交通工程學(xué)(第二章)(一)

交通工程學(xué)(第二章)(一)第二章交通特性分析11/1/20232第一節(jié)交通要素特性11/1/20233一、駕駛員的交通特性人是道路交通系統(tǒng)中特殊的要素，其他要素都是圍繞“人”進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)作的，因而，“以人為本”是交通工程的一個(gè)重要原則。道路交通系統(tǒng)中“人”包括車輛（機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車）駕駛員、乘客和行人。其中主要的研究對(duì)象是機(jī)動(dòng)車駕駛員的特性。11/1/20234駕駛員的信息處理過程一、駕駛員的交通特性11/1/20235駕駛員的生理、心理特性①駕駛員的視覺特性視力、視野、色感②駕駛員的反應(yīng)特性反應(yīng)特性制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間停車距離一、駕駛員的交通特性11/1/20236二、汽車的交通特性車輛的設(shè)計(jì)外廓尺寸車輛尺寸與道路設(shè)計(jì)、交通工程有密切關(guān)系。在我國(guó)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2003）和《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ37-1990）中都規(guī)定了機(jī)動(dòng)車輛外廓尺寸界限。動(dòng)力性能最高車速加速度（加速時(shí)間）最大爬坡能力制動(dòng)性能制動(dòng)距離制動(dòng)性能穩(wěn)定性方向穩(wěn)定性11/1/20237三、道路交通特性路網(wǎng)密度與間距⑴選取應(yīng)遵循的原則：①與不同等級(jí)道路的功能、要求相匹配；②與城市不同區(qū)域的性質(zhì)、人口密度等匹配。⑵計(jì)算公式：公路網(wǎng)的合理密度：

道路網(wǎng)間距：11/1/20238道路結(jié)構(gòu)道路線形道路網(wǎng)布局典型公路網(wǎng)布局：三角形、并列形、放射形、樹叉形；典型城市道路網(wǎng)布局：棋盤形、帶形、放射形、放射環(huán)形。三、道路交通特性11/1/20239第二節(jié)交通量特性11/1/202310一、交通量的定義

交通量是指在選定時(shí)間段內(nèi),通過道路某一地點(diǎn)、某一斷面或某一條車道的交通實(shí)體數(shù)。按交通類型分,有機(jī)動(dòng)車交通量、非機(jī)動(dòng)車交通量和行人交通量,一般不加說明則指機(jī)動(dòng)車交通量，且指來往兩個(gè)方向的車輛數(shù)。11/1/202311一、交通量的定義交通量時(shí)刻在變化，在表達(dá)方式上通常取某一時(shí)間段內(nèi)的平均值作為該時(shí)間段的代表交通量。如果以輛/d為單位，平均交通量表達(dá)式為:按平均值所取的時(shí)間段的長(zhǎng)度計(jì),常用的平均交通量有:年平均日交通量（AADT）；月平均日交通量（MADT）；周平均日交通量（WADT）。11/1/202312一、交通量的定義年平均日交通量（AADT）：月平均日交通量（MADT）：

k：為當(dāng)月的天數(shù)。周平均日交通量（WADT）：11/1/202313二、交通量的時(shí)間分布月變化：一年內(nèi)各月交通量的變化稱為月變化。年平均日交通量與月平均日交通量之比,稱為交通量的月變化系數(shù)(或稱月不均衡系數(shù)，月?lián)Q算系數(shù))，以K月表示。11/1/202314二、交通量的時(shí)間分布周變化：交通量的周變化是指一周內(nèi)各天的交通量變化，因此，也稱周日變化。周變系數(shù)定義為：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該周日的交通量除以全年該周日的總天數(shù)。11/1/202315二、交通量的時(shí)間分布

時(shí)變化：一天24小時(shí)中，每個(gè)小時(shí)的交通量亦在不斷變化。一天24小時(shí)中，流量最大的那個(gè)小時(shí)的交通量稱為高峰小時(shí)交通量。高峰小時(shí)系數(shù)：就是高峰小時(shí)交通量與高峰小時(shí)內(nèi)某一時(shí)段的交通量擴(kuò)大為高峰小時(shí)的交通量之比。

