交通流理論基礎(chǔ)知識(shí)課件

1、第二章第二章交通流理論基礎(chǔ)知識(shí)交通流理論基礎(chǔ)知識(shí)一、交通流基本概念 n交通流：某一時(shí)段內(nèi)，連交通流：某一時(shí)段內(nèi)，連續(xù)通過道路某一斷面的車?yán)m(xù)通過道路某一斷面的車輛或行人的統(tǒng)稱。輛或行人的統(tǒng)稱。n交通基本參數(shù)：交通量、交通基本參數(shù)：交通量、速度、交通密度。速度、交通密度。 Traffic Flow交通量交通量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過道路某一斷面的車輛數(shù)或行人數(shù)單位時(shí)間內(nèi)通過道路某一斷面的車輛數(shù)或行人數(shù)。按交通組成：機(jī)動(dòng)車交通量、非機(jī)動(dòng)車交通量。按交通組成：機(jī)動(dòng)車交通量、非機(jī)動(dòng)車交通量。折算交通量：將不同車型的交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)車型交通量。折算交通量：將不同車型的交通量換算成標(biāo)準(zhǔn)車型交通量。 車型車型出租出租

2、/ /小客（貨）小客（貨）中客中客公交公交/ /大客（貨）大客（貨）自行車自行車摩托車（其它）摩托車（其它）車型換算系數(shù)車型換算系數(shù)1 11.51.52 20.20.20.50.5機(jī)動(dòng)車車型換算系數(shù)機(jī)動(dòng)車車型換算系數(shù) nADT（平均交通量）（平均交通量）nAADT（年平均日交通量）（年平均日交通量）nMADT（月平均日交通量）（月平均日交通量）nWADT（周平均日交通量）（周平均日交通量） 交通量交通量n第第30位小時(shí)交通量位小時(shí)交通量 （30HV）n第第30小時(shí)系數(shù)小時(shí)系數(shù)K=30HV/AADT n設(shè)計(jì)小時(shí)交通量（設(shè)計(jì)小時(shí)交通量（DHV） 交通量交通量n時(shí)變時(shí)變n日變?nèi)兆僴月變?cè)伦僴年變年變

3、 某市五一路客車流量時(shí)變圖某市五一路客車流量時(shí)變圖交通量的時(shí)間變化規(guī)律交通量的時(shí)間變化規(guī)律n路段分布路段分布n車道分布車道分布n方向分布方向分布交通量的空間變化規(guī)律交通量的空間變化規(guī)律車道序號(hào)車道序號(hào)12345310.800.890.650.750.500.650.400.50交通量方向不均勻系數(shù)交通量方向不均勻系數(shù)=雙向交通量主要方向交通量 車道序修正系數(shù)車道序修正系數(shù) 車速車速n 地點(diǎn)車速、行駛車速、區(qū)間車速、臨界車速地點(diǎn)車速、行駛車速、區(qū)間車速、臨界車速n 設(shè)計(jì)車速設(shè)計(jì)車速：具有平均駕駛水平的駕駛員在天氣良好、低交通密度時(shí)能：具有平均駕駛水平的駕駛員在天氣良好、低交通密度時(shí)能 維持的最高

4、安全速度，維持的最高安全速度，作為道路幾何線形設(shè)計(jì)依據(jù)作為道路幾何線形設(shè)計(jì)依據(jù)的車速。的車速。 交通密度交通密度n交通密度（交通密度（K）：某一瞬間，單位長(zhǎng)度內(nèi)一個(gè)車道一個(gè)方向或）：某一瞬間，單位長(zhǎng)度內(nèi)一個(gè)車道一個(gè)方向或 全部車道上的車輛數(shù)。全部車道上的車輛數(shù)。 n車頭間距（車頭間距（hd）：同向連續(xù)行駛的兩車車頭之間間隔的距離）：同向連續(xù)行駛的兩車車頭之間間隔的距離 。n車頭時(shí)距（車頭時(shí)距（ht）：同：同向連續(xù)行駛的兩車車頭之間間隔的時(shí)間向連續(xù)行駛的兩車車頭之間間隔的時(shí)間 。交通量、車速、交通密度三者關(guān)系交通量、車速、交通密度三者關(guān)系n密度很?。鹤杂绍囁?，交通量小；密度很?。鹤杂绍囁?，交通量

