第四章 高速公路路段通行能力分析

第四章高速公路路段通行能力分析 一 概述二 實際運行狀況通行能力分析三 規(guī)劃和設(shè)計階段通行能力分析四 計算示例 第一節(jié)概述 一 研究目的和意義高速公路是在設(shè)計年限內(nèi)能適應(yīng)年平均晝夜交通量25000 55000pcu d的高等級公路 高速公路一般符合下列4個條件 1 只供汽車高速行駛 2 設(shè)有多車道 中央分隔帶 將往返交通完全隔開 3 設(shè)有平面 立體交叉口 4 全線封閉 出入口控制 只準汽車在規(guī)定的一些立體交叉口進出公路 通行能力分析的作用 確定新建或擴建交通設(shè)施的車道寬和車道數(shù) 評價交通設(shè)施改建后的運行特性和服務(wù)水平 確定需要改造的交通設(shè)施和道路 二 高速公路基本路段高速公路分為基本路段 交織區(qū)和匝道 包括匝道連接點 三個部分 其中高速公路基本路段是指不受匝道附近的合流 分流以及交織流影響的高速公路路段 是高速公路系統(tǒng)的重要組成部分 1 基本路段的標(biāo)準條件設(shè)計速度120km h地形平原微丘路面寬度2 7 5m左側(cè)路緣帶寬度0 75m右側(cè)路肩寬度2 75行政等級干線公路平整度對速度無影響交通秩序和交通管理好 2 標(biāo)準化交通條件 理想條件 通常以車頭時距作為基礎(chǔ)來計算流量的 4 1 式中 F 流率 veh h ln或veh h Hav 平均車頭時距 s veh 在實測交通流中可以觀測到4種車頭時距 即 P P 小客車跟隨小客車 P T 小客車跟隨大客車 T P 大客車跟隨小客車 T T 大客車跟隨大客車 標(biāo)準化交通流的計算 可利用小客車的速度作為車流速度 用車輛折算系數(shù)計算某時間間隔內(nèi)的標(biāo)準車數(shù)量 PC PCEi Ni車流密度 Dp Fp SpFp 標(biāo)準車流率 pcu h ln或pcu h Sp 小客車平均速度 km h Dp 車流密度 pcu km ln 第二節(jié)實際運行狀況通行能力分析 一 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)查與分析1 調(diào)查地點選擇高速公路基本路段的數(shù)據(jù)采集點可分為三類 1 理想條件的路段 選擇的主要標(biāo)準是高速公路的橫斷面形式和交通組成 2 通行能力修正路段 主要考慮的影響因素包括行車道寬度 自由流速度和交通組成 3 修正方法的驗證路段 注意事項 1 為了進行觀測路段平均速度 所選觀測路段不宜短于2km 2 觀測點的位置應(yīng)避免選在有車輛進出的地方 以保證交通流數(shù)據(jù)的正常 3 由于觀測儀器對駕駛員的正常駕駛也會造成影響 所以儀器的安放問題在觀測點選擇時應(yīng)該一并考慮 4 總而言之 所選觀測點的交通流是正常流 其性質(zhì)不應(yīng)被外界所干擾 或少干擾 5 觀測地點應(yīng)在平坡直線路段 遠離匝道和交叉口 并不受交叉口停車 車輛加減速 換車道的影響 所選的觀測點應(yīng)在圖4 2標(biāo)示的區(qū)間外 圖4 2高速公路匝道及交織區(qū)示意圖 2 觀測方法單面觀測法區(qū)段觀測法 3 數(shù)據(jù)樣本要求需要觀測的車速樣本量由式 2 1 估算 計算觀測車速樣本數(shù)量標(biāo)準差 兩車道8 5km h 四車道取6 8km h 六車道取5 2km h 雙方向 E 計算車速允許誤差 取決于平均車速的精度要求 一般為1 5 2km h c 滿足期望置信水平對應(yīng)的常數(shù) 表4 3 4 資料和整理和分析 1 斷面觀測數(shù)據(jù)處理方法單車信息 包括車輛通過的車道號 通過時間 車頭時距 地點速度 車型 軸數(shù)和各軸間的軸距 