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(shí)際運(yùn)行狀況通行能力分析三 規(guī)劃和設(shè)計(jì)階段通行能力分析四 計(jì)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(jì)年限內(nèi)能適應(yīng)年平均晝夜交通量25000 55000pcu d的高等級(jí)公路 高速公路一般符合下列4個(gè)條件 1 只供汽車(chē)高速行駛 2 設(shè)有多車(chē)道 中央分隔帶 將往返交通完全隔開(kāi) 3 設(shè)有平面 立體交叉口 4 全線(xiàn)封閉 出入口控制 只準(zhǔn)汽車(chē)在規(guī)定的一些立體交叉口進(jìn)出公路 通行能力分析的作用 確定新建或擴(kuò)建交通設(shè)施的車(chē)道寬和車(chē)道數(shù) 評(píng)價(jià)交通設(shè)施改建后的運(yùn)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(diǎn) 三個(gè)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(zhǔn)條件設(shè)計(jì)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(jí)干線(xiàn)公路平整度對(duì)速度無(wú)影響交通秩序和交通管理好 2 標(biāo)準(zhǔn)化交通條件 理想條件 通常以車(chē)頭時(shí)距作為基礎(chǔ)來(lái)計(jì)算流量的 4 1 式中 F 流率 veh h ln或veh h Hav 平均車(chē)頭時(shí)距 s veh 在實(shí)測(cè)交通流中可以觀測(cè)到4種車(chē)頭時(shí)距 即 P P 小客車(chē)跟隨小客車(chē) P T 小客車(chē)跟隨大客車(chē) T P 大客車(chē)跟隨小客車(chē) T T 大客車(chē)跟隨大客車(chē) 標(biāo)準(zhǔn)化交通流的計(jì)算 可利用小客車(chē)的速度作為車(chē)流速度 用車(chē)輛折算系數(shù)計(jì)算某時(shí)間間隔內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)車(chē)數(shù)量 PC PCEi Ni車(chē)流密度 Dp Fp SpFp 標(biāo)準(zhǔn)車(chē)流率 pcu h ln或pcu h Sp 小客車(chē)平均速度 km h Dp 車(chē)流密度 pcu km ln 第二節(jié)實(shí)際運(yùn)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(diǎn)選擇高速公路基本路段的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)可分為三類(lèi) 1 理想條件的路段 選擇的主要標(biāo)準(zhǔn)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(chē)道寬度 自由流速度和交通組成 3 修正方法的驗(yàn)證路段 注意事項(xiàng) 1 為了進(jìn)行觀測(cè)路段平均速度 所選觀測(cè)路段不宜短于2km 2 觀測(cè)點(diǎn)的位置應(yīng)避免選在有車(chē)輛進(jìn)出的地方 以保證交通流數(shù)據(jù)的正常 3 由于觀測(cè)儀器對(duì)駕駛員的正常駕駛也會(huì)造成影響 所以?xún)x器的安放問(wèn)題在觀測(cè)點(diǎn)選擇時(shí)應(yīng)該一并考慮 4 總而言之 所選觀測(cè)點(diǎn)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(cè)地點(diǎn)應(yīng)在平坡直線(xiàn)路段 遠(yuǎn)離匝道和交叉口 并不受交叉口停車(chē) 車(chē)輛加減速 換車(chē)道的影響 所選的觀測(cè)點(diǎn)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(cè)方法單面觀測(cè)法區(qū)段觀測(cè)法 3 數(shù)據(jù)樣本要求需要觀測(cè)的車(chē)速樣本量由式 2 1 估算 計(jì)算觀測(cè)車(chē)速樣本數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)差 兩車(chē)道8 5km h 四車(chē)道取6 8km h 六車(chē)道取5 2km h 雙方向 E 計(jì)算車(chē)速允許誤差 取決于平均車(chē)速的精度要求 一般為1 5 2km h c 滿(mǎn)足期望置信水平對(duì)應(yīng)的常數(shù) 表4 3 4 資料和整理和分析 1 斷面觀測(cè)數(shù)據(jù)處理方法單車(chē)信息 包括車(chē)輛通過(guò)的車(chē)道號(hào) 通過(guò)時(shí)間 車(chē)頭時(shí)距 地點(diǎn)速度 車(chē)型 軸數(shù)和各軸間的軸距 統(tǒng)計(jì)速度信息 地點(diǎn)速度 自由流車(chē)輛和全部車(chē)輛的速度分布 自由流車(chē)輛是指車(chē)頭時(shí)距大于8s的車(chē)輛 Vi 時(shí)間平均速度 km h VS 區(qū)間平均速 km h 統(tǒng)計(jì)流量信息 統(tǒng)計(jì)各時(shí)間段內(nèi)各車(chē)型的數(shù)量 平均速度 平均密度 用于計(jì)算宏觀車(chē)輛系數(shù)和建立交通流統(tǒng)計(jì)分析模型 統(tǒng)計(jì)車(chē)頭時(shí)距 從0 200km h將車(chē)輛速度按5km h的步長(zhǎng)劃分為40個(gè)區(qū)間段 統(tǒng)計(jì)各速度區(qū)間內(nèi)各車(chē)型的車(chē)頭時(shí)距均值 用于車(chē)輛折算系數(shù) 2 區(qū)間觀測(cè)數(shù)據(jù)處理方法驗(yàn)證修正系數(shù)的正確性 統(tǒng)計(jì)各車(chē)型的區(qū)間速度 二 實(shí)際條件下通行能力的計(jì)算1 基本通行能力又稱(chēng)理論通行能力 是指在一定時(shí)間段 取15min或1h 和理想的道路 交通及管制條件下 一條車(chē)道的一個(gè)斷面所容許通過(guò)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(jì)速度高低有關(guān)系 設(shè)計(jì)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(shí)際條件下的通行能力C CB fCW fSW