5、?。籲最佳密度：臨界車速，交通量最大；最佳密度：臨界車速，交通量最大；n阻塞密度：阻塞密度：Q=V=0 Q=KV二、道路通行能力與服務(wù)水平道路通行能力道路通行能力n基本通行能力：理想的道路與交通條件基本通行能力：理想的道路與交通條件n可能通行能力：通常的道路與交通條件可能通行能力：通常的道路與交通條件n設(shè)計(jì)通行能力：考慮不同的服務(wù)水平設(shè)計(jì)通行能力：考慮不同的服務(wù)水平定義：道路在一定條件下單位時(shí)間內(nèi)所能通過車輛的定義：道路在一定條件下單位時(shí)間內(nèi)所能通過車輛的極限數(shù)極限數(shù)。服務(wù)水平服務(wù)水平n服務(wù)水平：道路使用者從道路狀況、交通條件等方面可能得到服務(wù)水平：道路使用者從道路狀況、交通條件等方面可能得到

6、 的服務(wù)，不同的服務(wù)水平對(duì)應(yīng)不同的服務(wù)交通量的服務(wù)，不同的服務(wù)水平對(duì)應(yīng)不同的服務(wù)交通量 。n服務(wù)水平分級(jí)：行車速度、行車安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性。服務(wù)水平分級(jí)：行車速度、行車安全性、舒適性、經(jīng)濟(jì)性。 各國(guó)劃分不一各國(guó)劃分不一。美美國(guó)國(guó)n可能通行能力可能通行能力交叉口可能可能)/3600(/3600iitNtN通行能力計(jì)算通行能力計(jì)算ti平均車頭時(shí)距（根據(jù)平均車頭時(shí)距（根據(jù)v查表）；查表）；交叉口交叉口平面交叉口修正系數(shù)平面交叉口修正系數(shù)n設(shè)計(jì)通行能力：設(shè)計(jì)通行能力：道路分類道路分類快速路快速路主干路主干路次干路次干路支路支路c0.750.800.850.90cNN可能設(shè)計(jì)道路分類系數(shù)道路分類系數(shù)

7、c c城市道路路段及交叉口服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)城市道路路段及交叉口服務(wù)水平劃分標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)水平服務(wù)水平ABCDEFV/C1.0交通影響評(píng)價(jià)時(shí)，負(fù)荷度（交通影響評(píng)價(jià)時(shí)，負(fù)荷度（V/C）處于）處于B級(jí)級(jí)或或C級(jí)級(jí)水平，說明交通影響水平，說明交通影響區(qū)路段及交叉口對(duì)其項(xiàng)目開發(fā)所產(chǎn)生的交通有一定的承受能力。區(qū)路段及交叉口對(duì)其項(xiàng)目開發(fā)所產(chǎn)生的交通有一定的承受能力。 三、交通量、車速及交通密度調(diào)查交通量調(diào)查時(shí)間交通量調(diào)查時(shí)間n春秋季節(jié)，周二到周四春秋季節(jié)，周二到周四n24小時(shí)（晝間小時(shí)（晝間12或或16小時(shí)）小時(shí)）n高峰小時(shí)（早高峰、晚高峰）高峰小時(shí)（早高峰、晚高峰）交通量調(diào)查地點(diǎn)交通量調(diào)查地點(diǎn)交通量調(diào)查方法交通

