第二章 第一節(jié)交通流特性

1、第二章第二章 交通流理論基礎知識交通流理論基礎知識45627312.1.1 2.1.1 概概 述述交通流：在道路上通行的交通流：在道路上通行的人流和車流。人流和車流。主要研究車流。主要研究車流。交通流交通流自由流、穩(wěn)定流、不穩(wěn)定流、強制流自由流、穩(wěn)定流、不穩(wěn)定流、強制流機動車流、非機動車流、混合交通流機動車流、非機動車流、混合交通流連續(xù)交通流和間斷交通流連續(xù)交通流和間斷交通流交叉、合流、分流、交織流交叉、合流、分流、交織流不同的分類標準不同的分類標準 1.交通流交通流宏觀參數宏觀參數: : 用于描述交通流的整體特性，包括用于描述交通流的整體特性，包括交通量、交通量、速度、交通流密度速度、交通流

2、密度。微觀參數：微觀參數：用于描述交通流中彼此相關的車輛之間的運用于描述交通流中彼此相關的車輛之間的運行特性，包括車頭時距、車頭間距。行特性，包括車頭時距、車頭間距。 2.交通流的參數交通流的參數 45627312.1.2 2.1.2 交通量和流率交通量和流率一般指來往兩個方向車輛數一般指來往兩個方向車輛數區(qū)別：交通量是實際觀測值，流率為換算等效值。區(qū)別：交通量是實際觀測值，流率為換算等效值。交通量：交通量：在單位時間內，通過道路（或道路上某一條車在單位時間內，通過道路（或道路上某一條車道）指定地點或斷面的道）指定地點或斷面的車輛數車輛數。流率流率：在不足：在不足1h1h的時間段內（通常是的時

3、間段內（通常是15min15min），通過道），通過道路（或道路上某一條車道）指定地點或斷面的車輛數經路（或道路上某一條車道）指定地點或斷面的車輛數經過等效轉換得到的單位小時的車輛數。過等效轉換得到的單位小時的車輛數。 1.交通量與流率交通量與流率* iQ36511365iiAADTQ某天通過指定地點的車輛數某天通過指定地點的車輛數1）日交通量）日交通量 2.交通量的表達方式交通量的表達方式 * 11niiADTQniQ n 某天通過指定地點的車輛數某天通過指定地點的車輛數計算時間段的天數計算時間段的天數11niiADTQn本月的天數一個月的日交通量之和MDAT7171iiQWDAT各個平均日

4、交通量間的關系：各個平均日交通量間的關系：（1）高峰小時交通量高峰小時交通量交通量小時變化一般呈馬鞍形，上下午各有一個高峰，在交通量呈現(xiàn)高峰的那個小時，叫做高峰小時，對應的交通量為高峰小時交通量，并且通常是指單向的，即上行和下行兩個方向的交通量要分別統(tǒng)計。（2）第第30位小時交通量位小時交通量將一年中8760h交通量 的觀測值依大小順序排列， 排在第30位的小時交通量稱 為第30位小時交通量。30120101119年度高峰小時交通量排序曲線年度高峰小時交通量排序曲線第第30位小時交通量位小時交通量高峰小時交通量占年平均日交高峰小時交通量占年平均日交通量的百分比（通量的百分比（% %）2） 小時

5、交通量小時交通量（3）單向設計小時交通量DDHVDDHV具有方向性的設計小時交通量（輛具有方向性的設計小時交通量（輛h h）；）；AADTAADT年平均日交通量（輛天）；年平均日交通量（輛天）； K K 設計小時交通量系數設計小時交通量系數,K,K隨著道路周圍地區(qū)人口密度的增加而減少隨著道路周圍地區(qū)人口密度的增加而減少. .D D 方向不均勻系數。方向不均勻系數。在高峰小時內的總交通量中，高峰方向所占的在高峰小時內的總交通量中，高峰方向所占的 比例（比例（% %）. .變化由交通量的方向分布特性決定。變化由交通量的方向分布特性決定。DDHVAADTKD 滿足絕大多數小時車流量的通滿足絕大多數小

