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1、交通工程学课件交通工程学课件(完整版完整版)-)-11 交通工程学的定义1.20世纪40年代交通工程学科作为一门独立的学科刚建立时，美国交通工程师学会下的定义是：交通工程学是道路工程学的一个分支，它研究道路规划、几何设计、交通管理和道路网、终点站、毗邻区域用地与各种交通方式的关系，以便使客货运输安全、有效和方便。2.澳大利亚著名交通工程学家布伦敦教授则认为：交通工程学是关于交通和出行的计测科学，是研究交通流和交通发生的基本规律的科学，为了使人、物安全而有效地移动，将此学科的知识用于交通系统的规划、设计和运营。3.1983年，世界交通工程师协会会员指南提出：交通工程学是运输工程学的一个分支，它涉
2、及到规划、几何设计、交通管理和道路网、终点站毗连用地与其他运输方式的关系。4.前苏联学者把交通工程学定义为：研究交通运输的规划和对交通、道路结构、人工构造物影响的科学。5.英国学者则认为，道路工程中研究交通用途与控制、交通规划、线形设计的那一部分称为交通工程学。12 交通工程学科的研究范围与特点一.交通工程学的研究范围1.交通特点分析技术2.交通调查方法3.交通流理论4.道路通行能力分析技术5.道路交通系统规划理论6.道路交通管理技术7.交通安全技术8.静态交通系统规划9.交通系统的可持续发展规划10.交通工程的新理论、新方法、新技术二.交通工程学的特点1.系统性2.综合性3.交叉性4.社会性
3、5.超前性6.动态性13 交通工程学科的产生与发展一.交通工具的变革与工程的发展1.步行交通时代2.马车交通时代3.汽车交通时代4.智能交通时代二.交通工程学科的产生与发展1.基础理论形成阶段（20世纪30年代初40年代末）2.交通规划理论形成阶段（20世纪50年代初70年代初）3.交通管理技术形成阶段（20世纪70年代初90年代初）4.智能化交通系统研究阶段（20世纪年代中期开始）14 我国的交通工程现状及发展趋势一.我国的交通现状1.综合运输2.公路交通3.城市交通二.我国交通工程学科的产生及面临的任务1.我国交通工程学科的产生2.我国交通工程学科面临的任务(1)城市交通规划理论与方法研究
4、 城市交通规划中规划化的交通调查内容、方法研究；城市交通需求预测理论与方法规范化的研究；城市交通网络计算机模拟技术的研究；城市交通网络规划理论与方法的研究；城市交通规划方案评价技术的研究；城市公共交通系统优化理论与技术的研究；城市交通规划快速反应系统的理论与方法的研究；现代先进科学方法在城市交通规划中应用的研究。(2)区域综合交通运输规划理论与方法研究 区域交通运输系统数据收集、处理和建模技术的研究；区域交通运输系统客、货需求预测理论与方法的研究；区域交通运输网络规划及优化理论与方法的研究；区域交通运输枢纽和通道布局理论与方法的研究；区域交通运输系统评价理论与方法的研究；区域交通运输系统决策理
5、论与方法的研究。(3)适应我国交通特点的交通控制理论与方法研究区域交通控制软件系统开发与实施的研究；区域交通控制系统设备与配套技术的研究；高等级公路情报采集与信息传输、监控技术的研究；高等级公路与城市道路的交通管理体制、理论方法与设施的研究；高等级公路立交规划设计与评价理论与方法的研究。(4)交通流理论方面基础研究交通流三参数关系模型与车辆运行特性的研究；各类交叉口规划、设计与评价的理论及方法的研究；复杂交通条件下交通流模拟仿真系统的研究；不同交通组成、不同道路车头时距的分布特性与可接受间隙的研究；道路网络总体通行能力的理论与计算方法的研究；混合交通条件下的交通流理论、运行与管理的研究。(5)
6、交通综合治理方面的理论、方法与措施适应现代交通要求的城市形态与规模的研究；减少客、货出行与运输距离的土地利用合理布局研究；城市交通网络形态与性能的优化与评价的研究；城市交通方式的合理结构研究；城市交通治理的理论模式、规范化方法及程序的研究；城市交通管理体制理论模式与方法的研究；自行车交通特征、适用条件及其路网的规划设计原则与评价方法的研究；停车场需求(机动车与自行车)预测规划设计理论与方法的研究。(6)可持续发展的城市交通运输系统研究可持续发展的城市交通系统模式研究；高度信息化社会条件下的城市交通需求预测技术研究；城市交通的资源(能源、土地)消耗预测及评价技术研究；城市交通系统的环境(气环境、
