交通工程學(xué)課件

交通工程學(xué)第1章緒論第2章交通特性第3章交通調(diào)查與分析第4章交通流理論第5章道路通行能力第6章交通規(guī)劃第7章交通管理與控制第8章道路交通安全交通工程學(xué)-章目錄第9章公共交通規(guī)劃第10章停車(chē)設(shè)施規(guī)劃與設(shè)計(jì)第11章城市交通系統(tǒng)第12章交通系統(tǒng)仿真第13章智能交通系統(tǒng)1.1交通工程學(xué)的定義1.2交通工程學(xué)科的內(nèi)容與特點(diǎn)1.3交通工程學(xué)科的產(chǎn)生與發(fā)展1.4我國(guó)交通工程學(xué)的發(fā)展第1章緒論教學(xué)提示

1.1交通工程學(xué)的定義交通工程學(xué)是交通工程學(xué)科研究與發(fā)展的基本理論，是從道路工程學(xué)科中派生出來(lái)的一門(mén)新興學(xué)科，對(duì)其進(jìn)行確定的界定是非常困難的。由于世界各國(guó)學(xué)者認(rèn)識(shí)問(wèn)題的角度、觀點(diǎn)和研究方法不同，對(duì)交通工程學(xué)（TrafficEngineering）的定義也有多種提法，目前尚無(wú)世界公認(rèn)的統(tǒng)一定義。20世紀(jì)40年代，美國(guó)交通工程師協(xié)會(huì)(AmericanInstituteofTrafficEngineering)指出：交通工程學(xué)(亦稱(chēng)道路交通工程)是道路工程的一個(gè)分支，它涉及到道路的規(guī)劃、幾何設(shè)計(jì)、交通管理和道路網(wǎng)、終點(diǎn)站、毗鄰地帶以及道路交通與其他運(yùn)輸方式的關(guān)系，以便使交通運(yùn)輸安全、有效、方便。澳大利亞著名交通工程學(xué)家W.R.Blunden的定義為：交通工程學(xué)是關(guān)于交通和旅行的計(jì)測(cè)科學(xué)，是研究交通流和交通發(fā)生的基本規(guī)律的科學(xué)。我國(guó)的一些交通工程學(xué)者認(rèn)為：交通工程學(xué)是研究交通規(guī)律及其應(yīng)用的一門(mén)技術(shù)科學(xué)。盡管各國(guó)學(xué)者對(duì)交通工程學(xué)的理解和認(rèn)識(shí)不完全一致，但是他們對(duì)問(wèn)題的界定有三個(gè)共同點(diǎn)：交通工程學(xué)是從道路工程學(xué)分化出來(lái)的；它的主要研究對(duì)象是道路交通；主要解決的問(wèn)題是道路交通系統(tǒng)規(guī)劃與管理中的科學(xué)問(wèn)題?？傊煌üこ虒W(xué)是以人(駕駛員、行人和乘客)為主體、以交通流為中心、以道路為基礎(chǔ)，將這三方面的內(nèi)容統(tǒng)一在交通系統(tǒng)中進(jìn)行研究，綜合處理道路交通中人、車(chē)、路、環(huán)境四者之間的時(shí)間和空間關(guān)系的學(xué)科。它尋求的是提高道路的通行能力和運(yùn)輸效率、減少交通事故、降低能源損耗、公害程度與運(yùn)輸費(fèi)用，從而達(dá)到安全、迅速、經(jīng)濟(jì)、舒適和低公害的目的。1.2交通工程學(xué)科的內(nèi)容與特點(diǎn)1.2.1交通工程學(xué)科的研究?jī)?nèi)容隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們對(duì)交通需求的增加，交通工程學(xué)科作為運(yùn)輸學(xué)科的一個(gè)重要分支得到了迅速的發(fā)展，學(xué)科的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，學(xué)科的內(nèi)容也日趨豐富。主要包括以下幾個(gè)方面：1．交通特性分析技術(shù)主要包括交通參與者特性（駕駛員、行人）、交通工具特性（機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)）、道路（公路、城市道路、交叉口及交通樞紐）特性以及交通流特性分析四個(gè)方面。2．交通調(diào)查交通調(diào)查目的是通過(guò)調(diào)查掌握交通流的基本特征。