《交通工程學(xué)》第二章

1、第二章 交通特性分析 交通特性分析需要研究： 1.交通系統(tǒng)各要素自身的特性： 駕駛員的交通特性; 乘客交通特性; 車輛交通特性; 道路交通特性等; 2.交通流的特性; 3.交通要素與環(huán)境因素之間的相關(guān)特性。2022/7/1412-1 道路交通三要素特性 道路交通三要素包括：人（駕駛員、行人、乘客及居民）、車（客車、貨車、非機(jī)動(dòng)車），路（公路、城市道路、出入口道路及其相關(guān)設(shè)施）。2022/7/142 一、駕駛員的特性 1）駕駛員的職責(zé)和要求：駕駛員應(yīng)具有高度的社會責(zé)任感，良好的職業(yè)道德、身體素質(zhì)、心理素養(yǎng)，熟練的駕駛技術(shù)。 2）駕駛員的反應(yīng)操作過程：駕駛員在行駛過程中，先接受外界信息，然后在大腦

2、里將信息進(jìn)行處理，最后采取反應(yīng)。這一過程可以抽象成“環(huán)境駕駛員汽車”這樣一個(gè)駕駛控制系統(tǒng)。 2022/7/143 3）駕駛員的生理、心理特性： 視覺特性：駕駛員的視覺機(jī)能直接影響到信息獲取，行車安全。 （1）視力（又分靜視力和動(dòng)視力）。我國駕駛員靜視力必須在0.7以上。 （2）視野、色感（駕駛員的色感能力一定要強(qiáng)）； 反應(yīng)特性：駕駛員反應(yīng)時(shí)間的長短取決于駕駛員的素質(zhì)、個(gè)性、年齡、對反應(yīng)的準(zhǔn)備程度以及工作經(jīng)驗(yàn)； (3) 駕駛員的心理和個(gè)性特點(diǎn)包括：動(dòng)機(jī)、素養(yǎng)、注意力、情緒、成熟性、知識性、條件反應(yīng)。2022/7/1442022/7/145 二、乘客交通特性 1）乘客的交通需求心理：人們在乘車過程

3、中總希望省時(shí)、省錢、省力，同時(shí)希望安全、方便、舒適。道路設(shè)計(jì)、車輛制造、汽車駕駛、交通管理等都應(yīng)考慮到乘客的這些交通心理要求。 2）乘車反應(yīng)：不同的道路等級、線形、路面質(zhì)量、汽車行駛平穩(wěn)性、車箱內(nèi)氣氛、車外景觀等對旅客的生理心理反應(yīng)都有一定的影響。 3）社會影響：乘車安全性、舒適性等不僅對乘客的生理心理有影響，還對社會產(chǎn)生意想不到的影響。2022/7/146 三、行人交通特性 1）行人交通流特性：男性的步行速度要比女性快，步行速度隨行人流密度增大而降低。 2）行人交通特征：包括在行人的速度、對個(gè)人空間的要求、步行時(shí)的注意力等方面。 上述特性均與行人的年齡、性別、教養(yǎng)、心境、體質(zhì)及出行目的等因素

4、有關(guān)，也與行人所處的區(qū)域、周圍環(huán)境、潔凈、交通狀況等有關(guān)。2022/7/147 四、車輛交通特性 道路設(shè)計(jì)必須滿足公路和城市道路所服務(wù)的各種車輛 。車輛的特性決定了車道寬度、豎向凈空、路面橋梁荷載等。車輛交通特性包括：設(shè)計(jì)車輛尺寸、汽車動(dòng)力性能、制動(dòng)性能等。 五、 道路交通特性 1）路網(wǎng)密度-路網(wǎng)密度是衡量道路設(shè)施數(shù)量的一個(gè)基本指標(biāo)。 一個(gè)區(qū)域的路網(wǎng)密度等于該區(qū)域內(nèi)道路總長比該區(qū)域的總面積。 一般的講，路網(wǎng)密度越高，路網(wǎng)總的容量服務(wù)能力越大。2022/7/148 2） 道路結(jié)構(gòu)-道路結(jié)構(gòu)基本部分是路基路面橋涵，另外還有邊溝擋墻盲溝等附屬部分。 3） 道路線形-道路線形是指一條道路在平、縱、橫三

5、維空間中的幾何形狀，傳統(tǒng)上分為平面線形、縱斷面線形、橫斷面線形。線形設(shè)計(jì)的要求是通暢安全美觀。 4） 道路網(wǎng)布局-路網(wǎng)布局的好壞對整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的效率有很大影響，良好的路網(wǎng)布局可以大大提高運(yùn)輸系統(tǒng)的效率，增加路網(wǎng)的可達(dá)性，節(jié)約大量的投資，節(jié)省運(yùn)輸時(shí)間和運(yùn)輸費(fèi)用，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益與環(huán)境效益。 典型的公路網(wǎng)布局有以下幾種：三角形、并列形、放射形、樹叉形。2022/7/1492022/7/14102022/7/14112-2 交通量的基本特性 一、交通量的基本定義 1）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)。交通量是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，不同時(shí)間、不同地點(diǎn)的交通

