交通流特性.ppt

1、第三章 交通流特性,本章講述交通流三參數(shù)：交通量、車速、密度的特性，以及連續(xù)流和間斷流的特性,第一節(jié) 交通量特性,一、交通量的定義 單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)道路某一地點(diǎn)、某一斷面或某一車道的交通實(shí)體的數(shù)量。 根據(jù)對(duì)象的不同可分為： 行人交通量、非機(jī)動(dòng)車交通量、機(jī)動(dòng)車交通量。 還有單向、雙向交通量之分。 流率：把不足一小時(shí)的時(shí)間段內(nèi)（通常是15分鐘）通過(guò)道路某一地點(diǎn)、某一斷面或某一車道的交通實(shí)體數(shù)，等效換算為1小時(shí)的數(shù)量。 交通量是實(shí)測(cè)值或預(yù)測(cè)值，流率是轉(zhuǎn)換后的等效值。,二、交通量的有關(guān)概念 1、日交通量 （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

2、） 2、小時(shí)交通量 （1）高峰小時(shí)交通量 一天內(nèi)連續(xù)60min的最大小時(shí)交通量。有整時(shí)段和非整時(shí)段之分。 （2）第30位（高峰）小時(shí)交通量 將一年中8760個(gè)小時(shí)的交通量觀測(cè)值按由大到小順序排列，排在第30位的小時(shí)交通量。,（3）設(shè)計(jì)小時(shí)交通量（DDHV） 一般由下式計(jì)算：DDHV=AADTK 其中：K-設(shè)計(jì)小時(shí)交通量系數(shù)，其值常取第30位小時(shí)交通量系數(shù)K30。 K30=第30位小時(shí)交通量/AADT -高峰小時(shí)內(nèi)重方向交通量占雙向交通量的比例。 三、交通量在時(shí)間上的變化（分布） 1、季節(jié)、月份變化 反映交通量在一年內(nèi)的變化 常用月變系數(shù)（又稱為月不均勻系數(shù)）M表示 2、日變化 反映交通量在一周

3、內(nèi)的變化 常用周變系數(shù)D表示,3、小時(shí)變化 反映交通量在一日內(nèi)的變化，有早、晚高峰 反映交通量在一天內(nèi)集中程度的參數(shù)是高峰小時(shí)流量比 ： 高峰小時(shí)流量比一般在0.1左右。 4、交通量在1小時(shí)內(nèi)的變化 反映交通量在1小時(shí)內(nèi)集中程度的參數(shù)是高峰小時(shí)系數(shù) ： 高峰小時(shí)的高峰流率又稱擴(kuò)大高峰小時(shí)交通量。 PHF值一般在0.70.8之間，PHF越小，表明流量變化越大。,四、交通量在空間上的分布 1、方向分布 用方向不均勻系數(shù)KD表示，反映方向不均勻性。 2、車道分布 城市道路一般靠近道路中心線的車道交通量最大，向外側(cè)依次減小；高速公路行車道交通量較大，超車道較小，一級(jí)公路內(nèi)側(cè)車道交通量較大。 3、路段分

4、布 4、城鄉(xiāng)分布,第二節(jié) 速度特性,一、有關(guān)定義 速度：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所行駛的距離，即L/t。按L、t的取值不同，可定義各種不同的車速： 地點(diǎn)車速：車輛通過(guò)某一地點(diǎn)或某一斷面的瞬時(shí)速度。L0 行駛車速：車輛通過(guò)某段里程與有效行車（駛）時(shí)間之比。 行程車速：又稱區(qū)間車速。指車輛通過(guò)某段里程與行程時(shí)間之比。 臨界車速：指道路交通量達(dá)到最大值（通行能力）時(shí)的車速，又稱最佳車速。 設(shè)計(jì)車速：指道路、交通和氣候條件良好的情況下，僅受道路物理?xiàng)l件限制時(shí)，車輛所能保持的最大安全車速。 另外還有暢行車速、經(jīng)濟(jì)車速等概念。,二、速度的統(tǒng)計(jì)分布特性 常用速度頻率分布曲線和積累頻率分布曲線來(lái)表示。,表征車速分布特性的特