7、声环境)影响预测及评价技术研究；可持续发展的城市交通系统规划理论与方法研究；城市公共交通(公交、地铁、轻轨)优先发展保障体系研究；城市交通系统可持续发展保障体系研究。(7)智能交通系统(ITS)基础理论研究在我国，全面开展ITS研究的条件尚不成熟，可针对我国的实际情况，开展以下几个方面的研究工作：城市公共交通系统信息化管理技术研究；城市交通车辆线路诱导技术研究；城市交通出行信息管理与服务系统的技术开发；城市交通区域信号控制技术的改进；高速公路电子收费(不停车收费)技术开发；高等级公路交通管理技术的开发。第二章第二章 交通特性交通特性21 人-车-路基本特性 一.人的交通特性（一）驾驶员的交通特
8、性1.驾驶员的职责和要求2.驾驶员的反应操作过程3.驾驶员的生理、心理特性(1)视觉特性视力视野色感(2)反应特性(3)驾驶员的心理和个性特点4.驾驶疲劳（二）乘客的交通特性1.乘客的交通需求心理2.乘车反应3.社会影响（三）行人交通特性1.行人交通流特性2.行人交通特征及相关因素二.车辆交通特性 三.道路基本特性（一）汽车基本特性1.设计车辆尺寸2.动力性能（1）最高车速（2）加速时间t（3）最大爬坡能力3.制动性能（二）自行车交通特性1.自行车的基本特性2.自行车的交通特性1.路网密度2.道路结构3.道路线形4.道路网布局22 交通量特性一一.交通量的定义交通量的定义交通量是指在单位时间段
9、内，通过道路某一地点、某一段面或某一条车道的交通实体数。按交通类型分，有机动车交通量、非机动车交通量和行人交通量，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。1.年平均日交通量（AADT）2.月平均日交通量（MADT）3.周平均日交通量（WADT）二.交通量的时间分布特性1.月变化一年内各月交通量的变化称为月变化，以一年为周期，统计12个月的交通量，每个月的交通量均不相同。2.周变化交通量的周变化是指一周内各天的交通量变化，也称为日变化。3.时变化一天24h中，每个小时的交通量亦在不断地变化。（1）高峰小时交通量高峰小时内的交通量称为高峰小时交通量。高峰小时交通量占该天全天交通之比
10、称为高峰小时流量比(以%表示)。（2）高峰小时系数PHF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交通量扩大为高峰小时后的交通量之比。三.交通量的空间分布特性1.城乡分布2.在路段上的分布3.交通量的方向分布4.交通量在车道上的分布四.设计小时交通量及其应用所谓第30位最高小时交通(30HV)就是将一年中测得的8760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。有了较准确的预测交通量、设计通行能力及设计小时交通量，可用公式计算车道数及路幅宽度。式中：DHV设计小时交通量(辆/h)；K设计小时交通量系数(%)；n车道数；C1每一车道设计通行能力(辆/h)；AADT规划年
11、度的年平均日交通量(辆/d)；W路幅宽度(m)；W1条车道宽度(m)。在考虑方向不均匀系数的情况下，单向设计小时交通量为：式中：DDHW单向设计小时交通量(辆/h)；KD方向不均匀系数(%)。23 行车速度特性一.基本定义地点车速(Spotspeed)：车辆通过某一地点时的瞬时车速。行驶速度(Runningspeed)：从行驶某一区间所需时间及其区间距离求得的车速。运行车速(Operatingspeed)：中等技术水平的司机在良好的气候条件、实际道路状况和交通条件下能保持的安全车速。行程车速(Overallspeed)：车辆行驶路程与通过该路程所需的总时间之比。临界车速(Criticalspe
12、ed)道路理论通行能力达到最大时的车速。设计车速(Designspeed)：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所能保持的最大安全车速。二.行车速度的统计分布特性 1.中位车速2.85%位车速3.15%位车速与速率波动幅度三.时间平均车速与 空间平均车速1.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地点车速，这些地点速度的算术平均值，即为该断面的时间平均车速，即：式中：时间平均车速(km/h)Vi第i辆车的地点车速(km/h)n单位时间内观测到车辆总数(辆)2.区间平均车速 在某一特定瞬间，行驶于道路某一特定长度内的全部车辆的车速分布平均值，当观测长度为一定时，某数值
