《道路通行能力分析》PPT課件.ppt

交通工程 (Traffic Engineering ),授課人：王智超 土木工程與力學學院,2019/7/2,交通工程,第五章,道路通行能力分析,2019/7/2,交通工程,目 錄 (contents),5-1 道路通行能力和服務水平 5-2 道路路段通行能力 5-3 交織區(qū)與匝道的通行能力 5-4 平面交叉口的通行能力,2019/7/2,交通工程,5-1 道路通行能力和服務水平,通行能力主要反映了道路服務的數(shù)量或負荷能力; 服務水平主要反映了道路服務的質量或滿意程度,5-1-1 道路通行能力(道路容量）,基本概念 在一定的時間段內和在通常的道路、交通、管制條件下，能合理的期望人和車輛通過道路某一斷面或地點的最大交通體數(shù)量。,2019/7/2,交通工程,通行能力和交通量 兩者都是單位時間內通過道路某斷面的交通體數(shù)量。 通行能力反映了道路的容量,是道路容納性能的一種量度； 交通量反映了道路實際負荷交通的數(shù)量大小，是交通體根據(jù)實際情況在道路上運行的具體體現(xiàn)。,道路通行能力分析的主要目的 確定某道路設施在通常條件下能容納的最大交通量 確定在保持與規(guī)定運行特性相適應的條件下，某道路設施所能容納的最大交通量,2019/7/2,交通工程,道路通行能力分析的作用 確定新建道路的等級、性質、主要技術指標和線形幾何要素 確定現(xiàn)有道路系統(tǒng)或某一路段所存在的問題，針對問題提出改進方案和措施，為道路改建和改善提供依據(jù) 作為交通樞紐的規(guī)劃、設計及交通設施配置的依據(jù) 為制定交通組織、交通疏導、交通引導、交通量均衡、交通總量控制和綜合治理等交通系統(tǒng)管理方案提供依據(jù) 為制定交通管理、交通控制方案，以及交通渠化、信號配時優(yōu)化方案設計及選擇等提供依據(jù),2019/7/2,交通工程,影響因素 道路條件:車道寬度、車道數(shù)、側向凈空、附加車道、幾何線形、視距、坡度和設計車速 交通條件:車流中的車輛組成、車道分布、方向分布 管制條件:交通法規(guī)、控制方式、管理措施 環(huán)境條件:街道化程度、商業(yè)化程度、橫向干擾、非交通占道 氣候條件:風、雨、雪、霧等惡劣天氣 規(guī)定運行條件:計算通行能力的限制條件,2019/7/2,交通工程,通行能力的分類,基本通行能力：其含義是“理想條件”下，公路設施在四級服務水平時所能通行的最大小時交通量，即理論上所能通行的最大小時交通量。 通常以高速公路上觀測到的最大交通量為基準(理想、理論通行能力) 實際通行能力：其含義是根據(jù)該設施具體的公路幾何構造、交通條件以及交通管理水平，對基本通行能力按實際公路條件、交通條件等進行相應修正后的小時交通量。 是現(xiàn)實條件道路上的最大交通量（可能通行能力） 設計通行能力：其含義是設計某一公路設施時，根據(jù)對交通運行質量的要求，即在一定服務水平要求下，公路設施所能通行的最大小時交通量。因此，設計通行能力與選取的服務水平級別有關。 是道路規(guī)劃、設計的依據(jù)（實用通行能力）,2019/7/2,交通工程,基本通行能力,可能通行能力,設計通行能力,三者間的關系,各種修正系數(shù),指定服務水平下的V/C比,2019/7/2,交通工程,高速公路（控制進入）的基本路段； 不控制進入的多車道公路路段； 不控制進入的雙車道公路路段； 混合交通雙車道公路路段； 匝道，包括匝道主線連接部分； 交織區(qū)； 無信號控制的平面交叉； 信號控制的平面交叉； 市區(qū)及近郊干線道路。