5、征值有： 最常見(jiàn)車速：出現(xiàn)頻率最多的速度值。 中位車速：又稱50%位車速，在該速度以下的車輛數(shù)與在該速度以上行駛的車輛數(shù)相等。 85%位車速：指所有車輛中，有85%的車輛在該速度一下行駛。 一般用作最高車速限制標(biāo)準(zhǔn)。 15%位車速：指所有車輛中，只有15%的車輛在該速度一下行駛。 一般用作最低車速限制標(biāo)準(zhǔn)。 速度觀測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差（均方差）： 反映車速分布的離散情況，值越大，車速越離散，表明車輛行駛有很大的自由度。,三、時(shí)間平均速度與區(qū)間平均速度 1、時(shí)間平均速度 指某一時(shí)間段內(nèi)，通過(guò)道路某一斷面的所有車輛的地點(diǎn)速度的算術(shù)平均值。 2、區(qū)間平均速度（又稱空間平均速度） 指某路段的長(zhǎng)度與通過(guò)該路段的

6、所有車輛的平均行駛時(shí)間之比。,3、二者之間的關(guān)系 式中：s2-區(qū)間平均車速觀測(cè)值的方差； t2-時(shí)間平均車速觀測(cè)值的方差。 二者的關(guān)系也可利用回歸分析得到： 在交通流三參數(shù)關(guān)系式Q=KV中的V，指的是區(qū)間平均車速。,第三節(jié) 密度特性,一、密度的定義 指某一瞬間，單位道路長(zhǎng)度上存在的車輛數(shù)（實(shí)體數(shù)）。 （輛/km） 一般指單車道 密度反映車輛的密集程度。用來(lái)衡量駕駛員操縱車輛的舒適性和靈活性。是一個(gè)瞬間值，它隨觀測(cè)的時(shí)刻和觀測(cè)路段長(zhǎng)度而變化，通常是某一觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)的平均值表示。 相關(guān)概念：最佳密度Km：流量達(dá)到最大值時(shí)的密度。 阻塞密度Kj：車輛很多，車速為零時(shí)的密度。,二、車道占有率（常指單車

7、道） 1、空間占有率Rs 指某一瞬間，在一特定路段上，車輛總長(zhǎng)度占該路段長(zhǎng)度的比例。 Rs與密度和車長(zhǎng)有關(guān)，它能反映車輛密度，同時(shí)也是衡量路面利用率的一個(gè)重要指標(biāo)。 2、時(shí)間占有率Rt 指在某一觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)，車輛通過(guò)某一斷面的累計(jì)時(shí)間占該觀測(cè)時(shí)間段的比例。,三、車頭時(shí)距ht(s) 指一條車道上，前后兩輛車通過(guò)同一斷面的時(shí)間差。 所有車輛的車頭時(shí)距平均值稱為平均車頭時(shí)距 。 ht與流量的關(guān)系： 四、車頭間距hs(m) 指一條車道上，前后相鄰的兩輛車之間的距離。用車輛上有代表性的點(diǎn)來(lái)測(cè)量，常用車頭。 所有車輛的車頭間距的平均值稱為平均車頭間距 。 與K的關(guān)系：互為倒數(shù)關(guān)系 車頭間距的單位常用m計(jì)，

8、此時(shí)： 由Q=K 及以上兩式可得出： (km/h),由上式可知：對(duì)應(yīng)不同的車輛行駛速度，均存在一個(gè)最小的安全車頭間隔min 、min ，這也說(shuō)明對(duì)應(yīng)一定車速，都有一定的車輛密度，說(shuō)明車速與密度間存在著某種關(guān)系，這是研究交通流三參數(shù)間關(guān)系的基礎(chǔ)。,第四節(jié) 交通流特性,交通流根據(jù)是否受到外部固定因素的影響而分為連續(xù)流和間斷流。 一、連續(xù)流特性 連續(xù)流是指沒(méi)有外部固定因素影響的不間斷交通流。其特性可用交通量Q、平均車速 （常寫為V）、密度K三個(gè)參數(shù)來(lái)描述。 1、三參數(shù)間的基本關(guān)系,對(duì)某一路段AB，其長(zhǎng)度為L(zhǎng)，在某一瞬間其上存在n輛車，車輛駛過(guò)該路段的平均行駛速度為V（實(shí)際為 ），這n輛車都駛過(guò)B斷面

