交通流基本特性

12019/8/91第二章交通流基本特性第一节流量(交通量)Q22019/8/92一、交通量的定义交通量是指在选定时间段内,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。32019/8/93一、交通量的定义交通量时刻在变化，在表达方式上通常取某一时间段内的平均值作为该时间段的代表交通量。如果以辆/d为单位，平均交通量表达式为:按平均值所取的时间段的长度计,常用的平均交通量有:年平均日交通量（AADT）；月平均日交通量（MADT）；周平均日交通量（WADT）。niiQn11平均交通量42019/8/94一、交通量的定义年平均日交通量（AADT）：月平均日交通量（MADT）：k：为当月的天数。周平均日交通量（WADT）：366153616361:3651iiiiQAADTQAADT或闰年kiiQkMADT117171iiQWADT52019/8/95二、交通量的时间分布月变化：一年内各月交通量的变化称为月变化。年平均日交通量与月平均日交通量之比,称为交通量的月变化系数(或称月不均衡系数，月换算系数)，以K月表示。MADTAADTK月62019/8/96二、交通量的时间分布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。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。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年该周日的总天数。某周日平均交通量年平均日交通量周日K72019/8/97二、交通量的时间分布时变化：一天24小时中，每个小时的交通量亦在不断变化。一天24小时中，流量最大的那个小时的交通量称为高峰小时交通量。高峰小时系数：就是高峰小时交通量与高峰小时内某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之比。一般t=5min或t=6min或t=10min，最常用t=15minttPHFt60时段的交通量）（高峰小时内高峰小时交通量82019/8/98二、交通量的时间分布如：t=15（min）t=10（min）城市中短时间的高峰交通量造成交通阻塞。交通量）（高峰小时中高峰高峰小时交通量min15415PFH交通量）（高峰小时中高峰高峰小时交通量min10610PFH92019/8/99三、交通量的空间分布主要包括：交通量的城乡分布交通量的路段分布交通量的方向分布交通量在车道上的分布102019/8/910四、设计小时交通量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，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，规定必须选择适当的小时交通量作为设计小时交通量。根据美国的研究、认为第30位最高小时交通量作为设计小时交通量是最合适的。112019/8/911四、设计小时交通量第30位最高小时交通量所谓第30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30位的那个小时交通量。研究表明，第30位小时交通量与年平均日交通量（AADT）之比的K值十分稳定。据国外观测，按道路类别及所在地区不同K值分布在12%～18%范围内。122019/8/912四、设计小时交通量设计小时交通量的计算（不考虑方向不均衡性）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;C单—每一车道设计通行能力（辆/h）；AADT—规划年的年平均日交通辆量（辆/d）；W—路幅宽度（m）；W1—一条车道宽度（m）。nWWCDHVnkAADTDHV1单132019/8/913四、设计小时交通量设计小时交通量的计算（考虑方向不均衡性）式中：DDHV——单向设计小时交通量；K—设计小时交通量系数（%）；KD—方向不均匀系数（%）DKKAADTDDHV142019/8/914第二节速度V152019/8/915一、基本定义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L取尽可能短，通常以20~25m为宜，用做道路设计、交通管制、交通规划资料。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，也可用于计算道路使用者的成本效益分析。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持的安全车速：用于评价道路通行能力和车辆运行状况。162019/8/916一、基本定义行程车速：行程车速又称区间车速，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。要提高运输效率必须提高车辆的行程车速。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。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所能保持的最大安全车速，用作道路线形几何设计的标准。172019/8/917二、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：中位车速：也称50%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车辆数相等。85%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15%的车辆行驶速度高于此值。15%位车速：意义与前亦同。