道路通行能力手冊(cè)HCM2000--交通流參數(shù)

1、第7章交通流參數(shù)目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 弓I言 2 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 連續(xù)流 2交通量和流率 2速度 4密度 7車頭時(shí)距和車頭間距 8基本參數(shù)之間的關(guān)系 9 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 間斷流 11信號(hào)控制 12停車或讓路控制交叉口 14速度 15延誤 16飽和流率和損失時(shí)間 16排隊(duì) 18 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 參考文獻(xiàn) 22

2、圖表目錄圖表7-1時(shí)間平均速度和區(qū)間平均速度之間的典型關(guān)系圖 6圖表7-2連續(xù)流設(shè)施上速度、密度和流率之間的一般關(guān)系 10圖表7-3信號(hào)交叉口引道車道中交通間斷情況 13圖表7-4飽和流率和損失時(shí)間概念圖 14圖表7-5信號(hào)交叉口排隊(duì)圖 207.1引言交通量或流率、速度和密度這三個(gè)基本變量可描述各種道路上的交通流。 本 手冊(cè)中，交通量或交通流量是連續(xù)流和間斷流兩類交通設(shè)施共用的參數(shù)， 而速度 和密度主要用于連續(xù)流。一些與流率相關(guān)的參數(shù)，如車頭間距和車頭時(shí)距， 也都 適用于兩種類型的交通設(shè)施；其他參數(shù)，如飽和流量或間隙，只用于間斷流。7.2連續(xù)流交通量和流率交通量和流率是量化給定時(shí)問問隔內(nèi)， 通

3、過一條車道或道路上某一點(diǎn)車輛數(shù) 的兩個(gè)指標(biāo)，其定義如下：交通量一一在給定時(shí)間問隔內(nèi)，通過一條車道或道路某一點(diǎn)或某一斷面的車 輛總數(shù)。交通量可以按年、日、小時(shí)或不足1小時(shí)的時(shí)間問隔來計(jì)量。流率 在名定的不足1小時(shí)的時(shí)間問隔內(nèi)，通常為15min,車輛通過一條 車道或道路某一點(diǎn)或某一斷面的當(dāng)量小時(shí)流率。 交通量和流率是量化交通需求的 變量，也就是在指定的時(shí)間段內(nèi)，希望使用已知交通設(shè)施的車主或司機(jī)的數(shù)量， 通常以車輛數(shù)表示。由于交通阻塞能夠影響交通需求，有時(shí)觀測到的交通量反映 的是通行能力的限制，而不是實(shí)際的交通需求。交通量和流率之間的區(qū)別很重要。 交通量是在某一時(shí)間問隔內(nèi)，觀測或預(yù)計(jì) 通過某一點(diǎn)的車

4、輛數(shù)。交通流率則表示在不足1小時(shí)的時(shí)間間隔內(nèi)通過某一點(diǎn)的 車輛數(shù)，但以當(dāng)量小時(shí)流率表示。流率是在不足1小時(shí)內(nèi)觀測到的車輛數(shù)，除以觀測時(shí)間（單位為小時(shí)）。例如，在15分鐘內(nèi)觀測到100輛車，意味著流率為 100 輛/0.25h 或 400 輛/h。用4個(gè)連續(xù)15min的觀測交通量說明交通量和流率之間的區(qū)別。4個(gè)時(shí)段的計(jì)數(shù) 分別是1000、1200、1100和1000輛。整個(gè)小時(shí)的總交通量是這些計(jì)數(shù)之和，即 4300輛。然而，每15min的流率則各不相同。在交通量最大的15min時(shí)段內(nèi)，流率是1200卒g/0.25h ,或4800輛/h。值得注意的是，在觀測的1小時(shí)內(nèi)，沒有 4800輛車通過觀測點(diǎn)

5、，但是在1個(gè)15min時(shí)段內(nèi)，確實(shí)以這樣的流率通過該觀 測點(diǎn)。在通行能力分析中，考慮高峰流率至關(guān)重要。若所研究路段的通行能力是 4500輛/h,當(dāng)車輛以4800輛/h的流率到達(dá)時(shí)，15min高峰期間的流量，超過了 通行能力。但是，這是一個(gè)嚴(yán)重的問題，因?yàn)槭鑼?dǎo)通行能力不足會(huì)使交通堵塞延 續(xù)幾個(gè)小時(shí)。利用高峰流率和小時(shí)交通量可計(jì)算高峰小時(shí)系數(shù)（PHF,即整個(gè)小時(shí)的總流量與該小時(shí)內(nèi)高峰流率之比，計(jì)算式如式（7-1）所示：小時(shí)交通量PHF式（7-1）局峰流率（該小時(shí)內(nèi)）如果采用15min時(shí)段，高峰小時(shí)系數(shù)（PHF可按式（7-2）計(jì)算：PHFV4 V15式(7-2)式中，PHF 高峰小時(shí)系數(shù);V小時(shí)交通