,需分別進行通行能力和服務水平分析的公路組成部分,2019/7/2,交通工程,5-1-2 道路服務水平,基本概念 道路使用者根據(jù)交通狀態(tài)，從速度、舒適、方便、經濟和安全等方面得到的服務程度，即在某種交通條件下所提供運行服務的服務質量。 服務流率與評價指標 服務流率: 在通常的道路條件、交通條件和管制條件下，在給定時間周期內保持規(guī)定的服務水平，合理地期望人或車輛通過一條車道或道路的一點或均勻斷面，所能達到的最大小時流量。 評價指標: 行車速度和運行時間; 車輛行駛時的自由程度; 交通受阻或干擾的程度,以及行車延誤和每公里停車次數(shù)等; 行車安全性; 行車的舒適性和乘客滿意的程度; 經濟性。,2019/7/2,交通工程,各類公路設施評價服務水平的主要參數(shù),pcu當量小汽車（passenger car unit） ln 車道數(shù),2019/7/2,交通工程,服務水平分級 美國分為六級：A級 自由流；B級 低密穩(wěn)定流；C級 中密穩(wěn)定流；D級 高密穩(wěn)定流；E級 接近飽和狀態(tài)；F級 過飽和狀態(tài)。,美國道路設施服務水平標準,2019/7/2,交通工程,LOS A,LOS B,LOS C,LOS D,LOS E,LOS F,美國道路設施服務水平標準,2019/7/2,交通工程,流量,速,度,自由流,穩(wěn) 定 流,強制流,0,A,B,C,不穩(wěn)定流,D,E,F,2019/7/2,交通工程,我國分為四級：一級、二級、三級、四級。,LOS I,LOS III,LOS II,LOS IV,2019/7/2,交通工程,5-2 道路路段通行能力,5-2-1 基本通行能力,基本通行能力：道路與交通處于理想條件下，每一條車道（或道路）在單位時間內能夠通過的最大交通量。 理想道路條件：車道寬度不小于3.75米，側向余寬不小于1.75米，縱坡平緩并有足夠的行車視距、良好的平面線形和路面狀況。 理想交通條件：車流組成為單一的標準型汽車，在一條車道上，比相同的速度連續(xù)行駛，車輛之間均保持與車速相適應的最小安全車頭間隔，且流向分配均衡，無任何方向干擾。,2019/7/2,交通工程,計算的最大交通量為:,行駛車輛之間的最小安全間距為：,l安一般取用2m,t可取1s, 附著系數(shù)與輪胎花紋、路面粗糙度、平整度、表面濕度、行車速度等因素有關(如表5-9)。車輛長度對于小汽車采用6m,對于解放牌汽車采用12m:,2019/7/2,交通工程,2019/7/2,交通工程,2019/7/2,交通工程,2019/7/2,交通工程,5-2-2 實際通行能力,實際通行能力是在實際的道路和交通條件下,單位時間內通過道路上某一點的最大可能交通量。,式中：CP可能通行能力 CB基本通行能力 fi各項修正系數(shù)(道路和交通條件的修正系數(shù)),道路條件:1)車道數(shù)修正系數(shù)fN；2)車道寬度修正系數(shù)fw；3)側向凈空受限修正系數(shù)fcw；4)車道硬路肩寬度修正fsw；5)交通組成修正系數(shù)fHV；6)方向分布修正系數(shù)fd；7)路側干擾修正系數(shù)ff；8)平面交叉修正系數(shù)fj ；9)駕駛員條件對通行能力的修正系數(shù)fp 。,交通條件:使不同類型的車輛換算為同一車型。,2019/7/2,交通工程,1）高速公路：,fN：六車道及其以上取0.98一0.99； fp：通常在0.95一1.00之間。,2019/7/2,交通工程,2）一級公路路段：,fN：取0.95一0.97； fp：通常在0.95一1.00之間。