包括交通參數(shù)調(diào)查（流量、速度、密度、占有率、延誤）、出行信息調(diào)查（居民出行、車(chē)輛出行）、交通時(shí)間調(diào)查（交通事故）、交通環(huán)境（交通大氣污染、噪聲污染等）。3．交通流理論交通流理論包括交通流三參數(shù)相互關(guān)系，動(dòng)力學(xué)特征，車(chē)輛跟馳理論，概率論、流體力學(xué)在交通流分析中的應(yīng)用。4．道路的通行能力與服務(wù)水平分析主要是分析道路通行能力的大小、服務(wù)水平的劃分與確定等問(wèn)題。5．交通規(guī)劃主要是道路交通系統(tǒng)的規(guī)劃、包括交通需求的預(yù)測(cè)、交通流分配、路網(wǎng)規(guī)劃方法和技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的評(píng)價(jià)技術(shù)等。6．交通事故與安全包括交通事故發(fā)生的機(jī)理。事故預(yù)防、交通安全設(shè)施技術(shù)開(kāi)發(fā)和研究等。7．交通管理與控制包括交通法規(guī)的制定、交通管理、交通控制、交通管制的仿真與評(píng)價(jià)。8．停車(chē)場(chǎng)及服務(wù)設(shè)施包括社會(huì)車(chē)輛、公共車(chē)輛、非機(jī)動(dòng)車(chē)輛的停車(chē)需求調(diào)查與預(yù)測(cè)，停車(chē)場(chǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)，停車(chē)管理等。9．城市交通系統(tǒng)包括小汽車(chē)交通、公共交通、行人交通、自行車(chē)交通及各種交通方式之間的換乘系統(tǒng)等綜合交通系統(tǒng)的研究。10．交通工程的新理論、新方法、新技術(shù)主要集中在智能交通系統(tǒng)（ITS）方面，包括ITS產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程。系統(tǒng)研究的主要內(nèi)容，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系，子系統(tǒng)的功能以及在國(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r。1.2.2交通工程學(xué)的相關(guān)學(xué)科交通工程學(xué)研究的內(nèi)容非常廣泛，幾乎涉及道路交通的各個(gè)力面。而就交通工程學(xué)這門(mén)學(xué)科來(lái)說(shuō)，其基礎(chǔ)理論是：交通流理論、交通統(tǒng)計(jì)學(xué)、交通心理學(xué)、汽車(chē)動(dòng)力學(xué)、交通經(jīng)濟(jì)學(xué)。與交通工程密切相關(guān)的主要學(xué)科有：汽車(chē)工程、運(yùn)輸工程、人類(lèi)工程、道路工程、交通規(guī)劃學(xué)、環(huán)境工程、自動(dòng)控制、應(yīng)用數(shù)學(xué)、電子計(jì)算機(jī)等。因此，交通工程學(xué)是一門(mén)由多種學(xué)科相互滲透的新興邊緣學(xué)科。1.2.3交通工程學(xué)特點(diǎn)作為一門(mén)從道路工程學(xué)科中分支出來(lái)的新興學(xué)科，在其發(fā)展過(guò)程中引入了車(chē)輛技術(shù)、環(huán)境工程技術(shù)、人體工程技術(shù)等領(lǐng)域的知識(shí)，逐漸形成一門(mén)綜合性很強(qiáng)的交叉學(xué)科，并同時(shí)具備社會(huì)科學(xué)和自然科學(xué)雙重特點(diǎn)。1．系統(tǒng)性交通與整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)密切相關(guān)，自身又是一個(gè)由諸多相互練習(xí)、相互作用、相互制約的要素（人、車(chē)、路、環(huán)境）所組成的有機(jī)整體，是一個(gè)多目標(biāo)、多約束、開(kāi)放性的大系統(tǒng)。因此，交通工程學(xué)最重要的方法論基礎(chǔ)是系統(tǒng)工程原理，以系統(tǒng)工程的原理來(lái)解決交通工程發(fā)展中的問(wèn)題。2．