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1、1第二章第二章 交通特性分析交通特性分析11/24/202212第一节交通要素特性11/24/202223一、驾驶员的交通特性一、驾驶员的交通特性 人是道路交通系统中特殊的要素，其他要素都人是道路交通系统中特殊的要素，其他要素都是围绕是围绕“人人”进行设计和运作的，因而，进行设计和运作的，因而，“以人为以人为本本”是交通工程的一个重要原则。道路交通系统中是交通工程的一个重要原则。道路交通系统中“人人”包括车辆（机动车和非机动车）驾驶员、乘客和行包括车辆（机动车和非机动车）驾驶员、乘客和行人。其中主要的研究对象是机动车驾驶员的特性。人。其中主要的研究对象是机动车驾驶员的特性。11/24/2022
2、34驾驶员的信息处理过程驾驶员的信息处理过程一、驾驶员的交通特性一、驾驶员的交通特性11/24/202245驾驶员的生理、心理特性驾驶员的生理、心理特性驾驶员的视觉特性驾驶员的视觉特性 视力、视野、色感视力、视野、色感驾驶员的反应特性驾驶员的反应特性 反应特性反应特性 制动反应时间制动反应时间 停车距离停车距离一、驾驶员的交通特性一、驾驶员的交通特性11/24/202256二、汽车的交通特性二、汽车的交通特性l车辆的设计外廓尺寸车辆的设计外廓尺寸 车辆尺寸与道路设计、交通工程有密切关系。在车辆尺寸与道路设计、交通工程有密切关系。在我国我国公路工程技术标准公路工程技术标准（JTGB01-2003
3、）和）和城市道路设计规范城市道路设计规范（CJJ37-1990）中都规定了）中都规定了机动车辆外廓尺寸界限。机动车辆外廓尺寸界限。l动力性能动力性能 最高车速最高车速 加速度（加速时间）加速度（加速时间）最大爬坡能力最大爬坡能力l 制动性能制动性能 制动距离制动距离 制动性能稳定性制动性能稳定性 方向稳定性方向稳定性11/24/202267三、道路交通特性三、道路交通特性l路网密度与间距路网密度与间距选取应遵循的原则：选取应遵循的原则：与不同等级道路的功能、与不同等级道路的功能、要求相匹配；要求相匹配；与城市不同区域的性质、人口密与城市不同区域的性质、人口密度等匹配。度等匹配。计算公式：计算公
4、式：公路网的合理密度：公路网的合理密度：道路网间距：道路网间距：11/24/202278l道路结构道路结构l道路线形道路线形l道路网布局道路网布局 典型公路网布局：三角形、并列形、放射形、树典型公路网布局：三角形、并列形、放射形、树叉形；叉形；典型城市道路网布局：棋盘形、带形、放射形、典型城市道路网布局：棋盘形、带形、放射形、放射环形。放射环形。三、道路交通特性三、道路交通特性11/24/202289第二节交通量特性11/24/2022910一、交通量的定义一、交通量的定义 交通量是指在选定时间段内交通量是指在选定时间段内,通过道路某一地通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数。按交
5、通点、某一断面或某一条车道的交通实体数。按交通类型分类型分,有有机动车交通量机动车交通量、非机动车交通量非机动车交通量和和行人行人交通量交通量,一般不加说明则指机动车交通量，且指来往一般不加说明则指机动车交通量，且指来往两个方向的车辆数。两个方向的车辆数。11/24/20221011一、交通量的定义一、交通量的定义l交交通通量量时时刻刻在在变变化化，在在表表达达方方式式上上通通常常取取某某一一时时间间段段内内的的平平均均值值作作为为该该时时间间段段的的代代表表交交通通量量。如如果以辆果以辆/d为单位，平均交通量表达式为为单位，平均交通量表达式为:l按按平平均均值值所所取取的的时时间间段段的的长
6、长度度计计,常常用用的的平平均均交交通通量有量有:年平均日交通量（年平均日交通量（AADT）；）；月平均日交通量（月平均日交通量（MADT）；）；周平均日交通量（周平均日交通量（WADT）。）。11/24/20221112一、交通量的定义一、交通量的定义 年平均日交通量（年平均日交通量（AADT）：）：月平均日交通量（月平均日交通量（MADT）：）：k：为当月的天数。：为当月的天数。周平均日交通量（周平均日交通量（WADT）：）：11/24/20221213二、交通量的时间分布二、交通量的时间分布l 月变化月变化：一年内各月交通量的变化称为月变化。：一年内各月交通量的变化称为月变化。年平均日交
