输时间和运输费用，达到良好的经济效益、社会效益与环境效益。,典型的公路网布局有以下几种：三角形、并列形、放射形、树叉形。,2024/9/11,9,2024/9/11,10,2024/9/11,11,2-2,交通量的基本特性,一、交通量的基本定义,1,）,交通量,是指在选定时间段内，通过道路某一地点某一断面或某一条车道的交通实体数。交通量是一个随机数，不同时间、不同地点的交通量都有变化的。交通量随时间和空间而变化的现象，称之为交通量的时空分布特性。,2,）,影响交通量特性的因素,公路城市道路的类型和等级；道路功能；地区特征；时间特征。,2024/9/11,12,二、交通量的时间分布,月变化 ：,一年内各月交通量的变化称为月变化。年平均日交通量,(AADT),与月平均日交通量,(MADT),之比,称为交通量的月变化系数,(,或称月不均衡系数，月换算系数,),，以,K,月,表示 。,2024/9/11,13,周变化：,交通量的周变化是指一周内各天的交通量变化，因此，也称周日变化。,周变系数定义为：,年平均日交通量除以某周日的平均交通量。,某周日的平均日交通量等于全年所有该周日的交通量除以全年该周日的总天数。,2024/9/11,14,时变化：,一天,24,小时中，每个小时的交通量亦在不断变化。,一天,24,小时中，流量最大的那个小时的交通量称为高峰小时交通量。,高峰小时系数：,就是高峰小时交通量与高峰小时内某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之比。,一般,t,=5min,或,t,=6min,或,t,=10min,，最常用：,t,=15min,2024/9/11,15,如：,t,=15,（,min,）,t,=10,（,min,）,2024/9/11,16,三、交通量的空间分布,主要包括：,交通量的城乡分布；,交通量的路段分布；,交通量的方向分布；,交通量在车道上的分布。,2024/9/11,17,四、设计小时交通量,含义及作用：,交通量具有随时间变化和出现高峰小时的特点，因此，在进行道路设施规划设计时，必须考虑这个特点。工程上为了保证道路在规划期内满足绝大多数小时车流能顺利通过，不造成严重阻塞，同时避免建成后车流量很低，投资效益不高，规定必须选择适当的小时交通量作为设计小时交通量。,根据美国的研究、认为第,30,位最高小时交通量作为设计小时交通量是最合适的。,2024/9/11,18,第,30,位最高小时交通量,所谓第,30,位最高小时交通量就是将一年中测得的,8700,个小时交通量，从大到小按序排列，排在第,30,位的那个小时交通量。,设计小时交通量系数,K,研究表明，第,30,位小时交通量与年平均日交通量（,AADT,）之比的,K,值十分稳定,称为,设计小时交通量系数,。,即：,K=,第,30,位小时交通量,/,年平均日交通量（,AADT,）,据国外观测，按道路类别及所在地区不同,K,值分布在,12%,18%,范围内。,2024/9/11,19,设计小时交通量的计算（不考虑方向不均衡性）,式中：,DHV,设计小时交通量（辆,/h,）；,K,设计小时交通量系数（,%,）；,n,车道数,;,C,单,每一车道设计通行能力（辆,/h,）；,AADT,规划年的年平均日交通辆量,（辆,/d,）；,W,路幅宽度（,m,）；,W,1,一条车道宽度（,m,）。,2024/9/11,20,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（,%,）；,K,D,方向不均匀系数（,%,）,2024/9/11,21,第三节 速度,V,2024/9/11,22,一、基本定义,1.,地点车速：,这是车辆通过某一地点时的瞬时车速，因此才用用人工观测时,L,取尽可能短，通常以,2025m,为宜，用做道路设计、交通管制、交通规划资料。,2.,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顺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。,3.,运行车速：,是指中等技术水平的驾驶员在良好的气候条件、实际道路状况和交通条件下所能保持的安全车速：用于评价道路通行能力和车辆运行状况。,2024/9/11,23,4.,行程车速：,行程车速又称区间车速，是车辆行驶路程与通过该路程所需的总时间（包括停车时间）之比。行程车速是一项综合性指标，用以评价道路的通畅程度，估计行车延误情况。要提高运输效率必须提高车辆的行程车速。,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.,设计车速：,是指在道路交通与气候条件良好的情况下仅受道路物理条件限制时所能保持的最大安全车速，用作道路线形几何设计的标准。,2024/9/11,24,二、行车速度的统计分布特性,常用以下特征车速表示车速的统计分布特性：,中位车速：,也称,50%,位车速，是指在该路段上在该速度以下行驶的车辆数与在该速度以上行驶的车辆数相等。,85%,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。,15%,位车速：,意义与前亦同。