车速分布的标准偏差S与85%位车速和15%车速之差存在着下列近似关系:)/2.0715%-(85%位车速位车速S182019/8/918三、时间平均车速与区间平均车速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，即为该断面的时间平均车速，即:式中：—时间平均车速（km/h）；—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）。niitvnV11tViv192019/8/919三、时间平均车速与区间平均车速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（以后讲到速度如果不加说明即为区间平均速度）。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值，计算公式为:式中：—区间平均速度（km/h）；s—路段长度（km）；ti—第i辆车的行驶时间（h）；n—观测到的车辆数；vi—第i辆车行程车速（km/h）。niiniisvntnsV111111sV202019/8/920三、时间平均车速与区间平均车速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：式中：—时间平均速度观测值的方差。由区间平均速度同样可以推算出时间平均速度：式中:—区间平均速度观测值的均方差。tttsVσVV22tσ2sσssstVσVV2212019/8/921第三节密度k、车道占有率车头间距hs、车头时距ht222019/8/922一、密度K交通流（车流）密度：是指某一瞬间内单位道路长度上的车辆数目。式中：N—路段内的车辆数(辆);L—路段长度(km)。LNK232019/8/923二、车道占有率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通流的状态，这就要引入车道占有率的概念表示密度。车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。242019/8/924二、车道占有率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（%），表达式为：式中：Rs—空间占有率；S—观测路段总长度；si—第i辆车的长度；n—观测路段内的车辆数。niissSR11252019/8/925二、车道占有率空间占有率示意图：Ss1s2s3s4262019/8/926二、车道占有率时间占有率：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（%），其表达式为：式中：Rt—时间占有率；T—观测总时间；ti—第i辆车的长度；n—观测时间内通过该路段的车辆数。niittTR11272019/8/927三、车头间距hs、车头时距ht前述Q、K、V（这里V是指什么？）均属于宏观交通流参数，而车头间距和车头时距属于微观交通流参数。其定义为：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。车头时距：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（或某一断面）的时间差。对观测路段上所有的车头间距和车头时距取平均值称为平均车头间距与平均车头时距。282019/8/928三、车头间距hs、车头时距ht平均车头间距与平均车头时距与宏观交通流参数Q、K存在以下关系：式中：—平均车头间距（m）;—平均车头时距（s）。tshQhK36001000shth292019/8/929第四节交通流的基本特性及其相互关系302019/8/930一、交通流三参数基本关系交通流三参数之间的基本关系式为：式中：Q—流量（辆/h）；V—速度（区间平均速度）（km/h）；K—密度（辆/km）。KVQ312019/8/931一、交通流三参数基本关系流量、密度、速度三者之间的关系见下图：322019/8/932一、交通流三参数基本关系332019/8/933一、交通流三参数基本关系交通流特性的一些特征变量:极大流量Qm—Q-V曲线上的峰值；临界速度Vm—即流量达到极大时的速度；最佳密度km—即流量达到极大时的密度；阻塞密度Kj—车流密集到所有车辆基本上无法移动（V=0）时的密度；畅行速度Vf—车流密度趋于零,车辆可以畅行元阻时的平均速度。342019/8/934二、速度与密度的关系1933年，格林希尔茨（Greenshields）提出了速度—密度线性关系模型，且模型与实测数据有良好的吻合性。K=0→V=VfK=Kj→V=0K=Km→V=VmQ→Qmax)1(jfKKVV352019/8/935二、速度与密度的关系1959年，格林柏（Greenberg）提出了用于密度很大时对数模型：)ln(KKVVjm格林柏模型的适用范围362019/8/936二、速度与密度的关系1961年安德伍德（Underwood）提出了用于密度很小时的指数模型：安德伍德模型的适用范围mKKfeVV372019/8/937三、流量与密度的关系交通流的流量-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：)()1(2jfjfKKKVKKKVQ382019/8/938三、流量与密度的关系上式对Q求导，并令：4202maxjfjjffKVQQKKKKVVdKdQ最大。时，可求出当：392019/8/939四、流量与速度的关系交通流的流量-速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到：)1(fjVVVKQ402019/8/940结论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（流量·速度关系曲线图）是划分交通是否拥挤的重要特征值。当Q≤Qm、K＞Km、VVm时，属于拥挤状态；当Q≤Qm、K≤Km、V≥Vm时，则属于不拥挤状态。