13、为地点车速观测值的调和平均值，其计算公式为：式中：区间平均车速(m/s)；s路段长度(m)；ti第i辆车的时间(s)；N车辆行驶于路段长度s的次数；Vi第i辆车行驶速度(m/s)。3.时间平均车速与区间平均车速之间的相互关系时间平均车速可以推算区间平均车速：式中：t时间平均车速观测值的均方差。由区间平均车速推算时间平均车速：式中：s区间平均车速观测值的均方差。四四.影响车速变化的因素影响车速变化的因素 1.驾驶员对车速的影响2.车辆对车速的影响3.道路对车速的影响（1）街道类型及等级（2）平均线型（3）纵断面线型（4）车道数及车道位置（5）视距（6）侧向净空（7）路面4.交通条件对车速的影响（
14、1）交通量（2）交通组成（3）超车条件（4）交通管理（5）交通环境的影响24 交通密度特性 一一.交通密度的定义交通密度的定义 密度是指在一条车道上车辆的密集程度，即在某一瞬时内每单位长度一条车道上的车辆数，又称车流密度，常以K表示，其单位为辆/km，（如为多车道，则应除以车道换算成单车道的车辆数然后再计算，于是有：式中：K车流密度（辆/km）；N单车道路段内的车辆数（辆）；L路段长度（km）。Q单车道上交通量（辆/h）；区间平均车速（km/h）。二.车头间距与车头时距在同向行驶的一列车队中，相邻两辆车的车头之间的距离称为车头间距（或间隔）。路段中所有车头间距的平均值称为平均车头间距（hs）。
15、道路上车流的车头间距也反映交通密度，根据定义，车头间距hs和密度之间的关系为:hs=1000/K式中：hs车头间距（m/辆）；K密度（辆/km）。车头时距和交通量之间的关系为：ht=1000/Q式中：Q道路的交通容量（辆/h）；ht平均车头时距（s/辆）。车头时距hs、车头时距ht及速度V三者之间关系为：式中：V汽车行驶速度（km/h）。第三章第三章 交通调查交通调查第三章 交通调查 定义：是一种用客观的手段,测定道路交通流以及与其有关现象的判断，并进行分析，从而了解与掌握交通流的规律。目的：为了向交通城建规划与环保以及公安交通管理等部门 提供改善、优化道路交通的实际参考资料和数据。31 交通
16、量调查 一.交通量调查交通量调查目的目的为了获得车和(或)人在街道或公路系统的选定点处运动情况的真实数据。交通量分类：年交通量(辆/a)日平均交通量(ADT)年平均日交通量(AADT)小时交通量(辆/h)短时流量(min)二二.交通调查交通调查不分流向调查 分流向调查 转向调查或交叉口调查 分车种调查(获得交通流中各车种的交通量)车辆占用调查 行人交通调查 境界出入调查 分隔查核线调查 三.交通量计数方法四种方法：四种方法：人工计数法浮动车法机械计数法录像法浮动车法：(1)调查方法需要有一辆测试车，一人记录与测试车同向行驶的车辆中，被测试车超越的车辆数和超越测试车的车辆数；另一人报告和记录时间
17、及停驶时间。(2)调查数据计算测定方向上的交通量平均行程时间平均车速 四.调查时间常用的调查时间24h交通量调查周一中午至周五中午之间任何一个连续24h进行观测。16h交通量调查从上午6时至下午10时。12h交通量调查从上午7时至下午7时。高峰交通量调查高峰交通量调查：调查时间视城市规模、与主要交通源(如中心商业区或工业区)的距离和交通充施的类型(高速公路、幅射干道等)而异。通常为上午79时和下午46时。周末交通量调查从星期五中午(或最晚从下午6时)开始至星期一中午(或最早至上午6时)结束。五.调查方案郊区交通量调查方案郊区交通量调查方案随拟调查地区的类型和规模的不同而有很大的差别。为了得到交
18、通量随季节的变化规律，每种类型的公路上都要设立控制性观测站。每类道路上设十个控制性观测站，每站两个月观测一次，每次一周，一年共观测六次。所有的公路路段上都要设普查性观 测站，每年或两年观测一次，每次观测24或48h，在工作日进行。城区交通量调查方案 (1)制定调查方案的第一步是将道路系统归类。(2)控制性观测对通常调查的交通量数据进行必要的控制。(3)普查性观测用于估算整个道路系统的日平均交通量。(4)中心商业区的境界出入交通量调查用于观测由中心商业区生成的运输活动。这种调查每隔一年应重复一次。(5)分隔查核线调查用于考察由于土地使用和出行方式的重大改变而引起的交通量和流向的 大范围变化情况。
19、分隔查核线调查应每隔一年进行一次。六.交叉口的流向流量调查交叉口的流量流向观测交叉口各观测点的布置交叉口交通量的表示法32 车速调查 一.车速调查的目的1.地点车速调查的目的(1)掌握某地点车速分布规律及速度变化趋势；(2)作为交叉口交通设计的重要参数；(3)用于交通事故分析；(4)判断交通改善措施的成效；(5)确定道路限制车速；(6)设置交通标志的依据；(7)局部地点如道路弯道、坡度、瓶颈等处的交通改善设计的依据；(8)交通流理论研究中的重要参数。2.区间车速调查的目的(1)掌握道路交通现状，作为评价道路服务水平的主要指标；(2)路线改善设计的依据；(3)作为衡量道路上车辆运营经济性(时间和