統(tǒng)計速度信息 地點速度 自由流車輛和全部車輛的速度分布 自由流車輛是指車頭時距大于8s的車輛 Vi 時間平均速度 km h VS 區(qū)間平均速 km h 統(tǒng)計流量信息 統(tǒng)計各時間段內(nèi)各車型的數(shù)量 平均速度 平均密度 用于計算宏觀車輛系數(shù)和建立交通流統(tǒng)計分析模型 統(tǒng)計車頭時距 從0 200km h將車輛速度按5km h的步長劃分為40個區(qū)間段 統(tǒng)計各速度區(qū)間內(nèi)各車型的車頭時距均值 用于車輛折算系數(shù) 2 區(qū)間觀測數(shù)據(jù)處理方法驗證修正系數(shù)的正確性 統(tǒng)計各車型的區(qū)間速度 二 實際條件下通行能力的計算1 基本通行能力又稱理論通行能力 是指在一定時間段 取15min或1h 和理想的道路 交通及管制條件下 一條車道的一個斷面所容許通過的最大持續(xù)交通流 4 11 高速公路的基本通行能力CB和設(shè)計速度高低有關(guān)系 設(shè)計速度120km h 100km h 80km h 60km h 基本路段的CB2200pcu h ln2200pcu h ln2000pcu h ln1800pcu h ln 2 實際條件下的通行能力C CB fCW fSW fHV式中 C 實際條件下的通行能力 pcu h CB 基本通行能力 pcu h fCW 行車道寬度修正系數(shù) fSW 側(cè)向凈空修正系數(shù) fHV 交通組成修正系數(shù) 3 影響高速公路CB的因素及其修正系數(shù) 1 行車道寬度對通行能力的修正系數(shù)當(dāng)車道寬度達到某一數(shù)值時其通過量能達到理論上的最大值 當(dāng)車道寬度小于該值時 則通行能力降低 P51表4 4高速公路行車道寬度修正系數(shù) 2 側(cè)向凈空影響包括左側(cè)路緣帶寬度和右側(cè)路肩寬度的影響 當(dāng)兩者寬度小于某一數(shù)值時會使駕駛員感到不安全 從而降速 偏離車道線 使旁側(cè)車道利用率降低P51表4 5側(cè)向凈空的修正系數(shù) 3 交通組成對通行能力的修正系數(shù)大型車和中型車公式 2 6 4 分析步驟 1 確定路段基本數(shù)據(jù)劃分高速公路路段將高速公路沿其長度方向劃分為具有相似特征的若干路段 然后分別對每個路段進行通行能力分析 每個分析路段的交通運行狀況都不能受立交出入的影響 且整個分析路段的交通特征和車行道特征都必須是一致的 記錄和整理道路的幾何特征參數(shù)總的地形類別平原地形 丘陵地形 山嶺地形 根據(jù)表4 1平曲線半徑和縱坡坡度 來確定路段所屬的地形類別 確定設(shè)計小時交通量和車輛折算系數(shù)DDHV AADT HTF DDDHV 單向設(shè)計小時交通量 pcu h Directionaldesign hourvolumeThetrafficvolumeforthedesignhourinthepeakdirectionofflow invehiclesperhour AADT 分析年份的平均日交通量 pcu h AnnualaveragedailytrafficThetotalvolumeoftrafficpassingapointorsegmentofahighwayfacilityinbothdirectionsforoneyeardividedbythenumberofdaysintheyear HTF 小時交通系數(shù) 即設(shè)計小時交通量與年平均日交通量之比值 默認為0 09 Design hourfactor K factor Theproportionofthe24 hvolumethatoccursduringthedesignhour HCM D 