8、量調(diào)查方法n路旁測(cè)記法路旁測(cè)記法 人工計(jì)數(shù)、自動(dòng)計(jì)測(cè)法人工計(jì)數(shù)、自動(dòng)計(jì)測(cè)法n流動(dòng)車測(cè)定法流動(dòng)車測(cè)定法光電式計(jì)數(shù)器光電式計(jì)數(shù)器交通量調(diào)查資料整理交通量調(diào)查資料整理n匯總表匯總表n柱狀圖（直方圖）柱狀圖（直方圖）流向流向分布圖分布圖交通流量交通流量分布圖分布圖車速調(diào)查車速調(diào)查n人工量測(cè)法人工量測(cè)法n測(cè)速雷達(dá)儀測(cè)速雷達(dá)儀測(cè)速雷達(dá)槍測(cè)速雷達(dá)槍 地點(diǎn)車速地點(diǎn)車速 區(qū)間車速（行駛車速）區(qū)間車速（行駛車速）n汽車牌照法、流動(dòng)車測(cè)定法汽車牌照法、流動(dòng)車測(cè)定法四、交通流理論研究方法研究方法n概率論方法概率論方法n交通跟馳理論交通跟馳理論n流體力學(xué)方法流體力學(xué)方法概率論方法概率論方法離散型分布（泊松分布）離散型分

9、布（泊松分布）泊松分布泊松分布!)(xemxpmxn通過道路某一點(diǎn)的車通過道路某一點(diǎn)的車輛數(shù)常服從泊松分布。輛數(shù)常服從泊松分布。nx時(shí)間段時(shí)間段t內(nèi)通過的車輛數(shù)內(nèi)通過的車輛數(shù)np（x）時(shí)間段時(shí)間段t內(nèi)通過內(nèi)通過x輛車的概率輛車的概率nm時(shí)間段時(shí)間段t內(nèi)通過車輛數(shù)的平均值。內(nèi)通過車輛數(shù)的平均值。例例1n某一信號(hào)燈控制的交叉口，其東西方向的綠燈時(shí)間長(zhǎng)為某一信號(hào)燈控制的交叉口，其東西方向的綠燈時(shí)間長(zhǎng)為60秒，該方向秒，該方向的交通量為的交通量為360veh/h，南北方向的交通量為，南北方向的交通量為100veh/h。求設(shè)計(jì)上具有。求設(shè)計(jì)上具有95%置信度的東西方向道路在每個(gè)綠燈時(shí)間能通過的車輛數(shù)以及

10、在南置信度的東西方向道路在每個(gè)綠燈時(shí)間能通過的車輛數(shù)以及在南北方向道路上紅燈期間受阻的車輛數(shù)。北方向道路上紅燈期間受阻的車輛數(shù)。!)(xemxpmx例例2n某路段，交通流量為某路段，交通流量為360輛輛h，車輛到達(dá)符合泊松分布。求在，車輛到達(dá)符合泊松分布。求在 1s、2s、3s時(shí)間內(nèi)無車的概率。時(shí)間內(nèi)無車的概率。!)(xemxpmx例例3n有有60輛車隨意分布在輛車隨意分布在5km長(zhǎng)的道路上，對(duì)其中任意長(zhǎng)的道路上，對(duì)其中任意500m長(zhǎng)的一長(zhǎng)的一段，試求有段，試求有4輛車的概率、大于輛車的概率、大于4輛車的概率。輛車的概率。!)(xemxpmx概率論方法概率論方法離散型分布（二項(xiàng)式分布）離散型分

11、布（二項(xiàng)式分布）xnxxnqpCxp)(n二項(xiàng)式分布：可用以預(yù)測(cè)違反交通規(guī)則的車輛數(shù)，在交叉口二項(xiàng)式分布：可用以預(yù)測(cè)違反交通規(guī)則的車輛數(shù)，在交叉口可能的轉(zhuǎn)彎車輛數(shù)以及在路段上行駛速度超限的車輛數(shù)等?？赡艿霓D(zhuǎn)彎車輛數(shù)以及在路段上行駛速度超限的車輛數(shù)等。n試驗(yàn)次數(shù)；試驗(yàn)次數(shù)；x成功次數(shù)；成功次數(shù)；p在任何給定的試驗(yàn)中成功的概率；在任何給定的試驗(yàn)中成功的概率；q在任何給定的試驗(yàn)中失敗的概率。在任何給定的試驗(yàn)中失敗的概率。例例4n在某紅綠燈交叉口上，據(jù)統(tǒng)計(jì)有在某紅綠燈交叉口上，據(jù)統(tǒng)計(jì)有25%的騎自行車者不遵守交通規(guī)則，的騎自行車者不遵守交通規(guī)則，當(dāng)隨機(jī)抽取當(dāng)隨機(jī)抽取5位騎自行車者時(shí)可能位騎自行車者時(shí)可