7、通量与月平均日交通量之比年平均日交通量与月平均日交通量之比,称为交称为交通量的月变化系数通量的月变化系数(或称月不均衡系数，月换算或称月不均衡系数，月换算系数系数)，以，以K月月表示表示。11/24/20221314二、交通量的时间分布二、交通量的时间分布l周变化：交通量的周变化是指一周内各天的交通周变化：交通量的周变化是指一周内各天的交通量变化，因此，也称周日变化。量变化，因此，也称周日变化。周变系数定义为：年平均日交通量除以某周日的周变系数定义为：年平均日交通量除以某周日的平均交通量。平均交通量。某周日的平均日交通量等于全年所有该周日的交某周日的平均日交通量等于全年所有该周日的交通量除以全
8、年该周日的总天数。通量除以全年该周日的总天数。11/24/20221415二、交通量的时间分布二、交通量的时间分布l 时变化：一天时变化：一天24小时中，每个小时的交通量亦在小时中，每个小时的交通量亦在不断变化。不断变化。一天一天24小时中，小时中，流量最大流量最大的那个小时的交通量称的那个小时的交通量称为为高峰小时交通量高峰小时交通量。高峰小时系数：就是高峰小时交通量与高峰小时高峰小时系数：就是高峰小时交通量与高峰小时内某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之内某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之比。比。一般一般 t=5min或或t=6min或或 t=10min，最常用，最常用t=15m
9、in11/24/20221516二、交通量的时间分布二、交通量的时间分布 如：如：t=15（min）t=10（min）城市中短时间的高峰交通量造成交通阻塞。城市中短时间的高峰交通量造成交通阻塞。11/24/20221617三、交通量的空间分布三、交通量的空间分布l主要包括：主要包括：交通量的城乡分布交通量的城乡分布交通量的路段分布交通量的路段分布交通量的方向分布交通量的方向分布交通量在车道上的分布交通量在车道上的分布11/24/20221718四、设计小时交通量四、设计小时交通量l含义及作用：含义及作用：交通量具有随时间变化和出现高峰小时的特点，交通量具有随时间变化和出现高峰小时的特点，因此，
10、在进行道路设施规划设计时，必须考虑这因此，在进行道路设施规划设计时，必须考虑这个特点。工程上为了保证道路在规划期内满足绝个特点。工程上为了保证道路在规划期内满足绝大多数小时车流能顺利通过，不造成严重阻塞，大多数小时车流能顺利通过，不造成严重阻塞，同时避免建成后车流量很低，投资效益不高，规同时避免建成后车流量很低，投资效益不高，规定必须选择适当的小时交通量作为设计小时交通定必须选择适当的小时交通量作为设计小时交通量。量。根据美国的研究、认为第根据美国的研究、认为第30位最高小时交通量作位最高小时交通量作为设计小时交通量是最合适的。为设计小时交通量是最合适的。11/24/20221819四、设计小
11、时交通量四、设计小时交通量l第第30位最高小时交通量位最高小时交通量所谓第所谓第30位最高小时交通量就是将一年中测得的位最高小时交通量就是将一年中测得的8700个小时交通量，从大到小按序排列，排在第个小时交通量，从大到小按序排列，排在第30位的那个小时交通量。位的那个小时交通量。研究表明，第研究表明，第30位小时交通量与年平均日交通量位小时交通量与年平均日交通量（AADT）之比的）之比的K值十分稳定。值十分稳定。据国外观测，按道路类别及所在地区不同据国外观测，按道路类别及所在地区不同K值分值分布在布在12%18%范围内。范围内。11/24/20221920四、设计小时交通量四、设计小时交通量l
