交通流特性課件

1、第三章 交通流特性第一節(jié) 交通流要素第二節(jié) 通行能力分析第三節(jié) 排隊(duì)和延誤分析第四節(jié) 服務(wù)水平分析第1頁(yè)，共44頁(yè)。1第三章 交通流特性 載運(yùn)工具在交通運(yùn)輸網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行時(shí)，可類比于氣體或液體分子在介質(zhì)內(nèi)的流動(dòng)，稱作交通流。 There is an analogy between the way water moves in waves and the way vehicle operates in the highway. A continuous movement or circulation of vehicles is called traffic flow.第2頁(yè)，共44頁(yè)。2第三章 交通

2、流特性 交通流處于穩(wěn)態(tài)流動(dòng)狀態(tài)，這時(shí)的交通流特性，通?？捎萌齻€(gè)主要指標(biāo)來(lái)表征：速度(Speed) 、交通量(volume)和交通密度(density) （常稱之為交通流三要素）。 交通流處于非穩(wěn)態(tài)流狀態(tài)，其特性可用排隊(duì)長(zhǎng)度(queue length)和等待時(shí)間(waiting time)來(lái)表征。而排隊(duì)和等待時(shí)間的長(zhǎng)短，反映了該交通運(yùn)輸設(shè)施的服務(wù)水平(service level)。第3頁(yè)，共44頁(yè)。3第三章 交通流特性在規(guī)劃、設(shè)計(jì)和管理交通運(yùn)輸系統(tǒng)及其工程設(shè)施時(shí)，必須知道載運(yùn)工具在交通運(yùn)輸網(wǎng)內(nèi)的流動(dòng)特性：通過(guò)它來(lái)了解和評(píng)價(jià)交通運(yùn)輸系統(tǒng)或網(wǎng)的性能（效率和服務(wù)水平）；依據(jù)它來(lái)確定各項(xiàng)工程設(shè)施所需的通

3、行能力(capacity)或規(guī)模。第4頁(yè)，共44頁(yè)。4第一節(jié) 交通流要素 一、速度二、交通量三、交通密度四、交通量-速度-交通密度的關(guān)系第5頁(yè)，共44頁(yè)。5一、速度Speed - defined as a rate of motion, in distance per unit of time.第6頁(yè)，共44頁(yè)。6一、速度Spot speed (地點(diǎn)速度) Spot speed is the instantaneous speed(瞬時(shí)速度) of a vehicle at a specified location.Spot speed can be used to design the ge

4、ometry of road like horizontal and vertical curves, super elevation etc. Location and size of signs, design of signals, safe speed, and speed zone determination, require the spot speed data. Accident analysis, road maintenance, and congestion are the modern fields of traffic engineer, which uses spo

5、t speed data as the basic input. 第7頁(yè)，共44頁(yè)。7一、速度Spot speed can be measured using pressure contact tubes, radar speedometer or by timelapse photographic methods. Running speed (行駛速度)Running speed is the average speed maintained over a particular course while the vehicle is moving .Delays are not consi

6、dered in calculating the running speed.第8頁(yè)，共44頁(yè)。8一、速度Travel speed(旅行速度)Travel speed is the effective speed of the vehicle on a travel between two points and is the distance between the two points divided by the total time taken for the vehicle to complete the journey including any stopped time. Trav

7、el speed = distance /travel time Running speed = distance/running time Running time = travel time - stopped delays 第9頁(yè)，共44頁(yè)。9一、速度Time mean speed(時(shí)間平均速度)Time mean speed is defined as the average speed of all the vehicles passing a point on a highway over some specified time period.Space mean speed(空間

8、平均速度)Space mean speed is defined as the average speed of all the vehicles occupying a given section of a highway over some specified time period.TMS is a point measure, while SMS is a measure relating to a length of highway or lane. We have TMS SMS. 第10頁(yè)，共44頁(yè)。10一、速度平均速度：Standard deviation （標(biāo)準(zhǔn)差）- a m

9、easure of how far data spreads around the mean value, indicating the degree of dispersion of the data. 第11頁(yè)，共44頁(yè)。11二、交通量(Flow)Flow (q) or volume is defined as the number of vehicles that pass a point on a highway or a given lane or direction of a highway during a specific time interval. The the flow