6、量，輛/h;V15高峰小時(shí)內(nèi)高峰15min期間的交通量，輛/15min。若已知高峰小時(shí)系數(shù)，按照式（7-3）可將高峰小時(shí)交通量轉(zhuǎn)換成高峰流率:v -V式（7-3）PHF式中，v高峰15min期間的流率，輛/h ；V高峰小時(shí)交通量，輛/h;PHF 高峰小時(shí)系數(shù)。當(dāng)交通量計(jì)數(shù)可以得到時(shí)，不需要用式（7-3）計(jì)算高峰流率；但是，所選 擇的計(jì)數(shù)時(shí)段必須鑒定是流量最大的 15min。最大的15min內(nèi)的計(jì)數(shù)乘以4,可 直接計(jì)算出流率。當(dāng)已知用車輛表示的流率時(shí)，利用PHF和重車系數(shù)可計(jì)算出用 當(dāng)量小客車（pce）表示的流率。7.2.2速度交通量提供了量化通行能力大小的一種方法（交通量是量化通行能力值的一

7、種指標(biāo)），而速度（或行程時(shí)間的倒數(shù)）是為司機(jī)提供交通服務(wù)質(zhì)量的一種量度， 是確定多種交通設(shè)施服務(wù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)，例如鄉(xiāng)村雙車道公路，城市街道，高速公路交織路段等等。速度定義為移動(dòng)率，用單位時(shí)間通過的距離表示，通常為千米每小時(shí)（km/h）。 因?yàn)榻煌髦杏^測到的個(gè)體速度分布范圍較寬， 所以必須采用有代表性的數(shù)值來 表示交通流的速度特性。本手冊(cè)中用平均行程速度來度量速度，因?yàn)橥ㄟ^觀測交通流中單個(gè)車輛，易于計(jì)算平均行程速度； 并且在統(tǒng)計(jì)上，它是與其他變量最相 關(guān)的指標(biāo)。平均行程速度是用所研究公路、街道路段或路段的長度除以車輛通過 該路段的平均行程時(shí)間計(jì)算。當(dāng)n輛車通過長度為L的路段時(shí)，測得行程時(shí)間為

8、 L,t2,t3, ,tn （單位：小時(shí)），則平均行程速度可按式（7-4）計(jì)算：nLtii 1tita式(7-4)式中，S 平均行程速度,km/h ；L 路段長度，km；ti 第i輛車通過該路段的行程時(shí)間，h；n觀測行程時(shí)間的次數(shù)；11“ -I ，不，、ta ta 1 ti ,路段L的平均行程時(shí)間，ho n i 1計(jì)算中的行程時(shí)間包括由于固定的交通間斷或交通堵塞引起的停車延誤，是指通過指定路段的總行程時(shí)間。有幾種不同的速度參數(shù)可用于交通流，這些速度包括：平均行駛速度一一是以觀測車輛通過已知長度路段的行駛時(shí)間為基礎(chǔ)度量 交通流。平均行駛速度等于路段長度除以車輛經(jīng)過該路段的平均行駛時(shí)間?！靶旭倳r(shí)間

9、”只包括車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)間。平均行程速度一一是以車輛通過已知長度路段的行程時(shí)間為基礎(chǔ)度量交通 流。平均行程速度等于路段的長度除以車輛經(jīng)過該路段的平均行程時(shí)間，包括所有停車延誤時(shí)間。也叫做區(qū)間平均速度。區(qū)間平均速度一一代表車輛基于通過某一路段平均行程時(shí)間的平均速度的 統(tǒng)計(jì)術(shù)語。之所以稱為區(qū)間平均速度，是因?yàn)橛?jì)算所用的平均行程時(shí)間是按每輛 車通過給定路段或區(qū)間所花費(fèi)時(shí)間的加權(quán)平均。時(shí)間平均速度一一通過道路上某一點(diǎn)觀測車速的算術(shù)平均值，也叫做平均地點(diǎn)速度。記錄下通過某一點(diǎn)各車的速度，取其算術(shù)平均值。自由流速度一一給定交通設(shè)施在低交通量情況下的車輛平均速度，此刻司機(jī)按照其期望速度行駛，且不受控制延誤的影響。