6、時車流量的通過，避免建成后大多數時間車流過，避免建成后大多數時間車流量很低造成資源浪費、投資效益量很低造成資源浪費、投資效益低低第30位小時交通量，它與AADT的比值K稱為第30位小時交通量系數，也稱設計小時交通量系數，分布在11%-15%間，平均13.3%。規(guī)范中將K取設計高峰小時交通量與AADT的比值，9%-14%，取11%112DDHVnCWWn1C 每一車道的設計通行能力3.應用設計小時交通量計算路幅寬度：應用設計小時交通量計算路幅寬度： 1） 交通量的月變化交通量的月變化 2） 交通量的日變化 3） 交通量的時變化4. 交通量的時間分布特性交通量的時間分布特性kiiiiQkQMADT

7、AADTK136511/3651月平均日交通量年平均日交通量月1） 交通量的月變化年平均日交通量計算：年平均日交通量計算： AADT=12AADT=12個月的月平均交通量總和個月的月平均交通量總和/12/121/M以月份為橫月份為橫坐標坐標，以月月變系數的倒變系數的倒數數1 1M M為縱為縱坐標，坐標，繪制的一年內路段觀測斷面上的交通量變化曲線，這種曲線稱為月交通量月交通量變化圖變化圖 1月6月12月0.80.91.001.1月交通量變化圖月交通量變化圖北京宣武門大街107國道長沙回龍鋪站2月4月11月2） 交通量的日變化ADTAADTKd日交通量全年某周內各天的平均年平均日交通量0.800.

8、901.001.10一二三四五六日周交通量變化圖周交通量變化圖AADT以每周的各每周的各日日為橫橫坐標，周變系數周變系數l l為縱縱坐標繪制的曲線稱為周交通周交通量變化圖量變化圖 （1）高峰小時交通量變化 交通設施的設計、運營、控制都是以考慮高峰小時交通量為前提； 在同一地點高峰小時交通量有或多或少的變化，但高峰小時卻每天都幾乎發(fā)生在同一時間段； 對于一個給定的地點高峰小時交通量大小隨日期、季節(jié)的不同而不同。 3） 交通量的時變化日高峰小時交通量占年平均日高峰小時交通量占年平均日交通量的百分比日交通量的百分比圖是一組各圖是一組各種設施種設施日高日高峰小時交通峰小時交通量對年平均量對年平均日交通

9、量的日交通量的百分比百分比。道。道路路1 1的的斜度斜度最最大，它所反大，它所反映的是該道映的是該道路在一年中路在一年中的某幾天有的某幾天有非常大的高非常大的高峰小時流量。峰小時流量。193120 30 50 100 150 200 250 300 350小時交通量順序小時交通量順序百分比百分比(%)(%)高峰小時交通量占年平均交通量高峰小時交通量占年平均交通量不同公路的高峰小時交通量特性不同公路的高峰小時交通量特性1-1-河北三河河北三河 15.015.0；2-2-天津武清天津武清 13.613.6；3-3-廣東廣東聯(lián)和聯(lián)和 11.711.7101112131415161718（2 2）不足

10、）不足1 1小時的變化小時的變化交通流特性常與短周期內交通流的波動有關，高峰小交通流特性常與短周期內交通流的波動有關，高峰小時內的小時交通量與最大流率的比值，稱為時內的小時交通量與最大流率的比值，稱為高峰小時系數一般來說，一般來說， PHF值在0.70到0.98之間，較低的值意味著流量變化較大。之間，較低的值意味著流量變化較大。PHF 小時交通量該小時的高峰流率 1） 方向分布一條道路往返兩個方向的交通量，在某一特定的時間內，兩方向上的交通量可能不同. 方向不均衡性用方向分布系數 表示：DK1 0 0 %DK主 要 行 車 方 向 交 通 量雙 向 行 車 的 總 交 通 量 方向性分布是變通