,2019/7/2,交通工程,3）二級公路、三級公路：,2019/7/2,交通工程,5-2-3 設計（或規(guī)劃）通行能力,設計通行能力是由不同服務水平規(guī)定條件下的通行能力，也就是要求道路所承擔的服務交通量，通常作為道路規(guī)劃和設計的依據(jù)：,在公路設計中，原則上： 高速公路和一級公路采用二級服務水平進行設計； 二級公路、三級公路和平面交叉采用三級服務水平設計； 四級公路為支線公路和地方公路，主要提供短途的可達性運輸服務，因此，四級公路服務水平不作規(guī)定，可視其用途、作用、目的等需求而確定。,2019/7/2,交通工程,例5-1 某微丘地區(qū)四個道高速公路設計車速100km/h,路基寬26m，其中兩側路肩與路綠帶均為0.75m,硬路肩均為3m中央分隔帶2m，縱坡為1，設計小時交通量為小汽車2400輛，大中型汽車480輛，特大型汽車70輛.試求該路有無超過其通行能力,如無其服務水平如何?,解：先進行交通員換算,按表5-19,經內插計算分別為,再求算實際條件下通行能力，由表5-1得知,查修正系數(shù):,2019/7/2,交通工程,計算實際通行能力:,近似取為:,再計算負荷度:,查表，得知二級VC0.68,故其服務水平為二級。,2019/7/2,交通工程,例5-2 一四車道高速公路，設計速度為100km/h，單向高峰小時交通量=1800veh/h，大型車占40%，車道寬 3.50m，側向凈空為1.75m，緊挨行車道兩邊均有障礙物，重丘地形。分析其服務水平，問其達到可能通行能力之前還可增加多少交通量。實地觀測的平均速度為56km/h。,解：為求服務水平要計算VC： （l）查表5-1220，得諸修正系數(shù),（2）計算VC,（3）該公路服務水平屬三級,2019/7/2,交通工程,4）求算達到可能通行能力前可增加的交通量行車道的可能通行能力:,達到可能通行能力前可增加的交通量V：,2019/7/2,交通工程,5-3 交織區(qū)與匝道的通行能力,5-3-1 交織區(qū)基本概念,1.定義：交織路段是指兩股或兩股以上交通流運行總方向基本相同的車流，先實現(xiàn)合流而后分流的整個運行過程所需的路段。,交織路段圖示,(50m交織區(qū)長度600m),2019/7/2,交通工程,2.交織區(qū)分類：簡單交織區(qū)和多重交織區(qū)兩類。,簡單交織區(qū)：由單一匯合點連著單一分離點形成； 多重交織區(qū)：由1個匯合點連著2個分離點，或2個匯合點連著1個分離點。,通常也可簡單分類和類：,類交織區(qū)示意圖,類交織區(qū)示意圖,2019/7/2,交通工程,3.交織運行特性,交織區(qū)的車流運行關鍵在于車輛運行的交織操作，它影響到行駛車速、車頭時距以及行車安全。 交織長度和交織斷面車道數(shù)是交織運行效率的2個主要參數(shù)。 隨交織流量的增加，交織區(qū)的運行效率會下降。,交織區(qū)流量之和為： Q總=Q01+Q02+Qw1+Qw2,交織流量比： VR =(Qw1+Qw2)/Q總,設：Qw1Qw2，則,交織比：r= Qw1/Qw2,2019/7/2,交通工程,5-3-2 交織區(qū)通行能力和速度計算,1.通行能力的計算,交織區(qū)的通行能力和運行速度同交織區(qū)長度、車道數(shù)、交織流量比、總交通量及交織區(qū)車道構造等因素有關。,式中： rs 交織區(qū)類型修正系數(shù)，其中：類交織區(qū)rs =0.95，類交織區(qū)rs =1.0。 rN 交織區(qū)內車道數(shù)修正系數(shù)； rL 交織區(qū)長度修正系數(shù)。0.128ln(L)+0.181 rVR 交織流量比修正系數(shù),2019/7/2,交通工程,2.速度的計算,公式表明：交織區(qū)運行速度同交織區(qū)長度、車道數(shù)正相關，與交織流量比、總交通量負相關。