10、 q expressed in vehicles/hour is given by： q=n/T Tpassing a particular point in one lane in a defined period（h，day，） nthe number of vehicles第12頁(yè)，共44頁(yè)。12二、交通量(Flow)Time headway(車頭時(shí)距) is defined as the time difference between any two successive vehicles when they cross a given point.第13頁(yè)，共44頁(yè)。13二、交通量(

11、Flow)平均車頭時(shí)距為：第14頁(yè)，共44頁(yè)。14二、交通量第15頁(yè)，共44頁(yè)。15三、交通密度Density k is defined as the number of vehicles (n) occupying a given length (L) of highway or lane and is generally expressed as vehicles per km. k=n/LSpace headway(車頭間距s ) is defined as the distance between corresponding points of two successive vehic

12、les at any given time.第16頁(yè)，共44頁(yè)。16三、交通密度High densities indicate that individual vehicles are very close to each other, while low densities imply great distances between vehicles.Direct measurements of density can be obtained through aerial photography, which is an expensive method.Density is an impo

13、rtant measure of the quality of traffic flow.第17頁(yè)，共44頁(yè)。17四、交通量-速度-交通密度的關(guān)系如果在交通流中各車輛的行駛速度相同，即：則在T時(shí)段或L長(zhǎng)度內(nèi)通過(guò)的車輛數(shù)n為：第18頁(yè)，共44頁(yè)。18四、交通量-速度-交通密度的關(guān)系 通常在交通流中各車輛的速度并不相同。將車輛按速度分組，對(duì)于每組速度的車輛有：則總的交通量為：式中：m速度分組數(shù) 平均車速，即各組車速乘以該組車輛的密度占總密度的比例（權(quán)數(shù)）。第19頁(yè)，共44頁(yè)。19四、交通量-速度-交通密度的關(guān)系1. 平均速度-交通密度關(guān)系圖式中： 交通密度為零時(shí)的速度，稱作自由流速度(free f

14、low speed)； 交通堵塞時(shí)的交通密度(jam density)。第20頁(yè)，共44頁(yè)。20四、交通量-速度-交通密度的關(guān)系對(duì)于道路交通，可用線性函數(shù)表示為：第21頁(yè)，共44頁(yè)。21四、交通量-速度-交通密度的關(guān)系2. 交通量-交通密度關(guān)系圖The peak of the density flow curve occurs at the theoretical maximum flow (i.e., capacity) of the facility.第22頁(yè)，共44頁(yè)。22四、交通量-速度-交通密度的關(guān)系3. 平均速度-交通量關(guān)系圖第23頁(yè)，共44頁(yè)。23四、交通量-速度-交通密度的關(guān)系

15、1) 自由流：速度高于最大交通量qm處的平均速度vm的交通流，此時(shí)車速可由車輛自己確定。2) 強(qiáng)迫流：速度低于vm的交通流，交通流因事故等原因而受到約束，車輛被迫以小于vm的速度行駛，一旦約束撤除，車輛便會(huì)加速恢復(fù)到曲線的上半部。第24頁(yè)，共44頁(yè)。24第二節(jié) 通行能力分析一、定義二、分析方法第25頁(yè)，共44頁(yè)。25一、定義1. 通行能力是一定時(shí)段內(nèi)通過(guò)線路某斷面的最大車輛數(shù)。 Capacity is defined as the maximum rate of flow that can be achieved on roadway facilities under prevailing r

16、oadway, traffic, and control conditions. 第26頁(yè)，共44頁(yè)。26一、定義2. 交通量與通行能力的區(qū)別： 交通量反映的是交通流的實(shí)際車輛數(shù)，它是對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨笸峁┑慕煌ㄟ\(yùn)輸設(shè)施條件之間相平衡的結(jié)果；而通行能力則表示在規(guī)定的運(yùn)行條件下交通運(yùn)輸設(shè)施所能承擔(dān)的交通流最大車輛數(shù)或容量。也即，一個(gè)是交通運(yùn)輸設(shè)備上實(shí)際發(fā)生的交通狀況，另一個(gè)是該交通運(yùn)輸設(shè)施潛在的最大可能的能力。第27頁(yè)，共44頁(yè)。27一、定義Highway capacity is defined by the Highway Capacity Manual as the maximum hou

17、rly rate at which persons or vehicles can be reasonably expected to traverse a point or a uniform segment of a lane or roadway during a given time period under prevailing roadway, traffic and control conditions. 第28頁(yè)，共44頁(yè)。28一、定義The highway capacity depends on certain conditions as listed below:Traff