,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,:,2024/9/11,25,三、时间平均车速与区（空）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地点车速，这些地点速度的算术平均值，即为该断面的时间平均车速，即,:,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）。,2024/9/11,26,区（空）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,）。,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,）；,t,i,第,i,辆车的行驶时间（,h,）；,n,观测到的车辆数；,v,i,第,i,辆车行程车速（,km/h,）。,2024/9/11,27,时间平均速度与区间平均速度之间的互换关系,由时间平均速度可以推算出区间平均速度：,2024/9/11,28,第四节密度,k,、车道占有率,车头间距,h,s,、车头时距,h,t,2024/9/11,29,一、密度,K,交通流（车流）密度： 是指某一瞬间内单位道路长度上的车辆数目。,式中：,N,路段内的车辆数,(,辆,);,L,路段长度,(km),。,2024/9/11,30,二、车道占有率,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。,车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。,2024/9/11,31,1.,空间占有率：,是指在一定路段上，车辆总长度与路段总长度之比（,%,），表达式为：,式中：,R,s,空间占有率；,S,观测路段总长度；,s,i,第,i,辆车的长度；,n,观测路段内的车辆数。,2024/9/11,32,S,s,1,s,2,s,3,s,4,空间占有率示意图：,2.,时间占有率：,在道路的任意路段上，车辆通过时间的累计值与观测总时间之比（,%,），其表达式为：,式中：,R,t,时间占有率；,T,观测总时间；,t,i,第,i,辆车通过的时间；,n,观测时间内通过该路段的车辆数。,2024/9/11,33,三、车头间距,h,s,、,车头时距,h,t,前述,Q,、,K,、,V,（,这里,V,是指什么？,）,均属于宏观交通流参数，而车头间距和车头时距属于微观交通流参数。,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。,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。,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。,2024/9/11,34,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：,2024/9/11,35,第五节交通流的基本特性及其相互关系,2024/9/11,36,一、交通流三参数基本关系,交通流三参数之间的基本关系式为：,式中：,Q,流量（辆,/h,）；,V,速度（,区间平均速度,）（,km/h,）；,K,密度（辆,/km,）。,2024/9/11,37,流量、密度、速度三者之间的关系见下图：,2024/9/11,38,2024/9/11,39,交通流特性的一些特征变量,:,极大流量,Q,m,Q-V,曲线上的峰值；,临界速度,V,m,即流量达到极大时的速度；,最佳密度,k,m,即流量达到极大时的密度；,阻塞密度,K,j,车流密集到所有车辆基本上无法移动（,V,=0,）时的密度；,畅行速度,V,f,车流密度趋于零,车辆可以畅行无阻时的平均速度。,2024/9/11,40,二、速度与密度的关系,1933,年，格林希尔茨（,Green shields,）提出了速度,密度线性关系模型，且模型与实测数据有良好的吻合性。,K,=0,V,=,V,f,K,=,K,j,V,=0,K,=,K,m,V,=,V,m,Q,Q,max,2024/9/11,41,1959,年，格林柏（,Greenberg,）提出了用于密度很大时对数模型：,格林柏模型,的适用范围,2024/9/11,42,1961,年安德伍德（,Underwood,）提出了用于密度很小时的指数模型：,安德伍德模型,的适用范围,2024/9/11,43,三、流量与密度的关系,交通流的流量,-,密度关系是交通流的基本关系，根据格林希尔茨公式及三参数的基本关系式可得：,2024/9/11,44,上式对,Q,求导，并令：,2024/9/11,45,四、流量与速度的关系,交通流的流量,-,速度,关系是交通流的基本关,系，根据格林希尔茨公,式及三参数的基本关系,式可得到：,2024/9/11,46,结论,综上所述，按格林希尔茨的速度,-,密度模型、流量,-,密度模型、速度,-,流量模型可以看出，,Q,m,、,V,m,和,K,m,（流量,速度关系曲线图）是划分交通是否拥挤的重要特征值。,当,Q,Q,m,、,K,K,m,、,V,V,m,时，,属于拥挤状态；,当,Q,Q,m,、,K,K,m,、,V,V,m,时，,则属于不拥挤状态,。,2024/9/11,47,