,式中： SW 交織車輛的平均行駛速度 SnW 非交織車輛的平均行駛速度 VR 交通量比值， V 交織區(qū)內總流量 N 交織區(qū)內車道總數(shù) L 交織區(qū)段長度,2019/7/2,交通工程,3.交織區(qū)段服務水平,評價交織區(qū)運行質量的因素有密度、流速和流率，但最重要的是行車密度和V/C。,2019/7/2,交通工程,5-3-3 匝道的通行能力,1. 匝道的定義：是聯(lián)系不同高程上兩條交叉線路、供兩線路車輛實現(xiàn)方向轉換的連接道路。一般有一個入口和一個出口，由于線形變化較大且常有縱坡和小半徑的轉彎，故通行能力較正常路段要低。,2匝道的形式、類型 基本形式：右轉、左轉 特殊形式：定向 對角線 單向單車道 單向雙車道,3.運行特征：有出入口車輛的運行及其在匝道上的運行，包括分流、合流、交織運行，亦有加速、減速運行，上坡、下坡，小曲線甚至反向曲線的運行。單向單車道匝道不允許超車。,2019/7/2,交通工程,4.匝道的通行能力計算,1) 實際條件下，自由流速度FV的可按下式計算：,FV0按匝道轉彎半徑計算的行車速度（km/h）； FFVW行車寬度修正系數(shù)（ km/h ）； FFVV視距修正系數(shù)（ km/h ）； FFVSL縱坡修正系數(shù)（ km/h ）； FFVS分隔帶修正系數(shù)（ km/h ）； FFVUD駛入道路修正系數(shù)（ km/h ）。,式中：,2019/7/2,交通工程,2) 按匝道轉彎半徑計算的行車速度FV0,利用線性設計的基本公式：,R 匝道最小曲率半徑（m）； i 匝道最大超高橫坡度（% ）； 最大側向力系數(shù)，一般采用0.12。,式中：,3）匝道通行能力計算,2019/7/2,交通工程,合流 兩股分開的車流運行于同一方向，合并成一股車流的過程； 分流 一股單獨的交通流分成兩股或多股車流； 合流、分流部分的通行能力是指高速公路與匝道連接部分的通行能力。,5-3-4 匝道與主線連接處的通行能力,合流、分流、交織示意圖,2019/7/2,交通工程,高速公路組成和影響范圍,2019/7/2,交通工程,匝道交通量Vr 駛入匝道上游主路單向交通量Vf 主路單向最大交通量Vf 與相鄰上游和（或）下游匝道的距離Du、Dd 相鄰上游和（或）下游匝道的交通量Vu、Vd 匝道型式（駛入還是駛出、在連接處的匝道車道數(shù)等）,分合流點通行能力的相關因素分析：,一般分析計算連接處通行能力時，要分析三個關鍵交通量：,匯合交通量Vm：用于駛入匝道 分離交通量Vd：用于駛出匝道 主線交通量Vf：用于任何匯合或分離點,2019/7/2,交通工程,合流部分的通行能力：,V1=136+0.345Vf-0.115Vr 式中：V1高速公路外側車道交通量 Vf高速公路總交通量 Vr匝道交通量 適用條件： 4車道高速公路上單車道駛入匝道(不是環(huán)形)，有或沒有加速車道； 在610米范圍內沒有相鄰上游駛入匝道存在時； 使用交通量范圍：Vf=4003400pcu/h, Vr=50 1500pcu/h。,2019/7/2,交通工程,分流部分通行能力：,V1=165+0.345Vf+0.52Vr 式中：V1高速公路外側車道交通量 Vf高速公路總交通量 Vr匝道交通量 適用條件： 4車道高速公路上單車道駛出匝道，有或沒有減速車道 在975米范圍內沒有相鄰上游駛入匝道存在時 使用交通量范圍：Vf=4004200pcu/h, Vr=50 1500pcu/h,2019/7/2,交通工程,5-4 平面交叉口的通行能力,5-4-1 概述,基本概念 兩條不同方向的車流通過平交路口時會產生車流的交叉,平交路口可能通過的最大交通量就是平面交叉口的通行能力. 