12、能2位不遵守交通規(guī)則的概率是多少？位不遵守交通規(guī)則的概率是多少？xnxxnqpCxp)(例例5n一交叉口，設(shè)置了專供左轉(zhuǎn)的信號(hào)燈，經(jīng)研究指出：來車符合一交叉口，設(shè)置了專供左轉(zhuǎn)的信號(hào)燈，經(jīng)研究指出：來車符合二項(xiàng)分布，每一周期內(nèi)平均到達(dá)二項(xiàng)分布，每一周期內(nèi)平均到達(dá)20輛車，有輛車，有25%的車輛左轉(zhuǎn)，的車輛左轉(zhuǎn)，求：求： （1）到達(dá)三輛車中有一輛左轉(zhuǎn)車的概率；）到達(dá)三輛車中有一輛左轉(zhuǎn)車的概率； （2）某一周期中無左轉(zhuǎn)車的概率。）某一周期中無左轉(zhuǎn)車的概率。xnxxnqpCxp)(概率論方法概率論方法連續(xù)型分布（連續(xù)型分布（1）methp )(n負(fù)指數(shù)分布負(fù)指數(shù)分布：常用于研究交通流中的車頭時(shí)距等。：

13、常用于研究交通流中的車頭時(shí)距等。n相繼發(fā)生事件的時(shí)間間隔相繼發(fā)生事件的時(shí)間間隔ht的概率的概率n相繼發(fā)生事件的時(shí)間間隔相繼發(fā)生事件的時(shí)間間隔ht的概率的概率methp1)(例例6：n在在Q=400（veh/h）的車流量時(shí)，等于或大于）的車流量時(shí)，等于或大于9s的車頭時(shí)距的的車頭時(shí)距的概率是多少？概率是多少？概率論方法概率論方法連續(xù)型分布（連續(xù)型分布（2）)/()()(cTctethpn移位的負(fù)指數(shù)分布移位的負(fù)指數(shù)分布：考慮前后兩車頭間的極限車頭時(shí)距。：考慮前后兩車頭間的極限車頭時(shí)距。C車頭間最小間隔（車頭間最小間隔（11.5s）；T平均車頭間隔（平均車頭間隔（s）。）。例例7n在一處不設(shè)信號(hào)燈

14、管制的交叉口，次要道路上的車輛為能橫穿主要道在一處不設(shè)信號(hào)燈管制的交叉口，次要道路上的車輛為能橫穿主要道路上的車流，需要主要道路上的車流中出現(xiàn)大于或等于路上的車流，需要主要道路上的車流中出現(xiàn)大于或等于6s的車頭時(shí)距，的車頭時(shí)距，如果主要道路上的流量為如果主要道路上的流量為1200（veh/h），問車頭時(shí)距大于或等于），問車頭時(shí)距大于或等于6s的的概率為多少？如果考慮最小間隔長(zhǎng)度概率為多少？如果考慮最小間隔長(zhǎng)度C為為1.0s，則大于或等于，則大于或等于6s的概率的概率為多少？為多少？)/()()(cTctethpmethp )(交通流排隊(duì)理論交通流排隊(duì)理論n排隊(duì)論排隊(duì)論：以概率論為基礎(chǔ)。：以概率