20、车辆耗油)的重要参数；(4)作为交通规划中路网交通流量分配的重要依据；(5)确定交通管理措施及联动交通信号配时的重要依据；(6)判断道路工程改善措施前后效果对比的重要指标；(7)交通流理论研究中的重要参数。二.地点车速调查1.观测地点的选择地点车速是表征汽车通过某个地点的瞬间速度。因此，观测地点应选择在交叉口之间、地形平直、间距较大而又无干扰的路段，一般指无公共汽车站或临时停车站等侧旁停车影响，也不受行人过街道、支街出入口的车辆和行人横向干扰影响的路段，也就是对车速观测者没有多大影响的路段。2.调查时间的选择调查时间决定于调查的目的和用途，调查车速限制、收集基础资料等一般性的调查，应选择非高峰
21、时段，国外常选用下列三个时段中一个小时。(1)9：0017：30(2)14：3016：00(3)19：0021：003.样本大小的选择(1)总是选择车队中的第一辆汽车(2)选择某一车种的比例过大(3)选取高速车辆比例大4.地点车速的测量方法(1)人工量测方法在观测地点划线量测用反射镜观测(2)自动量测方法道路检测器法雷达速度计的方法用光电管方法摄影量测法。三.行驶速度与区间速度调查行行驶驶速速度度是指车辆行驶在某一区间时的运行车速，它等于区间距离除以在该区间运行所需要的时间(不包括停车时间)。区区间间车车速速是指车辆行驶在某一区间时根据道路交通状况而确定的综合车速，是用区间距离除以车辆行驶在该
22、区间的总时间(包括停车时间)求得的。区间车速与行驶车速的区别在于停车时间，两者调查方法一样，只是前者需计入停车时间。量测行驶时间和行程时间的方法很多，常用的三种：1.牌照法 2.流动车法 3.跟车法33 交通密度调查 一.出入量法1.出入量法的基本原理在某道路上选择A、B两点间的路段为观测路段，车流从A驶向B。观测开始(t=t0)时，AB路段内存在的初始车辆数为E(t0)，t时刻内从A处驶入的车辆数为Q(t)。从B处驶出的车辆数为QB(t)，则t时刻AB路段内存在的现有车辆数应为初始车辆数与t时刻内AB路段的车辆数改变量之和。即：t时刻AB路段内的交通密度为：式中：E(t)t时刻AB路段内存在
23、的现有车辆数；QA(t)从观测开始(t=t)到t时刻内从A处驶入的累计车辆数；QB(t)从观测开始(t=t)到t时刻内从B处驶入的累计车辆数；E(t0)从观测开始(t=t)时，AB路段存在的初始车辆数；LABAB路段长度(km)。初始车辆数E(t)的求法:求初始车辆数E(t)的方法有车牌号码法、照相观测法等。这里介绍一种最简易的方法即试验车法。设试验车在观测开始(t=t)时从A驶向B。t时刻到达B。从t0到t时刻，通过B处的车辆数为q。若试验车在行驶期间没有超越别的车，也没有被别的车超越时，则q就是t0时刻AB路段内的初始车辆数；如果试验车在行驶期间存在超车和被超车的现象时，则观测开始(t=t
24、)时在AB路段内的初始车辆数应为：式中：q从t0到t时刻通过B处的车辆数；a被试验车超越的车辆数；b超越试验车的车辆数。2.测定方法(1)用出入量法测定交通密度，适用于高速公路上立交之间无出入交通的路段。由于实测密度均方差为实测时段和区间长度的减函数；为了保证有足够的精度，调查时必须选用路段长度尽量大于800m，时段延续5min以上。(2)在测定路段的两端设置车辆情况示波器或动态录像机，从开始时刻(t0)开始。测定通过这两端的车辆数，同时还要测定试验车在测定路段内的超车和被超车的车辆数。为了记取试验车通过AB路段两端的时刻，必须在试验车上标以特殊的记号。此时，若使用车辆情况示波器进行测定。当试
25、验车通过两端时，要按动显示器把具有特殊记号的试验车记录在记录纸上；若使用动态录像机，也要对准试验车的记号摄影，以便整理资料时记取那个时刻。3.出入量法优缺点用出入量法测定路段交通密度的优点是方法简便，无须很多设备。适用于各种交通状况，既能保证精度又实用有效。出入量法的缺点是，通过A、B两端车辆数的测量误差随时间而累加。为了防止误差的累加，除应增加试验车的观测次数外，要把试验车每次经过A端的时刻都作开始时刻(t0)，且该时刻的现有车辆都作为每次的初始车辆数值。二.地面上(高处)摄影观测法1.测定方法2.交通密度计算与分析式中：K交通密度(辆/km)；L观测路段长度(m)；t读取存在车辆数的时间间