綜合性交通工程學(xué)是一門(mén)綜合性很強(qiáng)的科學(xué)技術(shù)，只有將工程(Engineering)、教育(Education)、法規(guī)(Enforcement)、環(huán)境(Environment)和能源(Energy)5個(gè)方面綜合起來(lái)考慮，才能保證人、車(chē)、路之間合理的時(shí)間和空間關(guān)系。3．交叉性交通工程學(xué)的任何一個(gè)研究對(duì)象，都涉及到其他相關(guān)學(xué)科知識(shí)，也因此與其他學(xué)科聯(lián)系密切，從而體現(xiàn)了它的學(xué)科交叉性。4．社會(huì)性交通系統(tǒng)是社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，涉及到社會(huì)的各個(gè)方面，交通規(guī)劃、交通管理、交通法規(guī)都直接影響全社會(huì)的公民和社會(huì)的企業(yè)和事業(yè)單位，影響到城市發(fā)展、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展等。5．超前性交通系統(tǒng)是為社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活服務(wù)的，由于道路系統(tǒng)本身建設(shè)使用周期長(zhǎng)，要滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的交通需求，必須在規(guī)劃、建設(shè)時(shí)充分考慮未來(lái)的交通需求，充分體現(xiàn)其超前性。6．動(dòng)態(tài)性交通工程的動(dòng)態(tài)性體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是交通流自身是一個(gè)隨機(jī)變化的自然現(xiàn)象，只能通過(guò)統(tǒng)計(jì)規(guī)律來(lái)描述這種跟隨時(shí)間或空間動(dòng)態(tài)變化的規(guī)律。二是系統(tǒng)規(guī)劃的超前性決定了系統(tǒng)具備動(dòng)態(tài)變化的特征。1.3交通工程學(xué)科的產(chǎn)生與發(fā)展1.3.1交通工程學(xué)的產(chǎn)生汽車(chē)的出現(xiàn)，使道路交通產(chǎn)生了第二次飛躍，即由人力和獸力的低速交通時(shí)代進(jìn)入了汽車(chē)的高速交通時(shí)代。從1885年德國(guó)人卡爾·本茨制造了第一輛三輪汽車(chē)。到1892年輿托發(fā)明廠四沖程內(nèi)燃汽油汽車(chē)，便完成了汽車(chē)由實(shí)驗(yàn)型向?qū)嵱眯偷霓D(zhuǎn)變，形成了現(xiàn)代汽車(chē)的雛形。1908年美國(guó)人亨利·福特采用標(biāo)準(zhǔn)化專(zhuān)業(yè)化生產(chǎn)方式，大大降低了汽車(chē)的成本，使汽車(chē)成為大眾普及型的交通工具。汽車(chē)運(yùn)輸以其機(jī)動(dòng)靈活、速度高、投資少、適應(yīng)性強(qiáng)、可達(dá)性好等優(yōu)點(diǎn)，得到了迅速的發(fā)展。美國(guó)是汽車(chē)運(yùn)輸發(fā)展最快的國(guó)家。1920年美國(guó)已有300多萬(wàn)輛汽車(chē)，300萬(wàn)公里道路，而到1930年美國(guó)的汽車(chē)擁有量已達(dá)3000多萬(wàn)輛，道路400多萬(wàn)公里，平均每1000居民擁有180輛汽車(chē)。1.3.2交通工程學(xué)的發(fā)展概況交通工程學(xué)科自20世紀(jì)30年代誕生起，經(jīng)過(guò)70年的不斷研究、應(yīng)用和發(fā)展，日益得到了充實(shí)、發(fā)展和完善。