10、本手冊(cè)中用速度度量效率的多數(shù)分析平均行程速度是規(guī)定采用的參數(shù)。對(duì)于除F級(jí)服務(wù)水平外運(yùn)行的連續(xù)流交通設(shè)施，平均行程速度等于平均行駛速度。圖表7-1表明了時(shí)間平均速度和區(qū)間平均速度之間的典型關(guān)系。 區(qū)間平均速 度總是小于時(shí)間平均速度，但兩者之間的差距隨著速度絕對(duì)值的增加而減小。這 個(gè)關(guān)系來源于實(shí)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，很有使用價(jià)值。因?yàn)樵诂F(xiàn)場，時(shí)間平均速度通常比區(qū)間平均速度更容易觀測。020406080100時(shí)間平均速度(km/h)He 1度速均平間區(qū)100806040200資料來源：Drake等，參考文獻(xiàn)1圖表7-1時(shí)間平均速度和區(qū)間平均速度之間的典型關(guān)系圖從單車速度的一組樣本可以計(jì)算出時(shí)間平均速度和

11、區(qū)間平均速度。例如：記錄下車輛的速度分別為40、60和80km/h。通過1km長路段所花費(fèi)的時(shí)間分別為 1.5、1.0和0.75min。時(shí)間平均速度為 60km/h,其計(jì)算式為(40 + 60 + 80 ) / 3,區(qū)間平均速度為 55.4 km/h,計(jì)算式為60 X 3 + ( 1.5 + 1.0 + 0.75)。在通行能力分析中，最好通過觀測已知長度路段的行程時(shí)間來計(jì)算速度。對(duì)于在穩(wěn)定流狀況運(yùn)行的連續(xù)流交通設(shè)施，為了易于觀測，區(qū)間長度可以短至50100m作為效率度量，速度標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)反映司機(jī)期望和道路功能。例如，司機(jī)在高速 公路上比在城市街道上期望達(dá)到的速度高。在平縱線形很不協(xié)調(diào)的道路上，由于

12、高速行駛會(huì)使司機(jī)感覺不舒適，因此司機(jī)可以容忍較低的自由流速度。服務(wù)水平 標(biāo)準(zhǔn)反映了這些期望。密度密度是在指定時(shí)刻，已知長度的車道或道路上擁有的車輛（或行人）數(shù)。本 手冊(cè)的計(jì)算中，密度按時(shí)間取平均值，通常表示為輛 /km或小客車輛/km。在現(xiàn)場直接測定密度比較困難，需要找一處有利地點(diǎn)，能對(duì)相當(dāng)長的一段路 進(jìn)行攝影、錄像或觀測。然而，密度可通過更容易測定的平均行程速度和流率來 計(jì)算。式（7-5）可計(jì)算非飽和狀態(tài)的密度。D -式（7-5）S式中，v流率，輛/h ;S 平均行程速度，km/h；D 密度，輛/km o當(dāng)?shù)缆仿范蔚牧髀蕿?000輛/h ,平均行程速度為50km/h時(shí)，其密度為：1000輛/

13、h50 km/h20 輛 / km由于密度能夠描述交通運(yùn)行質(zhì)量的特征，因此它是連續(xù)流交通設(shè)施的關(guān)鍵參數(shù)。密度描述了交通流中車輛之間接近的程度，反映了交通流中駕駛的自由度由于道路占有率比較容易觀測，因此在控制系統(tǒng)中常用它代替密度。 空間占 用率是指車輛占用路段長度的比例，時(shí)間占用率是指車輛占用道路斷面的時(shí)間比 例。車頭時(shí)距和車頭間距車頭間距是交通流中連續(xù)兩輛車之間的距離， 用兩輛車相同部位（如前保險(xiǎn) 杠、后軸等）的間距來度量。車頭時(shí)距是交通流中連續(xù)兩輛車通過車道或道路某 一點(diǎn)的時(shí)間差，也用兩輛車的相同部位來度量。由于車頭間距和車頭時(shí)距是與交通流中各自成對(duì)的車輛有關(guān)，所以認(rèn)為這些特性是“微觀的”。

14、在任何交通流中，各個(gè)車頭間距和車頭時(shí)距都分布在一定的 數(shù)值范圍內(nèi)，這一般與交通流的速度和通常的運(yùn)行條件有關(guān)。總之， 這些微觀參 數(shù)與密度、流率等交通流宏觀參數(shù)有關(guān)。車頭間距是一個(gè)距離參數(shù)，以m表示。通過測量某一時(shí)刻連續(xù)兩輛車相同部 位之間的距離可直接確定車頭間距。 這通常需要復(fù)雜的航空攝影技術(shù)，以至于車 頭間距一般是通過其他能直接測量的參數(shù)得到。另一方面，車頭時(shí)距可利用秒表記錄通過道路某一點(diǎn)的車輛來度量。交通流中的平均車頭間距與此交通流的密度直接有關(guān)，可由公式（7-6）確定。密度（輛/km）1000車頭間距（m/輛）式(7-6)平均車頭間距和平均車頭時(shí)距的關(guān)系可由交通流的速度決定，如式（7-7