26、隔(s)；T总计时间(s)；n在总计时间T内，在胶卷上读取存在车辆数时的画面数，；Ki第i画面上测定路段内存在的车辆数(辆)。三.航空摄影观测法1.测定方法2.交通密度的计算与分析3.航测法的优缺点优缺点使用航空摄影观测法测定路段交通密度最为适宜，同时它也是能得到准确数值的唯一方法。航测法不适宜长时间地观测。这不仅是因为航空摄影费用大，而且直升飞机在空中飞行时间有限航空照相机1次摄影的胶卷张数亦受到限制。再则，在调查车流的空间平均速度和复杂的交通现象时，其精度与摄影间隔有关。摄影间隔越短，精度就越高，且目前还另外受到胶卷的张数和相机本身构造的影响。四.道路占有率的检测和调查空间占有率为在一瞬间
27、测得已知路段上所有车辆占用的长度占路段长度的百分比，即：式中：RS空间占有率(%)；Li第i辆车长度(m)；L观测路段总长度(m)；n该路段内的车辆数(辆)。如果事先已获得各车型的车长资料时，根据密度调查现场统计的分车型交通量资料，就可按上式计算空间占有率。如果事先没有各车型的车长资料，要在现场直接量测车长是很困难的，一般是在现场测定车辆的占用时间，按下式计算时间占有率：式中：Rt空间占有率(%)；ti第i辆车的占用时间(s)；T总观测时间(s)；n观测时间内通过的车辆数(辆)。3-4行车延误调查 一.行车延误 1.延误由于交通摩阻与交通管制引起的行驶时间损失，以s或min计。2.固定延误由交
28、通控制装置、交通标志等引起的延误。它与交通流状态和交通干扰无关，主要发生在交叉路口。3.停车延误刹住车轮及车辆停止不动的时间，等于停车时间。4.行驶延误为行驶时间与计算时间之差。5.排队延误排队时间与以畅行车速驶过排队路段的时间之差。6.引道延误为引道时间与车辆畅行行驶越过引道延误段的时间之差。二.影响行车延误的因素1.驾驶员2.车辆3.道路4.转向车比例5.交通负荷6.服务水平7.交通控制8.环境三.延误资料的应用1.评价道路交通堵塞程度2.探求行车延误的发展趋势3.评价道路服务质量4.道路改建的依据5.运输规划6.经济分析7.前后对比研究8.交通管制四.行车延误的调查方法1.跟车法2.输出
29、输入法五.交叉口的延误调查1.调查地点2.调查时间3.要求的样本量4.调查方法(1)点样本法(2)抽样追踪法点样本法点样本法获得的是车辆在交叉口引道上的排队时间，每一入口需要34名观测员和一块秒表。观测员站在停车线附近的路侧人行道上。其中一人持秒表按预先选定的时间间隔(通常为15s，根据情况也可以取其它值)通知另外23名观测员；第二名观测员负责清点停在停车线后面的车数，记录在表中，每到一个预定的时间间隔就要清点一次；第三名观测员负责清点经过停车通过停车线的车辆数(停驶数)和不经停车通过停车线的车辆数(不停驶数)，36 起迄点调查(OD调查)一.基本定义与术语起迄点调查即OD调查(OD取自英文O
30、rigin和Destination的第一个字母)。OD调查主要包括人的出行OD调查、车辆OD调查和货流OD调查三大内容。1.出行指人、车、货从出发点到目的地移动的全过程。出行“起点”，指一次出行的出发地点；“迄点”，指一次出行的目的地。出行作为交通行业的计测单位，须具有三个基本属性：(1)每次出行有起迄两个端点；(2)每次出行有一定目的；(3)每次出行采用一种或几种交通方式2.出行端点：出行起点、迄点的总称。3.境内出行：起迄点都在调查区域范围内的出行。4.过境出行：起迄点都在调查区域范围外的出行。5.区内出行：调查区域分成若干小区后，起迄点都在小区内出行。6.区间出行：调查区域分成若干小区后
31、，起迄点分别位于不同小区间的出行。7.小区形心：指小区内出行端点(发生或吸引)密度分布的重心位置，即小区内交通出行的中心点，不是该小区的几何面积重心。8.期望线：又称愿望线，为连接各小区形心间的直线，它的宽度表示区间出行的次数。9.主流倾向线：又称综合期望线，是将若干条流向相近的期望线合并汇总而成。10.OD表：11.调查区域境界线：包围全部调查区域的一条假想线，有时还分设内线和外线。12.分隔查核线：为校核OD调查成果精度而在调查区域内按天然、人工障碍设定的调查线，可设一条或多条。13.出行产生：包括交通分区内下述出行端点：家庭出行中的家庭一端端点，不论其为出发点或到达点；非家庭出行的出发点