15、論為基礎(chǔ)。n排隊(duì)：?jiǎn)沃傅却?wù)的車輛。排隊(duì)：?jiǎn)沃傅却?wù)的車輛。n排隊(duì)系統(tǒng)：包括等待服務(wù)與排隊(duì)系統(tǒng)：包括等待服務(wù)與 正在接受服務(wù)的車輛。正在接受服務(wù)的車輛。收費(fèi)站車輛排隊(duì)收費(fèi)站車輛排隊(duì)單通道排隊(duì)服務(wù)系統(tǒng)單通道排隊(duì)服務(wù)系統(tǒng)（M/M/1）n顧客平均到達(dá)率：顧客平均到達(dá)率：n系統(tǒng)的服務(wù)率：系統(tǒng)的服務(wù)率：n交通強(qiáng)度（利用系數(shù)）交通強(qiáng)度（利用系數(shù)）= = / / 。n確保單通道排隊(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件：確保單通道排隊(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件： 1（ ） 多通道排隊(duì)服務(wù)系統(tǒng)多通道排隊(duì)服務(wù)系統(tǒng)（M/M/N）n單路排隊(duì)多通道服務(wù)單路排隊(duì)多通道服務(wù)n多路排隊(duì)多通道服務(wù)（轉(zhuǎn)化為多路排隊(duì)多通道服務(wù)（轉(zhuǎn)化為M/M/1系統(tǒng)）系統(tǒng)）n

16、：各通道：各通道的平均值。的平均值。排隊(duì)方式：排隊(duì)方式：1N確保系統(tǒng)穩(wěn)定的條件：確保系統(tǒng)穩(wěn)定的條件：服務(wù)方式比較服務(wù)方式比較nN相同時(shí)，單路排隊(duì)優(yōu)于多路排隊(duì)，系統(tǒng)疏散快。相同時(shí)，單路排隊(duì)優(yōu)于多路排隊(duì)，系統(tǒng)疏散快。單路排隊(duì)多通道服務(wù)單路排隊(duì)多通道服務(wù)多路排隊(duì)多通道服務(wù)多路排隊(duì)多通道服務(wù)系統(tǒng)中車輛數(shù)系統(tǒng)中車輛數(shù)6.65.0平均排隊(duì)長(zhǎng)度平均排隊(duì)長(zhǎng)度34.17系統(tǒng)中消耗時(shí)間系統(tǒng)中消耗時(shí)間10.030.0平均排隊(duì)時(shí)間平均排隊(duì)時(shí)間5.025.0服務(wù)方式服務(wù)方式服務(wù)指標(biāo)服務(wù)指標(biāo)跟馳理論跟馳理論n制約性制約性n延遲性延遲性n傳遞性傳遞性 車輛跟弛特性：車輛跟弛特性：流體力學(xué)模擬理論流體力學(xué)模擬理論n車流波動(dòng)理

17、論車流波動(dòng)理論n適用范圍：分析瓶徑路段的車輛擁擠問題。適用范圍：分析瓶徑路段的車輛擁擠問題。作業(yè)（一）：作業(yè)（一）：n在長(zhǎng)為在長(zhǎng)為8km的路段上隨意分布著的路段上隨意分布著80輛汽車。試求：任意輛汽車。試求：任意1km路段路段 沒有車的概率；沒有車的概率； 有有5輛車的概率；輛車的概率； 大于大于5輛車的概率。輛車的概率。作業(yè)（二）：作業(yè)（二）：n某交叉口信號(hào)周期長(zhǎng)為某交叉口信號(hào)周期長(zhǎng)為90s，某相應(yīng)的有效綠燈時(shí)間為，某相應(yīng)的有效綠燈時(shí)間為45s，在有，在有效綠燈時(shí)間內(nèi)排隊(duì)車輛以效綠燈時(shí)間內(nèi)排隊(duì)車輛以1200輛輛/h的流量通過交叉口。假設(shè)信號(hào)的流量通過交叉口。假設(shè)信號(hào)交叉口上游車輛到達(dá)率為交叉口上游車輛到達(dá)率為400輛輛/h，服從泊松分布。求：，服從泊松分布。求： （1）一個(gè)周期內(nèi)到達(dá)車輛不超過）一個(gè)周期內(nèi)到達(dá)車輛不超過10輛的概率；輛的概率； （2）