一般t=5min或t=6min或t=10min，最常用t=15min11/1/202316二、交通量的時(shí)間分布如：t=15（min）

t=10（min）

城市中短時(shí)間的高峰交通量造成交通阻塞。11/1/202317三、交通量的空間分布主要包括：交通量的城鄉(xiāng)分布交通量的路段分布交通量的方向分布交通量在車道上的分布11/1/202318四、設(shè)計(jì)小時(shí)交通量含義及作用：交通量具有隨時(shí)間變化和出現(xiàn)高峰小時(shí)的特點(diǎn)，因此，在進(jìn)行道路設(shè)施規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮這個(gè)特點(diǎn)。工程上為了保證道路在規(guī)劃期內(nèi)滿足絕大多數(shù)小時(shí)車流能順利通過，不造成嚴(yán)重阻塞，同時(shí)避免建成后車流量很低，投資效益不高，規(guī)定必須選擇適當(dāng)?shù)男r(shí)交通量作為設(shè)計(jì)小時(shí)交通量。根據(jù)美國(guó)的研究、認(rèn)為第30位最高小時(shí)交通量作為設(shè)計(jì)小時(shí)交通量是最合適的。11/1/202319四、設(shè)計(jì)小時(shí)交通量第30位最高小時(shí)交通量所謂第30位最高小時(shí)交通量就是將一年中測(cè)得的8700個(gè)小時(shí)交通量，從大到小按序排列，排在第30位的那個(gè)小時(shí)交通量。研究表明，第30位小時(shí)交通量與年平均日交通量（AADT）之比的K值十分穩(wěn)定。據(jù)國(guó)外觀測(cè)，按道路類別及所在地區(qū)不同K值分布在12%～18%范圍內(nèi)。11/1/202320四、設(shè)計(jì)小時(shí)交通量設(shè)計(jì)小時(shí)交通量的計(jì)算（不考慮方向不均衡性）

式中：DHV—設(shè)計(jì)小時(shí)交通量（輛/h）；

K—設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)（%）；

N—車道數(shù);

C單—

每一車道設(shè)計(jì)通行能力（輛/h）；AADT—規(guī)劃年的年平均日交通量（輛/d）；

W—路幅寬度（m）；

W1—一條車道寬度（m）。11/1/202321四、設(shè)計(jì)小時(shí)交通量設(shè)計(jì)小時(shí)交通量的計(jì)算（考慮方向不均衡性）式中：DDHV——單向設(shè)計(jì)小時(shí)交通量；

K—設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)（%）；KD—方向不均勻系數(shù)（%）11/1/202322第三節(jié)速度特性11/1/202323一、基本定義地點(diǎn)車速：這是車輛通過某一地點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)車速，因此觀測(cè)時(shí)L取盡可能短，通常以20~25m為宜，用做道路設(shè)計(jì)、交通管制、交通規(guī)劃資料。行駛車速：這是從行駛某一區(qū)間所需時(shí)間（不包括停車時(shí)間）及其區(qū)間距離求得的車速，用于評(píng)價(jià)該路段的線形順適性和通行能力分析，也可用于計(jì)算道路使用者的成本效益分析。運(yùn)行車速：是指中等技術(shù)水平的駕駛員在良好的氣候條件、實(shí)際道路狀況和交通條件下所能保持的安全車速：用于評(píng)價(jià)道路通行能力和車輛運(yùn)行狀況。11/1/202324一、基本定義行程車速：行程車速又稱區(qū)間車速，是車輛行駛路程與通過該路程所需的總時(shí)間（包括停車時(shí)間）之比。行程車速是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)，用以評(píng)價(jià)道路的通暢程度，估計(jì)行車延誤情況。要提高運(yùn)輸效率必須提高車輛的行程車速。臨界車速：這是指道路達(dá)到理論通行能力時(shí)的車速，對(duì)于選擇道路等級(jí)具有重要作用。設(shè)計(jì)車速：是指在道路交通與氣候條件良好的情況下僅受道路物理?xiàng)l件限制時(shí)所能保持的最大安全車速，用作道路線形幾何設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。11/1/202325二、行車速度的統(tǒng)計(jì)分布特性常用以下特征車速表示車速的統(tǒng)計(jì)分布特性：中位車速：也稱50%位車速，是指在該路段上在該速度以下行駛的車輛數(shù)與在該速度以上行駛的車輛數(shù)相等。85%位車速：在該路段行駛所有車輛中，有85%的車輛行駛速度在此速度以下，只有15%的車輛行駛速度高于此值。15%位車速：意義與前亦同。車速分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差S與85%位車速和15%車速之差存在著下列近似關(guān)系:

11/1/202326三、時(shí)間平均車速與區(qū)間平均車速時(shí)間平均車速：在單位時(shí)間內(nèi)測(cè)得通過道路某斷面各車輛的點(diǎn)車速，這些點(diǎn)速度的算術(shù)平均值，即為該斷面的時(shí)間平均車速，即:式中：—時(shí)間平均車速（km/h）；—第i輛車的地點(diǎn)車速（km/h）；