其主要發(fā)展階段為：20世紀(jì)30年代，主要工作是如何通過(guò)交通管理如設(shè)置交通標(biāo)志、安裝手動(dòng)信號(hào)機(jī)、路面畫(huà)線(xiàn)等措施，來(lái)減少交通堵塞和交通事故；20世紀(jì)40年代，交通工程師們開(kāi)始意識(shí)到，只靠簡(jiǎn)單的交通管理，無(wú)法根治交通問(wèn)題，如果不按交通量大小為依據(jù)修建道路，則帶有很大的盲目性，于是交通工程學(xué)增加了交通調(diào)查、交通規(guī)劃，并根據(jù)交通調(diào)查及遠(yuǎn)景交通量的預(yù)測(cè)進(jìn)行合理交通設(shè)計(jì)，研究提高路面質(zhì)量與交叉口通行能力計(jì)算；目前世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家均集中大量人力、物力、財(cái)力，采用各種高、新技術(shù)，研究智能運(yùn)輸系統(tǒng)(ITS)，或稱(chēng)“智能車(chē)路系統(tǒng)”(IVHS)。目前世界各發(fā)達(dá)國(guó)家已形成北美（美國(guó)、加拿大）、歐洲（有10多個(gè)國(guó)家）和日本三大研究集團(tuán)，開(kāi)發(fā)項(xiàng)目很多，概括起來(lái)不外以下幾個(gè)方面：先進(jìn)的汽車(chē)控制系統(tǒng)（AVCS），或稱(chēng)智能汽車(chē)控制系統(tǒng)；先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)（ATMS），或自動(dòng)高速公路系統(tǒng)；先進(jìn)的駕駛員信息系統(tǒng)（ADIS）。1.4我國(guó)交通工程學(xué)的發(fā)展我國(guó)交通工程學(xué)的研究始于20世紀(jì)70年代初。1973年，交通部公路科學(xué)研究所設(shè)置了交通工程研究室。70年代末，交通、城建和公安交通管理部門(mén)開(kāi)展了交通工程學(xué)的理論學(xué)習(xí)和交通調(diào)查工作。1978年以來(lái)，以美籍華人交通工程專(zhuān)家張秋先生為代表的美、日、英、加等國(guó)家的交通工程專(zhuān)家，先后在上海、北京、西安、南京、哈爾濱等城市講學(xué)，系統(tǒng)介紹西方發(fā)達(dá)國(guó)家交通規(guī)劃、交通管理、交通控制及交通安全方面的建設(shè)與管理經(jīng)驗(yàn)。國(guó)內(nèi)也派出多個(gè)代表出國(guó)參加由英、美、日、澳、德等國(guó)舉辦的國(guó)際交通工程學(xué)術(shù)會(huì)議，這些活動(dòng)推動(dòng)了國(guó)內(nèi)交通學(xué)科的產(chǎn)生。1980年，上海率先在國(guó)內(nèi)成立交通工程學(xué)會(huì)，1981年，中國(guó)交通工程學(xué)會(huì)宣告成立，標(biāo)志著我國(guó)的交通工程學(xué)已進(jìn)入正規(guī)、全面、系統(tǒng)的科學(xué)研究階段。交通工程在我國(guó)目前的發(fā)展?fàn)顩r，主要是以下幾個(gè)主要方面：1．建立學(xué)術(shù)和研究機(jī)構(gòu)培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)人才自中國(guó)交通工程學(xué)會(huì)成立以來(lái)，全國(guó)已有20多個(gè)省市、自治區(qū)成立了交通工程學(xué)會(huì)。交通、公安及城建部門(mén)成立了交通工程研究所、室，現(xiàn)在已有了一支相當(dāng)規(guī)模的專(zhuān)門(mén)從事交通工程研究和設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍，獨(dú)自完成了高速公路安全、監(jiān)控、通信、收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；研制開(kāi)發(fā)了我國(guó)第一個(gè)實(shí)時(shí)自適應(yīng)區(qū)域交通控制系統(tǒng)。現(xiàn)在全國(guó)有十幾所高校設(shè)立了交通工程專(zhuān)業(yè)或開(kāi)設(shè)了交通工程學(xué)課程，培養(yǎng)了數(shù)以百計(jì)的交通工程方向的碩士生、博士生；不斷開(kāi)展學(xué)術(shù)研究和學(xué)術(shù)交流，出版了交通工程方面的期刊、專(zhuān)著和譯文；舉辦了多層次的培訓(xùn)班和專(zhuān)題講座：通過(guò)這些研究活動(dòng)，培養(yǎng)了一大批掌握交通工程系統(tǒng)理論的專(zhuān)業(yè)人才。