11、量的一個重要特性方向性分布是變通量的一個重要特性, ,發(fā)生在一個方發(fā)生在一個方向上的交通量的飽和值必須在兩個方向上都能用設向上的交通量的飽和值必須在兩個方向上都能用設施予以滿足施予以滿足 。5. 交通量空間分布特性：交通量空間分布特性： 當一個方向有多條車道時，各車道上交通量的分布是不同的，慢車和較重車輛趨向于右側車道。 在我國城市道路設計中，分析路段通行能力的影響因素時，認為靠近路中心線的車道受影響小，而靠近路緣石的車道受影響大。其影響用折減系數“ ”表示。 據統(tǒng)計其影響系數分別為： 自路中線起第一條車道是1.00， 第二條車道是0.80-0.89， 第三條車道是0.65-0.78， 第四條

12、車道是0.50-0.65。條 2） 車道分布 在同一時間內路網上各路段的交通量的差異用路網交通量分布圖表示。 3） 路段分布路段交通量分布圖路段交通量分布圖6.交通量的換算：交通量的換算：小時）公里標準車型的平均速度（小時）公里換算車型的平均速度（標準車型的寬度（米）換算車型的寬度（米）車輛換算系數/V / V B B ii iiVBVB/ 7.交通量資料的應用交通量資料的應用1)交通規(guī)劃2）道路設計3）交通管理4）交通事故評價5）經濟分析45627311 1 幾種速度的定義幾種速度的定義2.1.3 2.1.3 速度速度 設行駛距離為設行駛距離為s s，所需時間為，所需時間為t t，則車速可用

13、，則車速可用s/ts/t表示。表示。按按s s和和t t的取值不同，可定義不同的車速。的取值不同，可定義不同的車速。車速車速運行車速運行車速行程車速行程車速地點車速地點車速設計車速設計車速車輛通過道路特定地點車輛通過道路特定地點的的瞬時速度。瞬時速度。路段長度除以通過該路段路段長度除以通過該路段的行程時間，又叫區(qū)間車速的行程時間，又叫區(qū)間車速在道路交通與氣候條件在道路交通與氣候條件良好的情況下，僅受道良好的情況下，僅受道路條件限制所能保持路條件限制所能保持的最大安全車速。的最大安全車速。在不超過路段設計車速在不超過路段設計車速的情況下，車輛在給定交的情況下，車輛在給定交通流中能夠達到的最大通流

14、中能夠達到的最大安全車速安全車速1)時間平均車速 定義：是指在特定的時間區(qū)間內，通過道路某一地點的所有車輛點速度的算術平均值。 式中 時間平均速度； 第i輛車的點速度； 觀測的車輛數。niitvnv11tv2 2 時間平均速度和區(qū)間平均速度時間平均速度和區(qū)間平均速度 2 2) ) 區(qū)間平均車速區(qū)間平均車速 定義：定義：是某路段的是某路段的長度長度與通過該路段與通過該路段所有車輛的平均行程時間所有車輛的平均行程時間之比。在數學上區(qū)間平均車速是通過路段所有車輛的行程車之比。在數學上區(qū)間平均車速是通過路段所有車輛的行程車速的調和平均值。速的調和平均值。11sniilvtn 式中：式中： 區(qū)間平均速度

15、區(qū)間平均速度; ; 第第i i輛車行駛輛車行駛L L距離所用的時間；距離所用的時間； n n 觀測到的車輛數；觀測到的車輛數； L L 行駛路段的長度。行駛路段的長度。 svit地點車速的分布特性采用速度頻率分布曲線和累積頻率曲線表示，并從累積頻率曲線中選取一些特征值作為描述速度特性的指標。3 3 速度分布和百分位車速速度分布和百分位車速1) 1) 頻率最高值與頻率最高值與最常見車速最常見車速 頻率最高值為觀頻率最高值為觀測速度中出現(xiàn)測速度中出現(xiàn)頻率最多的那個速度值，的那個速度值，此速度稱為最常見此速度稱為最常見車速車速0102030405015304560速度（km/h）速度頻率%頻頻率率最