方向分布系數(shù)DirectionalsplitThedirectionaldistributionofhourlyvolumeonahighway expressedinpercentages 表4 5高速公路車輛折算系數(shù) 2 查出 計算 各修正系數(shù) 計算實際通行能力C CB fHV fSW fCWfHVfSWfCW 3 確定區(qū)間速度 運行時間和服務(wù)水平等級LOS 4 分析當(dāng)?shù)夭煌诶硐氲臈l件因素 調(diào)整和分析說明 三 路段交通運行狀況分析主要是評價已有高速公路在特定的道路 交通條件下的通行能力和交通運行狀況 1 交通流飽和度的確定不同方向單車道的流量Q 與通行能力C比值 Q C 2 實際運行速度的確定選擇曲線 交通流量Q 實際運行速度 3 路段服務(wù)水平衡量高速公路服務(wù)水平的主要指標(biāo) 車流密度 平均運行速度 交通流狀態(tài) V C比 和最大服務(wù)流MSV 120km h100km h80km h60km h 第三節(jié)規(guī)劃和設(shè)計階段通行能力分析 目的是確定公路設(shè)施的幾何線形 在設(shè)計 規(guī)劃階段 計算在特定的運行狀況條件下 承擔(dān)給定交通量所需要的公路設(shè)施幾何參數(shù) 如車道數(shù) 行車道寬度等 并預(yù)測其它一些設(shè)計要素 如預(yù)留中央分隔帶 調(diào)整路肩寬度 設(shè)置爬坡車道 對通行能力和運行特性的影響 資料僅有規(guī)劃年的年平均日交通量 AADT 一 分析步驟1 路段基本資料 1 選定設(shè)計標(biāo)準 2 預(yù)測遠景設(shè)計年限的年平均日交流量AADT 3 定出交通特征 包括交通組成及駕駛員條件 4 確定采用的服務(wù)水平及V C的比值 5 定出所有修正系數(shù)和車輛換算系數(shù) 2 分析步驟 1 計算單向設(shè)計小時交通量DDHVDDHV AADT HTF D 4 14 2 計算高速公路每一方向所需車道數(shù)N交通工程手冊 N DDHV CB V C i fCW fSW fHV 教材 N DDHV SFL PHF 說明 考慮特定上坡路段的設(shè)計小時交通量超過其路段設(shè)計通行能力時 需考慮設(shè)置爬坡車道 還要進行運行分析一邊對服務(wù)水平作出比較 3 預(yù)測特定條件下路段的通行能力C CB fCW fSW fHV主要是確定特定條件下的修正系數(shù) 4 評價交通運行狀況 二 確定路段基本通行能力的分析方法1 基于流量 車道占用率模型的通行能力分析方法 以Greenshieds速度 密度線性模型為基礎(chǔ) 4 18 4 19 再對觀測數(shù)據(jù)進行模型擬合 回歸分析 進行極大值求解 得到通行能力C 2 基于交通流統(tǒng)計分析模型的通行能力分析根據(jù)自由流速度進行分類速度 密度散點進行曲線擬合 參數(shù)標(biāo)定進一步的處理 內(nèi)插 外推 3 基于突變理論的通行能力分析 課外閱讀 課堂閱讀 第四節(jié)計算示例 課后練習(xí) 習(xí)題1 2 根據(jù)實際情況 確定各修正系數(shù)確定單向?qū)嶋H交通量 或指定的交通量 V 或定向設(shè)計小時交通量DDHV計算V C或V C DDHV CB fHV fSW fCW 確定對應(yīng)的服務(wù)水平LOS分析說明 其他影響因素 實際通行能力分析步驟 設(shè)計階段的服務(wù)水平分析時應(yīng)用DDHV 所需資料 選定設(shè)計標(biāo)準 各修正系數(shù) 遠景設(shè)計年限的AADT交通組成確定設(shè)計采用的LOS以及 V C i計算分析確定各修正參數(shù)值DDHV AADT HTF D車道數(shù)N DDHV CB V C i fHV fSW fC