2．開(kāi)展了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的調(diào)查自1979年開(kāi)始，按交通部的統(tǒng)一部署，各地公路部門(mén)在所有國(guó)道上和主要省道上設(shè)置了交通調(diào)查站，構(gòu)成全國(guó)公路交通調(diào)查網(wǎng)，對(duì)分車(chē)型的交通量、車(chē)速、運(yùn)量、起訖點(diǎn)等動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)調(diào)查，取得了大量的統(tǒng)計(jì)資料，基本上掌握了國(guó)家干線(xiàn)路網(wǎng)的交通負(fù)荷與運(yùn)行狀況。3．城市交通規(guī)劃與公路網(wǎng)規(guī)劃天津、上海、廣州、北京、南京等城市均先后開(kāi)展了城市交通規(guī)劃、公交線(xiàn)網(wǎng)、站點(diǎn)與調(diào)度優(yōu)化的研究。1981年在全國(guó)公路交通普查的基礎(chǔ)上，規(guī)劃了國(guó)家干線(xiàn)公路網(wǎng)，共70條10多萬(wàn)公里；“七五”期間，又規(guī)劃了由12條國(guó)道，2.5萬(wàn)公里高速公路和汽車(chē)專(zhuān)用公路組成的快速、安全、高效的全國(guó)主骨架公路網(wǎng)。4．制定交通法規(guī)運(yùn)用交通工程學(xué)與法學(xué)原理，制定了一些交通法規(guī)，例如2004年5月1日起實(shí)施的《中華人民共和國(guó)道路交通法》。5．交通管理與交通控制在城市道路和干線(xiàn)公路實(shí)施路面劃線(xiàn)或隔離措施，使車(chē)輛各行其道；實(shí)施人行橫道線(xiàn)，設(shè)置行人交通信號(hào)燈，并在大城市行人集中的地方修建人行過(guò)街天橋或地道。6．交通安全設(shè)施與交通檢測(cè)儀器的研制研制了多種汽車(chē)、自行車(chē)流量自動(dòng)檢測(cè)記錄裝置、雷達(dá)測(cè)速儀、酒精檢測(cè)儀、駕駛員職業(yè)適應(yīng)性檢測(cè)裝置等，還試制了反光標(biāo)志、標(biāo)線(xiàn)、隔離、防眩、防撞、誘導(dǎo)等交通安全設(shè)施。7．交通工程學(xué)基本原理在道路交通實(shí)踐中的應(yīng)用1）交通流特性常作為道路交通管理控制的具體措施和警力配置的主要依據(jù)；2）大城市中心區(qū)交通系統(tǒng)管理技術(shù)的應(yīng)用；3）城市道路平面交叉口的系統(tǒng)分析與綜合治理；4）公路增設(shè)汽車(chē)專(zhuān)用車(chē)道，或慢車(chē)道，或硬化路肩，實(shí)行分道行駛的依據(jù)；5）實(shí)施公路標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和環(huán)境美化的GBM工程。8．計(jì)算機(jī)技術(shù)在交通工程中的應(yīng)用目前我國(guó)自行開(kāi)發(fā)的交通工程計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件技術(shù)有：交通模擬軟件、交通調(diào)查數(shù)據(jù)處理分析系統(tǒng)、交通圖形信息處理軟件、交通工程輔助設(shè)計(jì)軟件、交通信號(hào)配時(shí)優(yōu)化軟件、交通事故分析軟件、車(chē)輛及駕駛員檔案管理系統(tǒng)，道路情況數(shù)據(jù)庫(kù)及交通信息管理系統(tǒng)等。

9．新理論、新技術(shù)的研究在進(jìn)行交通工程基礎(chǔ)理論研究的同時(shí)，我國(guó)已開(kāi)始將現(xiàn)代新理論、新技術(shù)與交通工程理論相結(jié)合，與我國(guó)交通實(shí)際相結(jié)合，以發(fā)展和完善交通工程學(xué)。如交通的熵特性研究、系統(tǒng)工程方法運(yùn)用于交通運(yùn)輸，交通沖突技術(shù)運(yùn)用于交叉口安全評(píng)價(jià)及事故分析，交通量及交通事故的灰色預(yù)測(cè)，交通工程的系統(tǒng)模糊分析和決策等。另外，已經(jīng)著手開(kāi)