16、最高高值值對對應應最最常常見見車車速速圖36 速度頻率分布曲線2)2) 百分位車速百分位車速 在速度累積頻率分布曲線圖上，與縱坐標上累加百分數相應的車速稱在速度累積頻率分布曲線圖上，與縱坐標上累加百分數相應的車速稱百分位車速。百分位車速。圖 3-7 累積頻率分布曲線17.5km/h23.5km/h7%15%85%50%93%32km/h39km/h47km/h累積頻率（%）速度（km/h）102030405060700809010020103040506015%位車速50%位車速85%位車速（1 1） 8585位車速位車速 表示所觀測到的車輛中，有表示所觀測到的車輛中，有8585的車輛的車輛具

17、有這種速度值或者在這個速度具有這種速度值或者在這個速度以下。在交通管理上常用此速度作為某些路段的最高車速限制標準。以下。在交通管理上常用此速度作為某些路段的最高車速限制標準。（2 2） 5050位車速位車速( (常稱中位車速常稱中位車速) ) 表示在該車速以下行駛的車輛數等于在該車速以上行駛的車輛數，又表示在該車速以下行駛的車輛數等于在該車速以上行駛的車輛數，又稱為中值速度。稱為中值速度。（3 3） 1515位車速位車速 表示在該車速及低于該車速行駛的車輛數占被觀測車總數的表示在該車速及低于該車速行駛的車輛數占被觀測車總數的1515。常。常用此車速作為觀測路段的最低限制車速，認為車速低于該速度

18、時，往往會用此車速作為觀測路段的最低限制車速，認為車速低于該速度時，往往會妨礙交通，導致發(fā)生事故的危險。妨礙交通，導致發(fā)生事故的危險。1）道路條件：道路線型條件；環(huán)境；道路等級；路面質量； 交通組成；（機動車、自行車、行人） 2）車輛條件 3）駕駛員條件 4）環(huán)境條件4 4 影響速度的因素影響速度的因素4562731 在某一瞬間，單位長度道路上存在的車輛數。 式中:K某瞬間的交通流密度; N車輛數； L觀測路段長度。2.1.4 2.1.4 交通流密度交通流密度 1 1）密度是個瞬間值，它隨觀測的時刻和觀測的路段長度）密度是個瞬間值，它隨觀測的時刻和觀測的路段長度 而變化，通常用觀測的總計時間內

19、的平均值表示。而變化，通常用觀測的總計時間內的平均值表示。 2 2）交通流密度應用廣泛，）交通流密度應用廣泛，根據根據密度判定交通擁擠程度，是密度判定交通擁擠程度，是交通組織管理的重要依據，還是劃分道路交通設施服務水平交通組織管理的重要依據，還是劃分道路交通設施服務水平的主要指標之一的主要指標之一 1.交通流密度交通流密度密度密度最佳密度最佳密度阻塞密度阻塞密度交通流量最大時的車流密交通流量最大時的車流密度，相應車速為臨界車速。度，相應車速為臨界車速。密度過大，道路阻塞無法通密度過大，道路阻塞無法通行時的密度，此時交通量和行時的密度，此時交通量和車速均為零車速均為零11naiiRlLaR1)

20、空間占有率 在道路的一定路段上，車輛總長度與路段總長度之比，在道路的一定路段上，車輛總長度與路段總長度之比，以百分數表示?？臻g占有率能反映以百分數表示?？臻g占有率能反映某路段上車隊的長度某路段上車隊的長度。 式中：式中： 空間占有率；空間占有率； L L 觀測路段總長度；觀測路段總長度； 第第i i輛車的長度輛車的長度(m)(m)； n n 通過該路段的車輛數。通過該路段的車輛數。il2 .車道占有率車道占有率在道路的任一路段上，車輛通過時間的累計值與觀測總時間的比值，以百分數表示。11ntiiRtTtR 時間占有率；T 觀測總時間； 第i輛車通過觀測路段所用的時(s)；N 觀測時間內通過該路