15、）所示。車頭時(shí)距（s/輛）車頭間距（m/輛）速度(m/s)式(7-7)該關(guān)系時(shí)也適用于成對(duì)車輛之間單個(gè)的車頭間距和車頭時(shí)距。速度取兩車中后車的速度。流率與交通流中平均車頭時(shí)距有關(guān)，如式（7-8）所示。流率（輛/h）3600車頭時(shí)距（s/輛）式(7-8)基本參數(shù)之間的關(guān)系式（7-5）給出了交通流三參數(shù)之間的基本關(guān)系式，描述了連續(xù)流特性。盡管從代數(shù)來說，對(duì)于給定的流率，公式v S D可以出現(xiàn)無窮組速度和密度的組 合，但這種附加的關(guān)系限制了某地點(diǎn)交通流條件的變化。圖表7-2給出了這些關(guān)系的一般形式，這些關(guān)系是連續(xù)流交通設(shè)施通行能力 分析的基礎(chǔ)。由于流率一一密度曲線和速度一一密度曲線有相同的橫坐標(biāo)，因

16、此,把流率一一密度曲線直接放在速度一一密度曲線的正下方；而把速度一一密度曲線與速度一一流率曲線并列擺放，因?yàn)樗鼈冇邢嗤目v坐標(biāo)。這里的速度是區(qū)間 平均速度。Density (vehflcmfln)Row 帆 Win)Density(7eh/ton/ln)資料來源：根據(jù) May2改編Legend圖表7-2連續(xù)流設(shè)施上速度、密度和流率之間的一般關(guān)系這些曲線的形式取決于所研究路段上通常的交通和道路條件， 以及計(jì)算密度 的路段長度。盡管圖表7-2給出的曲線是連續(xù)的，但在實(shí)際路段不可能測到整條 曲線。通常實(shí)測數(shù)據(jù)不連續(xù)，曲線中的后邊一段劃不出來（2）0圖表7-2的曲線上有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。第一，零流率點(diǎn)會(huì)在兩

17、種截然不同的情況 下出現(xiàn)。一種情況是，交通設(shè)施中沒有車輛，密度為零，流率也為零。此時(shí)的速 度是理論上的，是第一輛車的司機(jī)選擇的速度（可能是一個(gè)高的數(shù)值）。這個(gè)速度在圖中用Sf表示。第二種情況，密度高到使所有車輛停駛的程度，速度為零，流率也為零，因 為車輛不能行駛，不能通過道路上任何一點(diǎn)。使所有車輛都停止不動(dòng)的密度稱為 阻塞密度，圖中用Dj表示。在這兩個(gè)極值點(diǎn)之間，交通流的動(dòng)態(tài)特性才充分表現(xiàn)出來。 當(dāng)流率從零增加 時(shí)，由于路上行駛的車輛增多，密度隨之增大。此時(shí)，由于車輛之間的相互作用， 速度開始下降。在較低的和中等的密度、流率時(shí)，速度的下降可以忽略不計(jì)。隨 著密度的增大，在達(dá)到通行能力之前， 歸

18、納為這些曲線出現(xiàn)速度明顯降低。 當(dāng)密 度和速度的乘積達(dá)到最大流率時(shí)，流率達(dá)到通行能力。這種狀態(tài)下，速度為最佳速度（經(jīng)常稱作臨界速度），用So表示，密度為最佳密度（有時(shí)稱為臨界密度），用D。表示，流率為最大流率，用Vm表示。根據(jù)公式（7-5）可知，從速度一一流率曲線原點(diǎn)到該曲線上任一點(diǎn)的射線 的斜率的倒數(shù)表示密度）同樣，在流率一一密度曲線上的射線斜率表示速度。 例如，圖表7-2顯示的平均自由流速度和通行能力時(shí)的速度， 以及最佳密度和阻 塞密度等。這三條曲線是相互聯(lián)系的，因?yàn)槿绻阎渲腥魏我粭l曲線的關(guān)系， 其余兩條曲線的關(guān)系就被唯一確定。在理論分析中，最常用的是速度一一密度曲線；其他兩條曲線在本

19、手冊(cè)中用于確定服務(wù)水平如圖表7-2所示，除通行能力點(diǎn)外的任何一個(gè)流率值可能發(fā)生在兩種不同的 情況，一種情況是高速度和低密度，另一種情況是高密度和低速度。高密度、低 速度一側(cè)的曲線表示過飽和流。此狀態(tài)下的交通流狀可能發(fā)生突變（如在速度、 密度和流率等方面）。服務(wù)水平A到E定義域是在低密度、高速度一側(cè)曲線，通 行能力確定為E級(jí)服務(wù)水平的最大流率上限；與此相對(duì)應(yīng)，F(xiàn)級(jí)服務(wù)水平代表的 是高密度、低速度部分的曲線，描述過飽和流和發(fā)生排隊(duì)的交通流。7.3間斷流間斷交通流遠(yuǎn)比連續(xù)流復(fù)雜，在給沖突交通流分配空間時(shí)，需要考慮時(shí)間尺 度。在間斷流設(shè)施處，通常交通流受一些固定管理地點(diǎn)如交通信號(hào)、 停車標(biāo)志的 控制。