32、。14.出行吸引：相对于出行产生，包括交通分区内下述出行端点：家庭出行中的非家庭一端的端点，不论其为出发点或到达点；非家庭出行中的到达点。15.出行分布：又称OD交通量。调查区域内各交通小区之间的车、人出行次数，当限为车辆出行时，亦称交通分布。二.起迄点调查目的起迄点调查的具体目的：1.通过搜集出行类别与数量资料，在计算机上模拟现状的出行，为发现主要交通症结，调整与改善道路系统功能，从系统上和政策上对近远期工程项目排序提供依据；2.由OD调查资料、土地使用资料建立各类交通预测模型，为远期交通规划提供依据；3.客观地分析评价各类交通出行的特征，特别是公共交通服务水平，为提高公共交通系统运行效率，
33、制定近期、远期交通政策提供有效信息。三.起迄点调查类别与方法1.起迄点调查类别(1)个人出行(2)车辆出行(3)货物流通出行2.调查方法(1)家访调查(个人出行)(2)发(放)表调查(车辆出行)(3)路边询问调查(4)明信片法(5)工作出行调查(6)车辆牌照调查(7)公交站点调查(8)购月票填卡调查(9)境界线出入调查(10)货物流通调查(货流OD)四.起迄点调查实施步骤1.组织调查机构2.调查准备3.OD调查的抽样率及抽样方法 OD调查的抽样方法：(1)简单随机抽样(2)分层抽样(3)等距抽样(4)整群抽样4.人员训练5.制订计划6.典型试验7.实地调查五.OD调查精度检验1.分隔查核线检验
34、2.区域境界线检验3.公共活动集散中心作为校核点，将起讫点调查获得的交通量按抽样率扩算后与该点上实际观测的交通量相比，作为控制市内OD调查精度的重要依据。4.由OD调查表推算出来的各类人口，社会交通特征与现有的统计资料进行比较，检查其误差程度。第四章第四章 道路交通流理论道路交通流理论 四种交通流理论1.概率统计分布的应用；2.随机服务系统理论(排队论)的应用；3.流体力学模拟理论(波动理论)的应用；4.跟驰理论(动力学模拟理论)的应用。41 交通流的特性 一.交通设施种类 交通设施从广义上被分为连续流设施与间断流设施两大类。连续流主要存在于设置了连续流设施的高速公路及一些限制出入口的路段。间
35、断流设施是指那些由于外部设备而导致了交通流周期性中断的设置。二.连续流特征 1.总体特征交通量Q、行车速度、车流密度K是表征交通流特性的三个基本参数。此三参数之间的基本关系为：式中：Q平均流量(辆/h)；空间平均车速(km/h);K平均密度(辆/km)。能反映交通流特性的一些特征变量：(1)极大流量Qm，就是QV曲线上的峰值。(2)临界速度Vm，即流量达到极大时的速度。(3)最佳密度Km，即流量达到极大时的密量。(4)阻塞密度Kj，车流密集到车辆无法移动(V=0)时的密度。(5)畅行速度Vf，车流密度趋于零，车辆可以畅行无阻时的平均速度。2.数学描述(1)速度与密度关系格林希尔茨(Greens
36、hields)提出了速度一密度线性关系模型：当交通密度很大时，可以采用格林柏(Grenberg)提出的对数模型：式中：Vm对应最大交通量时速度。当密度很小时，可采用安德五德(Underwood)提出的指数模型：式中：Km为最大交通量时的速度。(2)流量与密度的关系(3)流量与速度关系综上所述，按格林希尔茨的速度密度模型、流量密度模型、速度流量模型可以看出，Qm、Vm和Km是划分交通是否拥挤的重要特征值。当QQm、KKm、VVm时，则交通属于拥挤；当QQm、KKm、VVm时，则交通属于不拥挤。例4-1设车流的速度密度的关系为V=88-1.6K，如限制车流的实际流量不大于最大流量的0.8倍，求速度
37、的最低值和密度的最高值?(假定车流的密度最佳密度Km)解：由题意可知：当K=0时，V=Vf=88km/h,当V=0时，K=Kj=55辆/km。则：Vm=44Km/h,Km=27.5辆/km,Qm=VmKm=1210辆/h。由Q=VK和V=88-1.6K，有Q=88K-1.6K2(如图)。当Q=0.8Qm时，由88K-1.6K2=0.8Qm=968，解得：K15.2，39.8。则有密度KA和KB与之对应，又由题意可知，所求密度小于Km，故为KA。故当密度为KA=15.2辆/km，其速度为：VA=88-1.6KA=88-1.615.2=63.68km/h即KA=15.2辆/km，VA=63.68k
38、m/h为所求密度最高值与速度最低值。3.连续交通流的拥挤分析(1)交通拥挤的类型周期性的拥挤非周期性的拥挤(2)瓶颈处的交通流(3)交通密度分析(4)非周期性拥挤42 概率统计模型 一.离散型分布 1.泊松分布(1)基本公式式中：P(k)在计数间隔t内到达k辆车或k个人的概率；单位时间间隔的平均到达率(辆/s或人/s)；t每个计数间隔持续的时间(s)或距离(m)；e自然对数的底，取值为2.71828。到达数小于k辆车(人)的概率：到达数小于等于k的概率：到达数大于k的概率：到达数大于等于k的概率：到达数至少是x但不超过y的概率：用泊松分布拟合观测数据时，参数m按下式计算：式中：g观测数据分组数