21、段的車輛數。it式中式中：2）時間占有率45627311 1 車頭間距：車頭間距：同向行駛的一列車隊中，相鄰車輛車頭之間的同向行駛的一列車隊中，相鄰車輛車頭之間的空間距離?？臻g距離。2 2 車頭時距：車頭時距：同向行駛的一列車隊中，相鄰車輛車頭之間的同向行駛的一列車隊中，相鄰車輛車頭之間的時間間隔。時間間隔。 車頭間距和車頭時距是交通流的微觀參數，二者應用于對交通流中每對車輛間的關系描述。2.1.5 2.1.5 車頭間距和車頭時距車頭間距和車頭時距安制車LStVLhs6 . 3Qht/3600tshVh6 . 3平均車頭時距與交通量的關系平均車頭時距與交通量的關系車頭時距、間距與速度的關系車頭

22、時距、間距與速度的關系4562731 連續(xù)流：沒有外部固定因素(如交通信號)影響的不間斷交通流。 連續(xù)交通流的特性：交通流量 平均車速 交通流密度 三個參數描述。 2.1.6 2.1.6 連續(xù)流特征連續(xù)流特征Q_svK 1 概述概述 _sV_SQvK將三維空間曲線投影到二維空間的將三維空間曲線投影到二維空間的Q、V、K關系關系三個參數之間的關系式為 適合于所有穩(wěn)定的交通流 KVQs最大流量 Qm臨界速度vm （critical density）臨界密度Km （critical density）阻塞密度K Kj j（jam density）自由流速度V Vf f（free-flow speed）

23、Q、V、K基本關系圖基本關系圖2、停車場布局原則交通流三參數交通流三參數Q Q、V V、K K之間的關系之間的關系 (1)反映交通反映交通流特性的流特性的特征變量特征變量(5)暢行速暢行速 度度Vf(4)阻塞密阻塞密 度度Kj(3)最佳密最佳密 度度Km(2) 臨界速臨界速 度度Vm(1) 極大流極大流 量量QmQV曲線上的峰值。曲線上的峰值。流量達到極大時的速度。流量達到極大時的速度。流量達到極大時的密度。流量達到極大時的密度。車流密集到車輛無法移車流密集到車輛無法移動時的密度。動時的密度。車流密度趨于零，車輛可以車流密度趨于零，車輛可以暢行無阻時的平均速度。暢行無阻時的平均速度。 速度速度

24、- -密度關系圖密度關系圖ABCDEmmmQK v速度（速度（km/hkm/h）mv_fvmKjK2 速度與密度的關系速度與密度的關系密度。為當車速為零時的阻塞為自由速度；式中，得到得：值帶入式中，以，帶入得時，當 : . )1 ( 0 jfjjfKVKKffKVffVVVKVbaVbkVVbaKV3 3 流量與密度關系流量與密度關系(1)fjKVVKQKV2()fjKQVKKmQ_()shm_( )th sfvcmvvDvBvmK曲線上每點對應的速度均可由原點與該點曲線上每點對應的速度均可由原點與該點連接的矢徑的連接的矢徑的斜率斜率求得求得4 4 流量與速度關系流量與速度關系(1)fjKVV