20、這些控制對(duì)整個(gè)交通流產(chǎn)生不同的影響。利用下列測度來確定間斷流交通設(shè)施的交通運(yùn)行狀態(tài)：交通量和流率；飽和流率和離去車頭時(shí)距；控制方式（停車標(biāo)志或信號(hào)控制）；沖突交通流中的可用間隙；延誤。本章的第一小節(jié)論述的交通量和流率， 也適用于間斷交通流設(shè)施。另外，重 要的一點(diǎn)是觀測交通量和流率的屏蔽線。傳統(tǒng)的交叉口流量計(jì)數(shù)僅得到已經(jīng)離開 交叉口的車輛數(shù)。因此，最大流率受該設(shè)施通行能力的限制。 當(dāng)需求超過通行能 力時(shí)，排隊(duì)延長，在阻塞發(fā)生前，觀測線上游交通流是明智的。7.3.1信號(hào)控制對(duì)于間斷交通流設(shè)施，交通信號(hào)是最重要的固定中斷源。 交通信號(hào)周期性的 中斷每個(gè)流向或一組流向的交通流。 在一些時(shí)段內(nèi)，信號(hào)禁止

21、指定車道組上的車 流通行，因此，這些車流只可能使用全部時(shí)間中的一部分，只能利用信號(hào)有效綠燈時(shí)間。例如，信號(hào)交叉口的一組車道，在90秒的總周期中有30秒的有效綠燈 時(shí)間，則這組車道中的流向只能利用總時(shí)間的 30/90或1/3。因此，這些車道中 的流向只能使用每小時(shí)中的20分鐘。如果整個(gè)小時(shí)為綠燈信號(hào)時(shí)，這些車道能 疏導(dǎo)的最大流率為1500輛/h,那么它們所能疏導(dǎo)的總流率僅為 500輛/h,因?yàn)?每小時(shí)只有1/3的時(shí)間可以通行。因?yàn)樾盘?hào)配時(shí)可以隨時(shí)改變，信號(hào)交叉口的通行能力和服務(wù)流率用輛 /綠燈 小時(shí)（veh/h）表示比較方便。在上例中，最大流率為 1500輛/綠燈小時(shí)。只要 乘以信號(hào)的有效綠燈時(shí)

22、間與周期長度的比值，就可以換算為實(shí)時(shí)的流率值。當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)為綠燈時(shí)，必須考慮停駐的排隊(duì)車輛啟動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化。圖表7-3表示在信號(hào)交叉口一隊(duì)停駐的排隊(duì)車輛。當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)為綠燈時(shí)，車隊(duì)開始運(yùn)動(dòng)。當(dāng)車輛通過交叉口的停車線時(shí)，可以觀測車輛間的車頭時(shí)距。第一個(gè)車頭時(shí)距為綠燈 開始起至第一輛車的前輪通過交叉口的停車線時(shí)止所經(jīng)過的時(shí)間，以s計(jì)。第二個(gè)車頭時(shí)距為第一輛車前輪至第二輛車前輪通過停車線所經(jīng)歷的時(shí)間。隨后的車頭時(shí)距可以同樣測量。q q n 4A 321，JJ J _ J _d排隊(duì)車輛離開的車頭時(shí)距h + tih + t2h + t3h + t4hh圖表7-3信號(hào)交叉口引道車道中交通間斷情況隊(duì)列中第一輛車的司機(jī)

23、，必須注視信號(hào)轉(zhuǎn)換為綠燈，并對(duì)這一轉(zhuǎn)換做出反應(yīng)， 松開剎車，加速通過交叉口。由于這一過程，使第一個(gè)車頭時(shí)距相對(duì)較長。隊(duì)列 中的第二輛車，除了在第一輛車開始啟動(dòng)的同時(shí)，產(chǎn)生反應(yīng)和開始加速外，遵循與第一輛車一樣的過程。由于第二輛車增加了加速距離，第二輛車通過停車線時(shí) 的速度比第一輛車快。它的車頭時(shí)距一般比第一輛車短。 第三和第四輛車遵循同 樣的過程，每輛車的車頭時(shí)距較前一輛車略短些。四輛車后，啟動(dòng)反應(yīng)和加速的影響已經(jīng)消失。后續(xù)車輛以穩(wěn)定的速度通過停車線， 直到原隊(duì)列中的最后一輛車 通過。這些車輛的車頭時(shí)距相對(duì)而言是一個(gè)常數(shù)。在圖表7-3中，四輛車后達(dá)到穩(wěn)定的平均車頭時(shí)距，用 h表示。前四輛車的 平