n—單位時(shí)間內(nèi)觀測(cè)到車輛總數(shù)（輛）。11/1/202327三、時(shí)間平均車速與區(qū)間平均車速區(qū)間平均速度：是指某路段的長(zhǎng)度與通過該路段所有車輛的平均行程時(shí)間之比（以后講到速度如果不加說明即為區(qū)間平均速度）。當(dāng)觀測(cè)長(zhǎng)度一定時(shí)，其數(shù)值為所有車輛行程車速的調(diào)和平均值，計(jì)算公式為:式中：—區(qū)間平均速度（km/h）；s—路段長(zhǎng)度（km）；ti—第i輛車的行駛時(shí)間（h）；n—觀測(cè)到的車輛數(shù)；vi—第i輛車行駛車速（km/h）。11/1/202328三、時(shí)間平均車速與區(qū)間平均車速時(shí)間平均速度與區(qū)間平均速度之間的互換關(guān)系由時(shí)間平均速度可以推算出區(qū)間平均速度：式中：—時(shí)間平均速度觀測(cè)值的均方差。由區(qū)間平均速度同樣可以推算出時(shí)間平均速度：式中:—區(qū)間平均速度觀測(cè)值的均方差。11/1/202329第四節(jié)密度、車道占有率、車頭間距、車頭時(shí)距11/1/202330一、密度K交通流（車流）密度：是指某一瞬間內(nèi)單位道路長(zhǎng)度上的車輛數(shù)目。

式中：N—路段內(nèi)的車輛數(shù)(輛);

L—路段長(zhǎng)度(km)。11/1/202331二、車道占有率由于密度是瞬時(shí)值，隨觀測(cè)時(shí)間和區(qū)間長(zhǎng)度而變化，且反映不出車輛長(zhǎng)度和速度的關(guān)系，尤其是在車輛混合行駛時(shí)密度的大小并不能明確表示交通流的狀態(tài)，這就要引入車道占有率的概念表示密度。車道占有率包括空間占有率和時(shí)間占有率兩種。11/1/202332二、車道占有率空間占有率：是指在一定路段上，車輛總長(zhǎng)度與路段總長(zhǎng)度之比（%），表達(dá)式為：式中：Rs

—空間占有率；

S—觀測(cè)路段總長(zhǎng)度；

si

—第i輛車的長(zhǎng)度；

n—觀測(cè)路段內(nèi)的車輛數(shù)。11/1/202333二、車道占有率空間占有率示意圖：Ss1s2s3s411/1/202334二、車道占有率時(shí)間占有率：在道路的任意路段上，車輛通過時(shí)間的累計(jì)值與觀測(cè)總時(shí)間之比（%），其表達(dá)式為：式中：Rt

—時(shí)間占有率；

T—觀測(cè)總時(shí)間；

ti

—第i輛車的通過路段所需要的時(shí)間；

n—觀測(cè)時(shí)間內(nèi)通過該路段的車輛數(shù)。11/1/202335三、車頭間距

hs

、車頭時(shí)距

ht前述Q、K、V（這里V是指什么？）均屬于宏觀交通流參數(shù)，而車頭間距和車頭時(shí)距屬于微觀交通流參數(shù)。其定義為：車頭間距：是指一條車道上前后相鄰兩車（用前保險(xiǎn)杠等具有代表性的點(diǎn)測(cè)量）之間的距離。車頭時(shí)距：是指連續(xù)行駛的前后兩輛車（具有代表性的點(diǎn)）通過行車道上某一點(diǎn)（或某一斷面）的時(shí)間差。對(duì)觀測(cè)路段上所有的車頭間距和車頭時(shí)距取平均值稱為平均車頭間距與平均車頭時(shí)距。11/1/202336三、車頭間距

hs

、車頭時(shí)距

ht平均車頭間距與平均車頭時(shí)距與宏觀交通流參數(shù)Q、K存在以下關(guān)系：式中：—平均車頭間距（m）;—平均車頭時(shí)距（s）。11/1/202337第五節(jié)交通流的基本特性

及其相互關(guān)系11/1/202338一、交通流三參數(shù)基本關(guān)系交通流三參數(shù)之間的基本關(guān)系式為：

式中：Q—流量（輛/h）；

V—速度（區(qū)間平均速度）（km/h）；

K—密度（輛/km）。11/1/202339一、交通流三參數(shù)基本關(guān)系流量、密度、速度三者之間的關(guān)系見下圖：11/1/202340一、交通流三參數(shù)基本關(guān)系11/1/202341一、交通流三參數(shù)基本關(guān)系交通流特性的一些特征變量:極大流量Qm—Q-V曲線上的峰值；臨界速度Vm—即流量達(dá)到極大時(shí)的速度；最佳密度km

—即流量達(dá)到極大時(shí)的密度；阻塞密度Kj

—車流密集到所有車輛基本上無法移動(dòng)（V=0）時(shí)的密度；暢行速度Vf—車流密度趨于零,車輛可以暢行無阻時(shí)的平均速度。11/1/202342二、速度與密度的關(guān)系1933年，格林希爾茨（Greenshields）提出了速度—密度線性關(guān)系模型，且模型與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)有良好的吻合性。K=0→V=VfK=Kj→V=0