39、；fj计算间隔t内到达kj辆车(人)这一事件发生的次(频)数；kj计数间隔t内的到达数或各组的中值；N观测的总计间隔数。(2)递推公式(3)应用条件2.二项分布(1)基本公式式中：P(k)在计数间隔t内到达k辆车或k个人的概率；平均到达率(辆/s或人/s)；t每个计数间隔持续的时间(s)或距离(m)；n正整数；通常记p=t/n，则二项分布可写成：式中：0p1，n、p称为分布参数。对于二项分布，其均值M=np,方差D=np(1-p)，MD。因此，当用二项分布拟合观测数时，根据参数p、n与方差，均值的关系式，用样本的均值m、方差S2代替M、D，p、n可按下列关系式估算：(2)递推公式(3)应用条件
40、车流比较拥挤、自由行驶机会不多的车流用二项分布拟合较好。3.负二项分布(1)基本公式式中：p、为负二项布参数。0p1，为正整数。由 概 率 论 可 知，对 于 负 二 项 分 布，其 均 值 M=(-p)/p,D=(1-p)/p2,MD。因此，当用负二项分布拟合观测数据时，利用p、与均值、方差的关系式，用样本的均值m、方差S2代替M、D，p、可由下列关系式估算：(2)递推公式(3)适用条件当到达的车流波动性很大或以一定的计算间隔观测到达的车辆数(人数)其间隔长度一直延续到高峰期间与非高峰期间两个时段时，所得数据可能具有较大的方差。4.离散型分布拟合优度检验2检验(1)2检验的基本原理及方法建立
41、原假设H0选择适宜的统计量确定统计量的临界值判定统计检验结果二.连续型分布 描述事件之间时间间隔的分布称为连续型分布。连续型分布常用来描述车头时距、或穿越空档、速度等交通流特性的分布特征。1.负指数分布(1)基本公式计数间隔t内没有车辆到达(k=0)的概率为：P(0)=e-t上式表明，在具体的时间间隔t内，如无车辆到达，则上次车到达和下次车到达之间，车头时距至少有t秒，换句话说，P(0)也是车头时距等于或大于t秒的概率，于是得：P(ht)=e-t而车头时距小于t的概率则为：P(ht)=1-e-t若Q表示每小时的交通量，则=Q/3600(辆/s)，前式可以写成：P(ht)=e-Qt/3600式中
42、Qt/3600是到达车辆数的概率分布的平均值。若令M为负指数分布的均值，则应有：M=3600/Q=1/负指数分布的方差为：用样本的均值m代替M、样本的方差S2代替D，即可算出负指数分布的参数。此外，也可用概率密度函数来计算。负指数分布的概率密度函数为：(2)适用条件负指数分布适用于车辆到达是随机的、有充分超车机会的单列车流和密度不大的多列车流的情况。通常认为当每小时每车道的不间断车流量等于或小于500辆，用负指数分布描述车头时距是符合实际的。2.移位负指数分布(1)基本公式其概率密度函数为：式中：为平均车头时距。(2)适用条件移位负指数分布适用于描述不能超车的单列车流的车头时距分布和车流量低的
43、车流的车头时距分布。为了克服移位负指数分布的局限性，可采用更通用的连续型分布，如：韦布尔(Weibull)分布；爱尔朗(Erlang)分布；皮尔逊型分布；对数正态分布；复合指数分布。43 排队论模型 一.基本概念排排队队单指等待服务的顾客(车辆或行人)，不包括正在被服务的顾客；排队系统排队系统既包括等待服务的顾客，又包括正在被服务的顾客。排队系统的三个组成部分(1)输入过程是指各种类型的顾客按怎样的规律到来。定长输入泊松输入爱尔朗输入(2)排队规则指到达的顾客按怎样的次序接受服务。损失制等待制混合制(3)服务方式指同一时刻有多少服务台可接纳顾客，为每一顾客服务了多少时间。定长分布服务负指数分布
44、服务爱尔朗分布服务排队系统的主要数量指标最重要的数量指标有三个：(1)等待时间从顾客到达时起至开始接受服务时为止的这段时间。(2)忙期服务台连续繁忙的时期，这关系到服务台的工作强度。(3)队长有排队顾客数与排队系统中顾客数之分，这是排队系统提供的服务水平的一种衡量。二.M/M/1系统 由于M/M/1系统排队等待接受服务的通道只有单独一条，也叫“单通道服务”系统，如图。(1)在系统中没有顾客的概率P(0)=1-(2)在系统中有n个顾客的概率P(n)=n(1-)(3)系统中的平均顾客数(4)系统中顾客数的方差(5)平均排队长度(6)非零平均排队长度(7)排队系统中的平均消耗时间(8)排队中的平均等