24、均車頭時(shí)距大于h,用h ti表示，其中ti是第i輛車由于啟動(dòng)反應(yīng)和加速產(chǎn)生 的車頭時(shí)距增量。i從1到4, t則逐漸減小。圖表7-4是車頭時(shí)距的概念圖。本手冊(cè)中，由于實(shí)際應(yīng)用原因，以綠燈亮后 第五輛車作為觀測飽和流的起始點(diǎn)A12345678910 1112 13 1415 16隊(duì)列中車輛序號(hào)h飽和車頭時(shí)距（ s）s飽和流率 =3600/h（輛/h/車道）ti第i輛車啟動(dòng)損失時(shí)間N11 總啟動(dòng)損失時(shí)間=tii 1h圖表7-4飽和流率和損失時(shí)間概念圖h值定義為飽和車頭時(shí)距，根據(jù)從車隊(duì)中的第四輛車以后，直到綠燈開始時(shí) 車隊(duì)中最后一輛排隊(duì)車通過信號(hào)交叉口之間的穩(wěn)定平均車頭時(shí)距來估計(jì)。飽和車頭時(shí)距是指在綠

25、燈期間，停駐排隊(duì)的車輛連續(xù)列隊(duì)行進(jìn)、通過信號(hào)交叉口形成的 車頭時(shí)距。本手冊(cè)，問斷流交通設(shè)施和連續(xù)流交通設(shè)施中，飽和車頭時(shí)距的定義不同。 對(duì)于間斷流，車頭時(shí)距表示一輛車的前軸和下一輛車前軸通過指定道路橫斷面之 問經(jīng)過的時(shí)間；對(duì)于連續(xù)流交通設(shè)施，車輛的參考點(diǎn)通常是汽車的前保險(xiǎn)杠。停車或讓路控制交叉口在雙向停車控制交叉口，支路上的司機(jī)或主路上的左轉(zhuǎn)車司機(jī)面臨的一項(xiàng)特 殊的任務(wù)：從優(yōu)先通行的交通流中選擇一個(gè)可穿越完成期望運(yùn)行的間隙。名詞“問隙”是指在無信號(hào)交叉口擁有通行權(quán)的車輛之間的距離。可接受間隙是指車輛能夠完成穿越行進(jìn)的間隙。支路引道的通行能力取決于兩個(gè)因素:主路交通流中可用間隙的分布；支路司機(jī)完

26、成所期望的運(yùn)行所需的間隙大小。主路交通流中可用間隙的分布取決于街道上的總交通量、方向分布、主路的車道數(shù)、以及交通流中車輛排隊(duì)的比例和類型。 支路司機(jī)所需的間隙大小取決于 其行駛類型（左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)）、主路的車道數(shù)、主路交通流的速度、視距、 支路司機(jī)等待的時(shí)間長度、以及駕駛員特性（視力、反應(yīng)時(shí)間、年齡等）。臨界間隙是指主路交通流中連續(xù)兩輛車前保險(xiǎn)杠之間，允許支路上的一輛車插入的最 小時(shí)間問隔。當(dāng)支路的多輛車使用主路的一個(gè)間隙時(shí)， 支路上的兩輛車之間的車 頭時(shí)距稱為跟車時(shí)間。通常，跟車時(shí)間比臨界間隙短。環(huán)島的運(yùn)行方式與雙向停 車控制交叉口類似。但在環(huán)島中，進(jìn)入環(huán)島的司機(jī)只需要從一個(gè)方向的交通流一

27、 一環(huán)行交通流一一中尋找可接受間隙。在全向停車控制交叉口，所有司機(jī)必須停車。繼續(xù)行進(jìn)的決定部分地取決于 道路規(guī)則，規(guī)則規(guī)定右側(cè)的司機(jī)擁有通行權(quán)； 也受其他引道交通狀況的影響。 所 研究引道中離去車頭時(shí)距定義為一輛車與其后一輛車離開交叉口之間的時(shí)間問 隔。如果后車在前車之后停在停車線處，則認(rèn)為該離去車頭時(shí)距是飽和車頭時(shí)距。 如果只有一個(gè)引道有交通流，車輛可以安全，加速，迅速通過交叉口。如果其他 引道也有交通流，則所研究引道上的飽和流車頭時(shí)距將加大， 這取決于車輛間的 沖突程度。與信號(hào)交叉口 一樣，雙向或全向停車控制交叉口引道中， 也采用連續(xù)兩車的 前軸作為參考點(diǎn)確定離開停車線車輛的飽和車頭時(shí)距。