6、量都有變化的。交通量隨時(shí)間和空間而變化的現(xiàn)象，稱之為交通量的時(shí)空分布特性。 2）影響交通量特性的因素 公路城市道路的類型和等級；道路功能；地區(qū)特征；時(shí)間特征。2022/7/1412二、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(AADT)與月平均日交通量(MADT)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 。2022/7/1413 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)

7、。2022/7/1414 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=15min2022/7/1415 如： t=15（min） t=10（min） 2022/7/1416三、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。2022/7/1417四、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)

8、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。2022/7/1418 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。 設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)K 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,稱為設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)。 即：K=第30位

9、小時(shí)交通量/年平均日交通量（AADT） 據(jù)國外觀測，按道路類別及所在地區(qū)不同K值分布在12%18%范圍內(nèi)。 2022/7/1419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輛量 （輛/d）； W 路幅寬度（m）； W1 一條車道寬度（m）。2022/7/1420 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)（%）2022/7/1421第三節(jié) 速度V 20

10、22/7/1422一、基本定義 1.地點(diǎn)車速： 這是車輛通過某一地點(diǎn)時(shí)的瞬時(shí)車速，因此才用用人工觀測時(shí)L取盡可能短，通常以2025m為宜，用做道路設(shè)計(jì)、交通管制、交通規(guī)劃資料。 2.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。 3.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：用于評價(jià)道路通行能力和車輛運(yùn)行狀況。2022/7/1423 4.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

11、比。行程車速是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)，用以評價(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。 5.臨界車速： 這是指道路達(dá)到理論通行能力時(shí)的車速，對于選擇道路等級具有重要作用。 6.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)。2022/7/1424二、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

12、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: 2022/7/1425三、時(shí)間平均車速與區(qū)（空）間平均車速 時(shí)間平均車速：在單位時(shí)間內(nèi)測得通過道路某斷面各車輛的地點(diǎn)車速，這些地點(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)觀測到車輛總數(shù)（輛）。2022/7/1426 區(qū)（空）間平均速度： 是指某路段的長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)觀測長度一定時(shí)，其數(shù)值為所有車輛行程車

13、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 路段長度（km）；ti 第i輛車的行駛時(shí)間（h）；n 觀測到的車輛數(shù)；vi 第i輛車行程車速（km/h）。2022/7/1427 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： 2022/7/1428第四節(jié)密度 k、車道占有率車頭間距 hs 、車頭時(shí)距 ht2022/7/1429 一、密度 K 交通流（車流）密度： 是指某一瞬間內(nèi)單位道路長度上的車輛數(shù)目。 式中：N 路段內(nèi)的車輛數(shù)(輛); L 路段長度(km)。2022/7/1430二、車道占有率 由于密度是瞬時(shí)值，隨觀測時(shí)間和區(qū)間長度而變化

14、，且反映不出車輛長度和速度的關(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。2022/7/1431 1.空間占有率： 是指在一定路段上，車輛總長度與路段總長度之比（%），表達(dá)式為： 式中： Rs 空間占有率；S 觀測路段總長度；si 第i 輛車的長度；n 觀測路段內(nèi)的車輛數(shù)。 2022/7/1432Ss1s2s3s4空間占有率示意圖： 2.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)值與觀測總時(shí)間之比（%），其表達(dá)式為： 式中： Rt 時(shí)間占有率； T 觀測總時(shí)間； ti 第i 輛車通過的

15、時(shí)間； n 觀測時(shí)間內(nèi)通過該路段的車輛數(shù)。2022/7/1433三、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)。 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。 對觀測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。2022/7/1434 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：2022/7/1435第五節(jié)交通流的基本特性及其相互關(guān)系2

16、022/7/1436一、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）。2022/7/1437流量、密度、速度三者之間的關(guān)系見下圖：2022/7/14382022/7/1439 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。2022/7/1440二、速度與密度的關(guān)系 1933年，格林希爾茨（ Green shields ）提出了速度密度線性關(guān)系模型，且模型與實(shí)測數(shù)據(jù)有良好的吻合性。 K=0 V=Vf K=KjV=0 K=KmV=Vm QQmax2022/7/1441 1959年，格林柏（Greenberg）提出了用于密度很大時(shí)對數(shù)模型：格林柏模型的適用范圍2022/7/1442 1961年安德伍德（Underwood）提出了用于密度很小時(shí)的指數(shù)模型：安德伍德模型的適用范圍2022/7/1443三、流量與密度的關(guān)系 交通流的流量-密度關(guān)系是交通流的基本關(guān)系，根據(jù)格