12、设计小时交通量的计算（不考虑方向不均衡性）设计小时交通量的计算（不考虑方向不均衡性）式中：式中：DHV设计小时交通量（辆设计小时交通量（辆/h）；）；K 设计小时交通量系数（设计小时交通量系数（%）；）；N 车道数车道数;C单单 每一车道设计通行能力（辆每一车道设计通行能力（辆/h）；）；AADT 规划年的年平均日交通量规划年的年平均日交通量 （辆（辆/d）；）；W 路幅宽度（路幅宽度（m）；）；W1 一条车道宽度（一条车道宽度（m）。）。11/24/20222021四、设计小时交通量四、设计小时交通量l 设计小时交通量的计算（考虑方向不均衡性）设计小时交通量的计算（考虑方向不均衡性）式中：式
13、中：DDHV单向设计小时交通量；单向设计小时交通量；K 设计小时交通量系数（设计小时交通量系数（%）；）；KD 方向不均匀系数（方向不均匀系数（%）11/24/20222122第三节 速度特性11/24/20222223一、基本定义一、基本定义l 地点车速：这是车辆通过某一地点时的瞬时车地点车速：这是车辆通过某一地点时的瞬时车速，因此观测时速，因此观测时L取尽可能短，通常以取尽可能短，通常以2025m为为宜，用做道路设计、交通管制、交通规划资料。宜，用做道路设计、交通管制、交通规划资料。l 行驶车速：这是从行驶某一区间所需时间（不行驶车速：这是从行驶某一区间所需时间（不包括停车时间）及其区间距
14、离求得的车速，用于包括停车时间）及其区间距离求得的车速，用于评价该路段的线形顺适性和通行能力分析，也可评价该路段的线形顺适性和通行能力分析，也可用于计算道路使用者的成本效益分析。用于计算道路使用者的成本效益分析。l 运行车速：是指中等技术水平的驾驶员在良好运行车速：是指中等技术水平的驾驶员在良好的气候条件、实际道路状况和交通条件下所能保的气候条件、实际道路状况和交通条件下所能保持的安全车速：用于评价道路通行能力和车辆运持的安全车速：用于评价道路通行能力和车辆运行状况。行状况。11/24/20222324一、基本定义一、基本定义l 行程车速：行程车速又称区间车速，是车辆行行程车速：行程车速又称区
15、间车速，是车辆行驶路程与通过该路程所需的总时间（包括停车时驶路程与通过该路程所需的总时间（包括停车时间）之比。行程车速是一项综合性指标，用以评间）之比。行程车速是一项综合性指标，用以评价道路的通畅程度，估计行车延误情况。要提高价道路的通畅程度，估计行车延误情况。要提高运输效率必须提高车辆的行程车速。运输效率必须提高车辆的行程车速。l 临界车速：这是指道路达到理论通行能力时的临界车速：这是指道路达到理论通行能力时的车速，对于选择道路等级具有重要作用。车速，对于选择道路等级具有重要作用。l 设计车速：是指在道路交通与气候条件良好的设计车速：是指在道路交通与气候条件良好的情况下仅受道路物理条件限制时
16、所能保持的最大情况下仅受道路物理条件限制时所能保持的最大安全车速，用作道路线形几何设计的标准。安全车速，用作道路线形几何设计的标准。11/24/20222425二、行车速度的统计分布特性二、行车速度的统计分布特性常用以下特征车速表示车速的统计分布特性：常用以下特征车速表示车速的统计分布特性：l中位车速：也称中位车速：也称50%位车速，是指在该路段上在位车速，是指在该路段上在该速度以下行驶的车辆数与在该速度以上行驶的该速度以下行驶的车辆数与在该速度以上行驶的车辆数相等。车辆数相等。l85%位车速：在该路段行驶所有车辆中，有位车速：在该路段行驶所有车辆中，有85%的车辆行驶速度在此速度以下，只有的
17、车辆行驶速度在此速度以下，只有15%的车辆的车辆行驶速度高于此值。行驶速度高于此值。l15%位车速：意义与前亦同。位车速：意义与前亦同。车速分布的标准偏差车速分布的标准偏差S与与85%位车速和位车速和15%车速之车速之差存在着下列近似关系差存在着下列近似关系:11/24/20222526三、时间平均车速与区间平均车速三、时间平均车速与区间平均车速l时间平均车速：在单位时间内测得通过道路某断时间平均车速：在单位时间内测得通过道路某断面各车辆的点车速，这些点速度的算术平均值，面各车辆的点车速，这些点速度的算术平均值，即为该断面的时间平均车速，即即为该断面的时间平均车速，即:式中：式中：时间平均车速