28、在雙向停車控制交叉口， 當(dāng)觀測主路上非飽和交通流中的車輛時(shí)，一般以前保險(xiǎn)杠作為參照點(diǎn)。速度對(duì)于間斷流，度量運(yùn)行狀況，延誤比速度更重要。然而與連續(xù)流一樣，度量速度有助于確定由于車輛通過交叉口時(shí)的減速、排隊(duì)和加速所增加的行程時(shí)間延誤延誤是間斷流設(shè)施性能關(guān)鍵性度量。 延誤的類型有幾種，但在本手冊(cè)中，控 制延誤是評(píng)價(jià)信號(hào)交叉口和無信號(hào)交叉口服務(wù)水平服務(wù)狀況的主要度量。盡管控制延誤在信號(hào)交叉口和無信號(hào)交叉口中的定義是相同的，但其應(yīng)用不同，如服務(wù)水平閾值不同?？刂蒲诱`包括在交叉口引道的低速行駛和停車， 比如車輛在引道中隨隊(duì)列行 駛或在交叉口上游減速行駛。當(dāng)下游交叉口是紅燈信號(hào)或引道中有車輛排隊(duì)時(shí)， 司機(jī)頻

29、繁地降低車速?？刂蒲诱`需要確定各個(gè)路段的實(shí)際平均速度。 任何對(duì)城市 街道平均行程速度的估計(jì)都考慮了控制延誤的影響。在雙向或全向停車控制交叉口，控制延誤是指從車輛加入排隊(duì)起，到該車作 為隊(duì)首車離開停車位置時(shí)止總的持續(xù)時(shí)間?？刂蒲诱`也包括車輛減速至停車和加 速至自由流速度所需的時(shí)間。飽和流率和損失時(shí)間飽和流率定義為車輛通過信號(hào)交叉口每車道的流率。根據(jù)定義，其計(jì)算公式3600如式（7-9）。式(7-9)式中，s飽和流率，輛/h ;h 飽和車頭時(shí)距，So飽和流率是指，當(dāng)整個(gè)小時(shí)是有效綠燈信號(hào)時(shí)，車流不間斷，且沒有大的車 頭時(shí)距的條件下，每小時(shí)每車道通過交叉口的車輛數(shù)。車流每次被迫停止，就必須再次啟動(dòng)，

30、前四輛車要經(jīng)歷如圖表7-3所示的啟 動(dòng)反應(yīng)和加速的車頭時(shí)距。圖表7-3中，隊(duì)列中前4輛車的車頭時(shí)距比飽和車頭 時(shí)距h大。增量t稱為啟動(dòng)損失時(shí)間。這些車輛總啟動(dòng)損失時(shí)間是這些增量之和, 按照公式（7-10）計(jì)算。N11ti式（7-10）i 1式中，11 總啟動(dòng)損失時(shí)間，s；ti 隊(duì)列中第i輛車的啟動(dòng)損失時(shí)間，s；N 排隊(duì)車輛數(shù)。車流每次停止，會(huì)導(dǎo)致另外的損失時(shí)間。當(dāng)一列車流停止時(shí)，在允許沖突車 流進(jìn)入交叉口之前，為安全起見，要有一些清尾時(shí)間。在這段時(shí)間內(nèi)，沒有車輛 使用交叉口，這一時(shí)間問隔稱為清尾損失時(shí)間，用 12表示。實(shí)際上，信號(hào)周期通過轉(zhuǎn)換間隔來提供清尾時(shí)間，包括黃燈時(shí)間、全紅時(shí)間 或黃燈加

31、全紅時(shí)間。司機(jī)一般不注意整個(gè)間隔，而只在其部分時(shí)間內(nèi)通過交叉口。 清尾損失時(shí)間12,是相位變換間隔中司機(jī)沒有使用的那部分時(shí)間。飽和流率和損失時(shí)間之間的關(guān)系非常關(guān)鍵。對(duì)于任何給定車道或流向，車輛 以飽和流率通過交叉口的時(shí)間，等于有效綠燈時(shí)間加上相位變換間隔， 減去啟動(dòng) 和清尾損失時(shí)間。由于一個(gè)流向每次啟動(dòng)和停駛都有損失時(shí)間，因此1小時(shí)內(nèi)的總損失時(shí)間與信號(hào)配時(shí)有關(guān)。例如，如果信號(hào)周期長 60s,則每小時(shí)每一流向啟 動(dòng)、停駛各60次，每一流向的總損失時(shí)間為 60 （11+12）。損失時(shí)間的多少影響通行能力和延誤?？赡軙?huì)出現(xiàn)交叉口通行能力隨信號(hào)周 期長度的增加而增加的情況。然而根據(jù)觀測，存在一定程度的