9、所用的時(shí)間為t=L/V，則交通量Q為： 即： Q=KV 此公式即可用于單車道，也可用于多車道。但用于多車道時(shí)，其中的密度則指多車道密度。,2、速度與密度的關(guān)系 基本呈密度越大，速度越低的趨勢(shì)。 在通常的交通密度下（密度不太大，也不太小），兩者基本呈線性關(guān)系： V=b-aK 當(dāng)V=0， K=Kj ； 當(dāng)K=0， V=Vf=b 則： 其中：Kj為阻塞密度，Vf為暢行速度。,當(dāng)交通密度很大時(shí)，采用對(duì)數(shù)模型： 式中：Vm為臨界車速，指交通流量最大時(shí)的車速。 當(dāng)交通密度很小時(shí)，采用指數(shù)模型： 式中：Km為最佳密度（臨界密度），指交通流量最大時(shí)的密度。,3、交通量與密度的關(guān)系 由Q=KV和 說(shuō)明QK呈二次

10、函數(shù)（拋物線）關(guān)系，其圖形為：,對(duì)上式進(jìn)行求導(dǎo)，并令，則有： 另外，由于 由坐標(biāo)原點(diǎn)到QK曲線上某一點(diǎn)之間聯(lián)線的斜率，表示該點(diǎn)（實(shí)質(zhì)為某一交通運(yùn)行狀態(tài)）所對(duì)應(yīng)的車速，原點(diǎn)處的斜率即為暢行速度Vf。,4、交通量與速度的關(guān)系 由VK關(guān)系可知， 代入Q=KV中，則 其曲線為：,由以上分析可知，Q、K、V可表征車輛的運(yùn)行狀態(tài)： 對(duì)Q，總有QQm 當(dāng)KKm,VVm時(shí)，車輛處于不擁擠狀態(tài)， 當(dāng)KKm,VVm時(shí)，車輛處于擁擠狀態(tài)。 三參數(shù)間是相互關(guān)聯(lián)的，只用交通量參數(shù)不能表達(dá)車輛的運(yùn)行狀況，必須同時(shí)使用兩個(gè)參數(shù)才能表達(dá)，而兩個(gè)參數(shù)一旦確定，另一個(gè)參數(shù)也就確定了。,二、間斷流特性 間斷流是指有外部固定因素影響

11、的周期性中斷交通流。主要指信號(hào)交叉口的交通流。 信號(hào)交叉口的交通流特性常用飽和車頭時(shí)距、飽和流率和損失時(shí)間來(lái)描述。 穩(wěn)定行駛的連續(xù)流的車頭時(shí)距稱為飽和車頭時(shí)距（ht），則飽和流率S為： (輛/h車道) 信號(hào)交叉口處的車輛不可能以飽和流率通過(guò)，它有紅燈時(shí)的停車時(shí)間和紅燈變綠燈的啟動(dòng)損失時(shí)間及清尾時(shí)間，因此S是個(gè)假想值（理想值）。,下圖表示了車輛啟動(dòng)時(shí)的車頭時(shí)距分布情況：,啟動(dòng)損失時(shí)間為：l1=ti 清尾時(shí)間l2指本方向最后一輛車進(jìn)入交叉口的時(shí)刻與另一方向變?yōu)榫G燈的時(shí)刻之間的時(shí)間差。 對(duì)一個(gè)信號(hào)交叉口的某一進(jìn)口車道而言，其在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)所能通過(guò)的最大車輛數(shù)，應(yīng)為飽和流率與有效時(shí)間的乘積。 有效時(shí)間=信號(hào)周期-本方向紅燈時(shí)間-l1-l2,車輛在信號(hào)交叉口處的總損失時(shí)間稱為延誤。車輛除在信號(hào)交叉口處有延誤外，在很多其他地方也存在延誤，以下給出幾個(gè)有關(guān)延誤的概念： 延誤：時(shí)間的損失。 停車延誤：車輛通過(guò)道路某一部分的停車時(shí)間。 行程時(shí)間延誤：實(shí)際行程時(shí)間與正常行駛時(shí)間的差值，包括停車時(shí)間和慢行延誤。 固定延誤：由