25、K(1)jfVKKVQKV2()jfVQK VV不擁擠不擁擠擁擠擁擠BD=77.464.448.332.216.10AEC 6.0 3.0 2.0 1.5 500 1000 1500 2000 2400 流量流量Q(輛輛/h) 流量流量-速度關系圖速度關系圖車速（車速（km/h）圖中，擁擠圖中，擁擠部分，流量部分，流量和速度同時和速度同時降低，降低，不擁不擁擠部分，隨擠部分，隨著流量的增著流量的增大，速度將大，速度將慢慢降低，慢慢降低，直達到通行直達到通行能力的流量能力的流量 為止為止 ，此時對應的此時對應的速度為最佳速度為最佳速度速度 ，mvmQmv小結小結Qm、Km、Vm是劃分交通擁擠重要

26、特征值：是劃分交通擁擠重要特征值：q當當QKm，VVm，交通擁擠；，交通擁擠；q當當QQm，KKm，VVm，交通不擁擠，交通不擁擠；高速和快速道路速度；一般生活道路交通容量；速度與容量不可兼得流量（輛流量（輛/h/h）o o流量（輛流量（輛/h/h）速度（速度（km/hkm/h）密度（輛密度（輛/km/km）QmQmKmKmVmVmQmQmKjKjVfVftgtg=Qm/Km=Vm=Qm/Km=Vmo oo o不擁擠區(qū)不擁擠區(qū)擁擠區(qū)擁擠區(qū)不擁擠區(qū)不擁擠區(qū)擁擠區(qū)擁擠區(qū)4562731間斷流：間斷流：有外部固定因素影響的周期性中斷有外部固定因素影響的周期性中斷 交通流。 信號交叉口的交通流特性及其描

27、述參數飽和流率、損失時間、交通流運行效率的指標延誤。2.1.7 2.1.7 間斷流特征間斷流特征1 1 信號交叉口的間斷流信號交叉口的間斷流圖中，車頭圖中，車頭時距從第一時距從第一車開始往后車開始往后依次減小依次減小，直到車輛到直到車輛到達停車線前達停車線前已充分加速，已充分加速，車頭時距不車頭時距不再減小為止，再減小為止，此時車頭時此時車頭時距也稱距也稱飽和飽和車頭時距車頭時距。信號交叉口的交通流一般采用飽和車頭時距、飽和流率和損失時間來描述。1 飽和車頭時距：穩(wěn)定行駛的連續(xù)流的車頭時距（ ） 2 飽和流率：是每條車道能進入交叉口的車輛數（ S ） 只有該方向車道總是綠燈信號，車輛通過交叉口

28、無需停車，該式才是正確的。所以，這個S是假想值，它被用作對交叉口及與之相連的幾何道路進行幾何設計時的依據。th3600tSh2 2 損失時間損失時間 起動損失時間起動損失時間：信號交叉口的信號變?yōu)榫G燈時，車輛由：信號交叉口的信號變?yōu)榫G燈時，車輛由停止狀態(tài)開始運動，前幾輛車的車頭時距是大于停止狀態(tài)開始運動，前幾輛車的車頭時距是大于 的。因的。因此，對于前幾輛車，應增加其時距此，對于前幾輛車，應增加其時距( )( )，從而得到一，從而得到一個總的增量值個總的增量值 。thth 清尾損失時間清尾損失時間：是指從一個方向最后一輛車進入交叉：是指從一個方向最后一輛車進入交叉口的時刻與另一方向變?yōu)榫G燈的時刻之間的時間差?？诘臅r刻與另一方向變?yōu)榫G燈的時刻之間的時間差。11niiltit 第i輛車的啟動損失時間損失時間損失時間= =起動損失時間起動損失時間+ +清尾損失時間清尾損失時間1l3 3 延誤延誤 1 延誤(Delay)的定義 指行駛在路段上的車輛由于受到道路環(huán)境、交通管理與控制及其他車輛的干擾等因素的影響而損失的時間。2 2 延誤的分類延誤的分類（1）停車延誤）停車延誤 （2）行程時間延誤）行程時間延誤 （3）固定延誤）固定延誤（5）排隊延誤）排隊延誤（4）運行延誤）運行延誤 一輛車通過道路設施