18、（时间平均车速（km/h）；）；第第i 辆车的地点车速（辆车的地点车速（km/h）；）；n 单位时间内观测到车辆总数（辆）。单位时间内观测到车辆总数（辆）。11/24/20222627三、时间平均车速与区间平均车速三、时间平均车速与区间平均车速l 区间平均速度：是指某路段的长度与通过该路区间平均速度：是指某路段的长度与通过该路段所有车辆的平均行程时间之比（段所有车辆的平均行程时间之比（以后讲到速度以后讲到速度如果不加说明即为区间平均速度如果不加说明即为区间平均速度）。当观测长度）。当观测长度一定时，其数值为所有车辆行程车速的调和平均一定时，其数值为所有车辆行程车速的调和平均值，计算公式为值，计
19、算公式为:式中：式中：区间平均速度（区间平均速度（km/h）；s 路段长度路段长度（km）；）；ti 第第i辆车的行驶时间（辆车的行驶时间（h）；）；n 观测观测到的车辆数；到的车辆数；vi 第第i辆车行驶车速（辆车行驶车速（km/h）。）。11/24/20222728三、时间平均车速与区间平均车速三、时间平均车速与区间平均车速l时间平均速度与区间平均速度之间的互换关系时间平均速度与区间平均速度之间的互换关系由时间平均速度可以推算出区间平均速度：由时间平均速度可以推算出区间平均速度：式中：式中：时间平均速度观测值的均方差。时间平均速度观测值的均方差。由区间平均速度同样可以推算出时间平均速度：由
20、区间平均速度同样可以推算出时间平均速度：式中式中:区间平均速度观测值的均方差。区间平均速度观测值的均方差。11/24/20222829第四节密度、车道占有率、车头间距、车头时距11/24/20222930一、密度一、密度 Kl交通流（车流）密度：交通流（车流）密度：是指某一瞬间内单位道路是指某一瞬间内单位道路长度上的车辆数目。长度上的车辆数目。式中：式中：N 路段内的车辆数路段内的车辆数(辆辆);L 路段长度路段长度(km)。11/24/20223031二、车道占有率二、车道占有率l由于密度是瞬时值，随观测时间和区间长度而变由于密度是瞬时值，随观测时间和区间长度而变化，且反映不出车辆长度和速度
21、的关系，尤其是化，且反映不出车辆长度和速度的关系，尤其是在车辆混合行驶时密度的大小并不能明确表示交在车辆混合行驶时密度的大小并不能明确表示交通流的状态，这就要引入车道占有率的概念表示通流的状态，这就要引入车道占有率的概念表示密度。密度。l车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。11/24/20223132二、车道占有率二、车道占有率l空间占有率：是指在一定路段上，车辆总长度与空间占有率：是指在一定路段上，车辆总长度与路段总长度之比（路段总长度之比（%），表达式为：），表达式为：式中：式中：Rs 空空间间占有率；占有率；S 观测观测路段路段总长总长度；
22、度；si 第第i 辆车辆车的的长长度；度；n 观测观测路段内的路段内的车辆车辆数。数。11/24/20223233二、车道占有率二、车道占有率l空间占有率示意图：空间占有率示意图：Ss1s2s3s411/24/20223334二、车道占有率二、车道占有率l时间占有率：时间占有率：在道路的任意路段上，车辆通过时在道路的任意路段上，车辆通过时间的累计值与观测总时间之比（间的累计值与观测总时间之比（%），其表达式为：），其表达式为：式中：式中：Rt 时间时间占有率；占有率；T 观测总时间观测总时间；ti 第第i 辆车辆车的通的通过过路段所需要的路段所需要的时间时间；n 观测时间观测时间内通内通过该过
23、该路段的路段的车辆车辆数。数。11/24/20223435三、车头间距三、车头间距 hs、车头时距车头时距 ht 前述前述Q、K、V（这里这里V是指什么？是指什么？）均属于宏观）均属于宏观交通流参数，而车头间距和车交通流参数，而车头间距和车头时距属于微观交头时距属于微观交通流参数。其定义为：通流参数。其定义为：l车头间距：是指一条车道上前后相邻两车（用前车头间距：是指一条车道上前后相邻两车（用前保险杠等具有代表性的点测量）之间的距离。保险杠等具有代表性的点测量）之间的距离。l车车头时距：头时距：是指连续行驶的前后两辆车（具有代是指连续行驶的前后两辆车（具有代表性的点）通过行车道上某一点（或某一