它不僅與交叉口所占面積、形狀、入口引道車道條數(shù)、車道寬度、幾何線形及環(huán)境條件有關，而且受相交車流通過交叉口的運行方式交通管理措施等方面的影響。,分類 根據(jù)車流的運行方式,平交路口分為不加任何交通管制的交叉口、中央設圓形島的環(huán)形交立口和設置色燈信號叉口。,2019/7/2,交通工程,5-4-2 無信號管制的交叉口通行能力,無信號交叉口的交通控制方式多運用優(yōu)先規(guī)則控制，因此，可以根據(jù)可插間隙理論計算此類交叉口的通行能力。,十字形交叉路口通行能力計算方法：,式中：Q非非優(yōu)先的次干道上可以通過的交通量 Q優(yōu)主干道優(yōu)先通行的雙向交通量 主干道車輛到達率 可供次干道車輛穿越主干道車流的臨界車頭時距 次干道上車輛間的最小車頭時距,2019/7/2,交通工程,次干道通行能力*（pcu/h）,*次干道通行能力超過主干道雙向交通量的一半是很少出現(xiàn)的,美國規(guī)定的主干道優(yōu)先時支路通行能力的經驗值,2019/7/2,交通工程,T行交叉路口交通流向圖,式中：次干道車輛可穿越匯入主干道車流的車頭時距 1優(yōu)先車流的最小車頭時距 2非優(yōu)先車流的最小車頭時距,2019/7/2,交通工程,5-4-3 環(huán)形交叉口通行能力,常規(guī)環(huán)形交叉口 中心島為圓形或橢圓形，直徑一般在25米以上，交織段長度和交織角大小有一定要求，入口引道一般不擴大成喇叭形; 小型環(huán)形交叉口 中心島的直徑小于25米，引道入口處適當加寬成喇叭形，便于車輛進入交叉口; 微型環(huán)形交叉口 中心島直徑一般小于4米，不一定作成圓形或高出路面，可以在路面上施劃各種標志和設置交通島，主要起引導與分隔作用。,2019/7/2,交通工程,常規(guī)環(huán)形交叉口計算圖示,常規(guī)環(huán)形交叉口通行能力計算,式中： Qm交織段最大通行能力，pcu/h l 交織段長度，m W交織段寬度，m P交織段內參與交織車輛占全部車輛的比例 e入口引道平均寬度，m，e=(e1+e2)/2,沃爾卓普公式：,2019/7/2,交通工程,英國環(huán)境部暫行公式：,適當折減公式：,2019/7/2,交通工程,小型環(huán)形交叉口通行能力計算用圖,(1)英國運輸與道路研究所(TRRL)在所有進口引道交通量均呈飽和狀態(tài)情況下，經多次實驗后得出小型環(huán)形交叉口總通行能力的簡化計算公式:,小型環(huán)形交叉口通行能力計算,式中： Q環(huán)形交叉口總通行能力 W所有引道基本寬度總和 A引道拓寬所增加的總面積，A=a K1計算系數(shù),2019/7/2,交通工程,(2) 紐卡塞(New Castle)根據(jù)TRRL公式作進一步簡化，將A、W兩參數(shù)均歸納為內接圓直徑D，然后根據(jù)交叉道路條數(shù)選取K2值來進行調整，即,式中：Q交叉口實用總通行能力 D內接圓直徑(m) K2計算參數(shù),Q=K2D,2019/7/2,交通工程,5-4-4 信號交叉口機動車的通行能力,停車線法,原理：計算信號控制交叉口通行能力時應以停車線為控制斷面，即認為無論左轉、直行還是右轉，只要在有效綠燈時間內通過停車線，就視為通過了交叉口。,2019/7/2,交通工程,一條直行車道的通行能力,式中： T信號燈周期，一般取用6090s，亦有用到120s Cs一條直行車道的設計通行能力，veh/h tG周期內綠燈時間，s t0綠燈亮后，第一輛車啟動、通過停車線的時間，s，平均取t0=2.3s ti直行車通過停車線的車頭時距，s 折減系數(shù)，建議采用0.9,混合