18、ic conditions: It refers to the traffic composition in the road such as the mix of cars, trucks, buses etc in the stream. It also include peaking characteristics, proportions of turning movements at intersections and the like.Road way characteristics: This points out to the geometric characteristics

19、 of the road. These include lane width, shoulder width, lane configuration, horizontal alignment and vertical alignment.Control conditions: This primarily applies to surface facilities and often refer to the signals at intersections etc.第29頁(yè)，共44頁(yè)。29一、定義3. 分析和估算設(shè)施通行能力的用途：評(píng)價(jià)現(xiàn)有設(shè)施滿足交通運(yùn)輸需求的程度，以判別是否需要進(jìn)行改善

20、，并評(píng)價(jià)各項(xiàng)改善措施的改善效果。設(shè)計(jì)有關(guān)交通運(yùn)輸設(shè)施時(shí)，確定滿足預(yù)期交通需求和服務(wù)水平要求所需的設(shè)施規(guī)模或尺寸。第30頁(yè)，共44頁(yè)。30二、分析方法道路的車道通行能力：平均車頭時(shí)距：平均車頭間距=車輛長(zhǎng)度+司機(jī)制動(dòng)反應(yīng)距離+制動(dòng)距離+車輛間安全距離第31頁(yè)，共44頁(yè)。31二、分析方法示例1：一地鐵環(huán)線，長(zhǎng)40km。沿線設(shè)20個(gè)站，每站平均相隔2km。列車全長(zhǎng)100m，平均行駛速度為70km/h，在每個(gè)車站停留30s?？紤]到制動(dòng)時(shí)的安全距離，規(guī)定列車間的最小凈間距（前車的尾端到后車的頭端）為1km。請(qǐng)分析其通行能力，也即最大可能的服務(wù)頻率，并確定所需的車輛數(shù)。第32頁(yè)，共44頁(yè)。32二、分析方法

21、第33頁(yè)，共44頁(yè)。33第三節(jié) 排隊(duì)和延誤分析 研究排隊(duì)特性，主要是分析排隊(duì)量和長(zhǎng)度及等待或延誤時(shí)間，以便考慮提供排隊(duì)等待所需的設(shè)施或空間，衡量服務(wù)水平和經(jīng)濟(jì)的損失。第34頁(yè)，共44頁(yè)。34第三節(jié) 排隊(duì)和延誤分析排隊(duì)長(zhǎng)度：等待時(shí)間：排隊(duì)從開(kāi)始出現(xiàn)到消失期間的車輛總等待時(shí)間：第35頁(yè)，共44頁(yè)。35第三節(jié) 排隊(duì)和延誤分析第36頁(yè)，共44頁(yè)。36第三節(jié) 排隊(duì)和延誤分析 示例3：一瀝青混合料拌料場(chǎng)，每天8：00開(kāi)始工作，每4分鐘完成一輛裝料車的裝料工作。裝料車7：45開(kāi)始到達(dá)等待裝料。第一小時(shí)為每3分鐘到達(dá)一輛，而后每5分鐘到達(dá)一輛，按先到先裝料原則。確定車輛的最長(zhǎng)等待時(shí)間和拌料廠應(yīng)設(shè)置的停車場(chǎng)面積

22、。第37頁(yè)，共44頁(yè)。37第三節(jié) 排隊(duì)和延誤分析平均排隊(duì)長(zhǎng)度平均等待時(shí)間泊松分布負(fù)指數(shù)分布第38頁(yè)，共44頁(yè)。38第四節(jié) 服務(wù)水平分析一、交通量與服務(wù)水平二、交通量與延誤第39頁(yè)，共44頁(yè)。39第四節(jié) 服務(wù)水平分析服務(wù)水平(service level)用于描述在交通量低于設(shè)施通行能力時(shí)交通流的運(yùn)行狀況，或者通過(guò)率低于設(shè)施最大服務(wù)率時(shí)交通流的運(yùn)行狀況。對(duì)于不間斷的交通流，度量服務(wù)水平的常用指標(biāo)是運(yùn)行速度。對(duì)于間斷的交通流，則采用總的（或平均）的延誤時(shí)間(the total (or mean) delay)來(lái)度量服務(wù)水平。第40頁(yè)，共44頁(yè)。40一、交通量與服務(wù)水平第41頁(yè)，共44頁(yè)。41一、交通量與服務(wù)水平Based on the changing of traffic and speed, the area is divided into three zones.In the zone of free flow, drivers actuate vehicles at an expected rat