32、偏差。如果連續(xù)顯 示綠燈時(shí)間很長，飽和車頭時(shí)距 h會(huì)增加。其他的交叉口特性，例如轉(zhuǎn)彎車道， 也會(huì)抵消短信號(hào)周期降低通行能力的影響。較長的信號(hào)周期會(huì)增加排隊(duì)車輛的數(shù) 量，造成左轉(zhuǎn)車道超過承載能力，阻塞直行車道，降低通行能力。假如通行能力基本適應(yīng)，隨著信號(hào)周期的增加，每輛車的控制延誤也趨向增 加。而延誤是一個(gè)復(fù)雜的變量，除信號(hào)周期長度外，它還受其他很多因素影響。排隊(duì)有效綠燈開始時(shí)，如果信號(hào)交叉口引道的交通需求超過通行能力， 就形成排 隊(duì)2 o由于紅燈期間有車輛到達(dá)，在給定的綠燈相位中有些車輛沒能通過交叉 口。當(dāng)?shù)竭_(dá)車輛在服務(wù)區(qū)等候時(shí)，也會(huì)形成排隊(duì)。服務(wù)可能是主路交通流出現(xiàn)可 接受間隙、在收費(fèi)站付通

33、行費(fèi)或在停車場交停車費(fèi)等等。排隊(duì)長是指由于車輛到 達(dá)方式和在給定綠燈相位中不能通過交叉口的車輛（如超過承載能力），在信號(hào)交叉口引道上排隊(duì)的車輛數(shù)。大多數(shù)排隊(duì)理論只討論非飽和狀態(tài)。為了預(yù)測排隊(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)特性，有必要定義下列系統(tǒng)特性和參數(shù)3:到達(dá)方式特性：包括平均到達(dá)率和到達(dá)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)分布；服務(wù)設(shè)施特性：包括平均服務(wù)時(shí)間及其分布，能夠同時(shí)接受服務(wù)的顧客數(shù)或 可用的服務(wù)通道數(shù)；排隊(duì)規(guī)則特性：例如選擇下一個(gè)顧客的方式。在過飽和的排隊(duì)系統(tǒng)中，到達(dá)率比服務(wù)率大；在非飽和的排隊(duì)系統(tǒng)中，到達(dá) 率比服務(wù)率小。盡管非飽和排隊(duì)系統(tǒng)的排隊(duì)長度各不相同，但隨著車輛到達(dá)，排隊(duì)長度將達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。與之相反，過飽和排隊(duì)系統(tǒng)的

34、排隊(duì)長永遠(yuǎn)不會(huì)達(dá)到穩(wěn)定 狀態(tài)，而是隨著車輛到達(dá)，排隊(duì)長度將會(huì)增加。圖表7-52描述了信號(hào)交叉口中非飽和的排隊(duì)情況。圖中假設(shè)在兩種信號(hào) 相位下一個(gè)引道上形成的排隊(duì)。每個(gè)周期中，到達(dá)的交通需求小于引道的通行能力；車輛等待不超過一個(gè)周期；沒有多余的車輛從一個(gè)周期進(jìn)入下一個(gè)周期。 圖 表7-5 (a)中確定的到達(dá)率v在研究期間為一常數(shù)，用輛/h表示。服務(wù)率s有兩種狀態(tài)：當(dāng)信號(hào)是有效紅燈時(shí)，服務(wù)率為零；當(dāng)信號(hào)是有效綠燈時(shí)，服務(wù)率可高 達(dá)飽和流率。值得注意的是：只有存在排隊(duì)車輛時(shí)，服務(wù)率才等于飽和流率。圖表7-5 (b)用圖說明了隨時(shí)間累積的車輛。圖表 7-5 (a)中的水平線v對(duì) 應(yīng)著圖表7-5 (b)

35、中的斜實(shí)線，其斜率等于流率。因此到達(dá)率曲線經(jīng)過原點(diǎn)，向右上方傾斜，且斜率等于到達(dá)率。圖表 7-5 (a)中的服務(wù)流率，在圖表 7-5 (b)中變成不同的曲線。紅燈期間，服務(wù)流率為零，因此，在下圖中服務(wù)流量是一條水平線。在綠燈開始時(shí)，仍存在排隊(duì)車輛，服務(wù)流率等于飽和流率。這樣 形成一系列三角形，其中到達(dá)流量累積線是每個(gè)三角形的頂邊， 累積服務(wù)曲線形 成三角形的另外兩條邊。每個(gè)三角形代表一個(gè)周期長度，并且能用于分析計(jì)算排隊(duì)時(shí)間。排隊(duì)時(shí)間始 于紅燈初期，一直持續(xù)到排隊(duì)消散，具值在有效紅燈時(shí)間和周期長度之間變化， 可用式(7-11 )計(jì)算。式(7-11 )srvtQ stQ r 或 tQ s v其中，tQ 排隊(duì)時(shí)間，$；v平均到達(dá)率，輛/h ;s 平均服務(wù)率，輛/h ；r有效紅燈時(shí)間，s。（a）服務(wù)流率1輛m0紅 綠 紅 綠 紅時(shí)間累積車輛圖表7-5信號(hào)交