24、断面）表性的点）通过行车道上某一点（或某一断面）的时间差。的时间差。l对观测路段上所有的车头间距和车对观测路段上所有的车头间距和车头时距取平均头时距取平均值称为平均值称为平均车头间距与平均车车头间距与平均车头时距。头时距。11/24/20223536三、车头间距三、车头间距 hs、车头时距车头时距 htl平均平均车头间距与平均车车头间距与平均车头时距与宏观交通流参数头时距与宏观交通流参数Q、K存在以下关系：存在以下关系：式中：式中：平均平均车头间距（车头间距（m）;平均车平均车头时距（头时距（s）。）。11/24/20223637第五节交通流的基本特性及其相互关系11/24/20223738一
25、、交通流三参数基本关系一、交通流三参数基本关系l交通流三参数之间的基本关系式为：交通流三参数之间的基本关系式为：式中：式中：Q 流量（辆流量（辆/h）；）；V 速度（速度（区间平均速度区间平均速度）（）（km/h）；）；K 密度（辆密度（辆/km）。）。11/24/20223839一、交通流三参数基本关系一、交通流三参数基本关系l流量、密度、速度三者之间的关系见下图：流量、密度、速度三者之间的关系见下图：11/24/20223940一、交通流三参数基本关系一、交通流三参数基本关系11/24/20224041一、交通流三参数基本关系一、交通流三参数基本关系l交通流特性的一些特征变量交通流特性的一
26、些特征变量:极大流量极大流量Qm Q-V曲线上的峰值；曲线上的峰值；临界速度临界速度Vm 即流量达到极大时的速度；即流量达到极大时的速度；最佳密度最佳密度km 即流量达到极大时的密度；即流量达到极大时的密度；阻塞密度阻塞密度Kj 车流密集到所有车辆基本上无法移车流密集到所有车辆基本上无法移动（动（V=0）时的密度；）时的密度；畅行速度畅行速度Vf 车流密度趋于零车流密度趋于零,车辆可以畅行无车辆可以畅行无阻时的平均速度。阻时的平均速度。11/24/20224142二、速度与密度的关系二、速度与密度的关系l1933年，格林希尔茨（年，格林希尔茨（Green shields）提出了速）提出了速度度
27、密度线性关系模型，且模型与实测数据有良密度线性关系模型，且模型与实测数据有良好的吻合性。好的吻合性。K=0 V=Vf K=KjV=0 K=KmV=Vm QQmax11/24/20224243二、速度与密度的关系二、速度与密度的关系l1959年，格林柏（年，格林柏（Greenberg）提出了用于密度很）提出了用于密度很大时对数模型：大时对数模型：格林柏模型格林柏模型的适用范围的适用范围11/24/20224344二、速度与密度的关系二、速度与密度的关系l1961年安德伍德（年安德伍德（Underwood）提出了用于密度很）提出了用于密度很小时的指数模型：小时的指数模型：安德伍德模型安德伍德模型的
28、适用范围的适用范围11/24/20224445三、流量与密度的关系三、流量与密度的关系l交通流的流量交通流的流量-密度关系是交通流的基本关系，根密度关系是交通流的基本关系，根据格林希尔茨公式及三参数的基本关系式可得：据格林希尔茨公式及三参数的基本关系式可得：11/24/20224546三、流量与密度的关系三、流量与密度的关系l上式对上式对Q 求导，并令：求导，并令：11/24/20224647四、流量与速度的关系四、流量与速度的关系l交通流的流量交通流的流量-速度关系速度关系 是交通流的基本关系，是交通流的基本关系，根据格林希尔茨公式及根据格林希尔茨公式及 三参数的基本关系式可三参数的基本关系式可 得到：得到：11/24/20224748结论结论l综上所述，按格林希尔茨的速度综上所述，按格林希尔茨的速度-密度模型、流量密度模型、流量-密度模型、速度密度模型、速度-流量模型可以看出，流量模型可以看出，Qm、Vm和和 Km（流量（流量 速度关系曲线图）是划分交通是速度关系曲线图）是划分交通是否拥挤的重要特征值。否拥挤的重要特征值。当当QQm、KKm、VVm时，时，属于拥挤状态；属于拥挤状态；当当QQm、K Km、VVm时，时，则属于不拥挤状态。则属于不拥挤状态。11/24/202248