45、待时间44 跟驰模型 一.车辆跟驰特性分析 跟驰理论是运用动力学方法，研究在无法超车的单一车道上车辆列队行驶时，后车跟随前车的行驶状态的一种理论。非自由状态行驶的车队有如下三个特性：1.制约性2.延迟性(也称滞后性)3.传递性二.线性跟驰模型 根据上述跟驰车队的特性，如图中第n+1号车在t+T时刻的速度可用下式表示：Xn+1(t+T)=n(t)-Xn+1(t)+L式中：Xn(t)在t时刻，第n号车(引导车)的位置；Xn+1(t)在t时刻，第n+1号车(跟随车)的位置；反应灵敏度系数(1/s)；L在阻塞情况下的车头间距。对于跟驰车辆的反应，一般指加速、减速，因此，将上式微分，得到：式中：在延迟T
46、时间后，第n+1号车的加速度；在t时刻，第n号车的速度；在t时刻，第n+1号车的速度。可理解为：反应(t+T)=灵敏度刺激(t)三.线性模型的稳定性 1.局部稳定指前后两车之间的变化反应。例如两车车距的摆动，如摆动大则不稳定，摆动愈小则愈稳定，这称为局部稳定。2.渐近稳定是引导车向后面各车传播速度变化。如扩大其速度振幅，叫做不稳定，如振幅逐渐衰弱，则叫做稳定，这称为渐近稳定。四.非线性跟驰模型 五.跟驰模型的一般公式45 流体模拟理论 一.车流连续性方程 根据质量守恒定律：流入量-流出量=数量上的变化q-(q+dq)dt=k-(k-dk)dx-dqdt=dkdxq=kv用流体力学的理论建立交通
47、流的运动方程：第五章第五章 道路通行能力道路通行能力51 概 述一.通行能力概述目的：是求得在不同运行质量情况下1h所能通行的最交通量，亦即可求得在指定的交通运行质量条件下所能承担交通的能力。1.种类基本通行能力：是指公路组成部分在理想的道路、交通、控制和环境条件下，该组成部分一条车道或一车行道的均匀段上或一横断面上，不论服务水平如何，1h所能通过标准车辆的最大辆数。可能通行能力：指一已知公路的一组成部分在实际或预测的道路、交通、控制及环境条件下，该组成部分一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，不论服务水平如何，1h所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的最大辆数
48、。设计通行能力：指一设计中的公路的一组成部分在预测的道路、交通、控制及环境条件下，该组成部分一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，在所选用的设计服务水平下，1h所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的最大辆数。2.计算通行能力的时间单位、交通量和交通流率由于时间单位愈大，交通不均匀性亦愈大，就愈不能很好反应交通量与运行质量之间的关系。因此，通常是以小时为单位来计算通行能力和设计交通量。我国现阶段仍用小时交通量而不用交通流率。3.理想条件(1)道路条件：是指公路的几何特征（车道数、车道、路肩、中央带等的宽度，侧向净宽，设计速度及平、纵线形和视距等）。(2)交通条件：
49、是指交通特征（交通流中的交通组成、交通量、不同车道中的交通量分布、上下行方向的交通量分布）。(3)控制条件：是指交通控制设施的形式及特定设计和交通规划。(4)环境条件：指横向干扰程度以及交通秩序等。4.车辆换算系数和换算交通量(1)车辆换算系数在分析计算通行能力和服务水平时，需要将标准汽车交通量与实际或预测的交通组成中各类车辆交通量进行换算，需要用到车辆换算系数。此系数的定义是：在通行能力方面某类车辆一辆等于标准车辆的辆数。(2)换算交通量也称为当量交通量。是将总交通量中各类车辆交通量换算成标准车型交通量之和。式中：Ve当量交通量；V未经换算的总交通量；Pi第i类车交通量占总交通量的百分比；E
50、i第i类车的车辆换算系数。5.影响通行能力的主要因素及其对通行能力的修正系数6.需分别进行通行能力和服务水平分析的公路组成部分(1)高速公路（控制进入）的基本路段；(2)不控制进入的汽车多车道公路路段；(3)不控制进入的汽车双车道公路路段；(4)混合交通双车道公路路段；(5)匝道，包括匝道主线连接部分；(6)交织区；(7)信号控制的平面交叉；(8)市区及近郊干线道路。二.公路服务水平概述1.公路服务水平：是交通流中车辆运行的以及驾驶员和乘客所感受的质量量度。亦即公路在某种交通条件下所提供运行服务的质量水平。2.公路服务水平的分级及各级服务水平的运行质量描述六级服务水平（美国）A级：交通量很小，