fHV式中 C 實(shí)際條件下的通行能力 pcu h CB 基本通行能力 pcu h fCW 行車(chē)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(chē)道寬度對(duì)通行能力的修正系數(shù)當(dāng)車(chē)道寬度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)其通過(guò)量能達(dá)到理論上的最大值 當(dāng)車(chē)道寬度小于該值時(shí) 則通行能力降低 P51表4 4高速公路行車(chē)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(shí)會(huì)使駕駛員感到不安全 從而降速 偏離車(chē)道線(xiàn) 使旁側(cè)車(chē)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(duì)通行能力的修正系數(shù)大型車(chē)和中型車(chē)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(zhǎng)度方向劃分為具有相似特征的若干路段 然后分別對(duì)每個(gè)路段進(jìn)行通行能力分析 每個(gè)分析路段的交通運(yùn)行狀況都不能受立交出入的影響 且整個(gè)分析路段的交通特征和車(chē)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(lèi)別平原地形 丘陵地形 山嶺地形 根據(jù)表4 1平曲線(xiàn)半徑和縱坡坡度 來(lái)確定路段所屬的地形類(lèi)別 確定設(shè)計(jì)小時(shí)交通量和車(chē)輛折算系數(shù)DDHV AADT HTF DDDHV 單向設(shè)計(jì)小時(shí)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(shí)交通系數(shù) 即設(shè)計(jì)小時(shí)交通量與年平均日交通量之比值 默認(rèn)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(chē)輛折算系數(shù) 2 查出 計(jì)算 各修正系數(shù) 計(jì)算實(shí)際通行能力C CB fHV fSW fCWfHVfSWfCW 3 確定區(qū)間速度 運(yùn)行時(shí)間和服務(wù)水平等級(jí)LOS 4 分析當(dāng)?shù)夭煌诶硐氲臈l件因素 調(diào)整和分析說(shuō)明 三 路段交通運(yùn)行狀況分析主要是評(píng)價(jià)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(yùn)行狀況 1 交通流飽和度的確定不同方向單車(chē)道的流量Q 與通行能力C比值 Q C 2 實(shí)際運(yùn)行速度的確定選擇曲線(xiàn) 交通流量Q 實(shí)際運(yùn)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(chē)流密度 平均運(yùn)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(jì)階段通行能力分析 目的是確定公路設(shè)施的幾何線(xiàn)形 在設(shè)計(jì) 規(guī)劃階段 計(jì)算在特定的運(yùn)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(chē)道數(shù) 行車(chē)道寬度等 并預(yù)測(cè)其它一些設(shè)計(jì)要素 如預(yù)留中央分隔帶 調(diào)整路肩寬度 設(shè)置爬坡車(chē)道 對(duì)通行能力和運(yùn)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(jì)標(biāo)準(zhǔn) 2 預(yù)測(cè)遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)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(chē)輛換算系數(shù) 2 分析步驟 1 計(jì)算單向設(shè)計(jì)小時(shí)交通量DDHVDDHV AADT HTF D 4 14 2 計(jì)算高速公路每一方向所需車(chē)道數(shù)N交通工程手冊(cè) N DDHV CB V C i fCW fSW fHV 教材 N DDHV SFL PHF 說(shuō)明 考慮特定上坡路段的設(shè)計(jì)小時(shí)交通量超過(guò)其路段設(shè)計(jì)通行能力時(shí) 需考慮設(shè)置爬坡車(chē)道 還要進(jìn)行運(yùn)行分析一邊對(duì)服務(wù)水平作出比較 3 預(yù)測(cè)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(píng)價(jià)交通運(yùn)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(chē)道占用率模型的通行能力分析方法 以Greenshieds速度 密度線(xiàn)性模型為基礎(chǔ) 4 18 4 19 再對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模型擬合 回歸分析 進(jìn)行極大值求解 得到通行能力C 2 基于交通流統(tǒng)計(jì)分析模型的通行能力分析根據(jù)自由流速度進(jìn)行分類(lèi)速度 密度散點(diǎn)進(jìn)行曲線(xiàn)擬合 參數(shù)標(biāo)定進(jìn)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(jì)算示例 課后練習(xí) 習(xí)題1 2 根據(jù)實(shí)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(jì)小時(shí)交通量DDHV計(jì)算V C或V C DDHV CB fHV fSW fCW 確定對(duì)應(yīng)的服務(wù)水平LOS分析說(shuō)明 其他影響因素 實(shí)際通行能力分析步驟 設(shè)計(jì)階段的服務(wù)水平分析時(shí)應(yīng)用DDHV 所需資料 選定設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 各修正系數(shù) 遠(yuǎn)景設(shè)計(jì)年限的AADT交通組成確定設(shè)計(jì)采用的LOS以及 V C i計(jì)算分析確定各修正參數(shù)值DDHV AADT HTF D車(chē)道數(shù)N DDHV CB V C i fHV fSW fC