交通工程学教案

交通工程学教案-1-第一章绪论§1.1交通工程学的定义交通工程学是研究人、车、路和环境之间的合理关系，使人和物有效而安全地移动达到快速、经济、通行能力高，交通事故少，能源消耗低，与环境协调，无公害的目的。§1.2交通工程学的产生与发展一、交通工程学的产生与发展步行交通时代马车时代自行车（1817年）汽车时代（1885年）交通事故（1897年）接二连三发生交通事故，1906年死亡400人，90年代每年约死亡30万，中国约6万人左右。1885年德国人卡尔·奔驰发明了汽车改变了人类历史，汽车具有动力装置驱动，不需要轨道和架线就可在地面上行驶。因此汽车机动性能好、高速、使用方便，可以完成门到门的交通服务。汽车的上述优点使得汽车现有量急剧增长，交通事故也随之直线上升，为了解决这一矛盾，于是开展研究的一门门学科应运而生，这就是交通工程学。1921年美国首先实行交通工程师制度，1930年美国成立交通工程师学会（InstituteofTrafficEngineering）简称ITE学会，70年代ITE改称为交通与运输工程师学会。§1.3交通工程学在中国的发展到2000年12月31日，全国公路总里程167.98万公里，其中等级公路131.59万公里；高速公路总里程已达19453公里（不包括港澳台），跃居世界第二位。其中山东（2077公里）、河北（1565公里）、广东（1500公里）、湖南（1020公里）。全国公路密度为17.5公里/百平方公里。形成“两纵两横三条公路”。1980年中国交通工程学会正式成立。自1980年以来我国在交通工程学方面的研究成果。1.交通基础数据的收集包括流量、流速、交通组成、空间时间分布，客、货运量等数据的收集。2.交通规划3.研究交通法规4.交通控制研究5.交通安全研究6.交通心理研究7.汽车工程研究8.立体交叉研究9.驾驶员培训、教育的研究10.综合运输网的规划§1.4交通工程学科的研究范围与特点一.相关学科1.道路工程（基础设施）例：测设、路基、路面、桥梁、涵洞、通道、立交、隧道等。2.汽车工程学（交通工具）3.运输工程学（管理与调度）4.人机工程学（人、机组合）5.社会经济科学（经济对交通的要求和影响）6.计算机科学等等。交通工程学教案-2-二.主要内容1.交通特性(1)人的交通特性：行人、驾驶员、乘客与交通有关的生理、心理等特性。(2)车的特性：车辆的技术性能，交通流量、密度、速度等之间的关系与参数。(3)路的特性：路网结构、线形，路基路面的质量及安全，附属设施等对车辆的影响。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、交通系统可持续发展规划10、交通工程的新理论、新方法、新技术三、交通工程学科的特点1、系统性---社会经济系统的有机组织部分2、综合性---表现在五个方面五大支柱（五“E”科学）：a．法规Enforcement;b．教育Education;c．工程Engineering;d．环境Environmente．能源Energy3、交叉性---多学科交叉4、社会性---对社会的影响5、超前性---超前考虑未来交通的需求6、动态性---社会经济的变化导致交通实时变化第二章交通特性分析§2.1道路交通三要素交通系统的三要素为：人——交通主体，包括驾驶员、行人、乘客、自行车骑车人、交警等。车——交通载体，即交通工具（汽车、摩托车、自行车）。路——交通基础设施，包括道路、交叉口、立交及相关设施。一.驾驶员交通特性1.驾驶任务：完成客货运输，要求安全、快捷、经济2.驾驶过程：感知阶段判断阶段反应阶段0.9秒（均值）1.5秒（均值）0.66秒（均值）依据驾驶知识、经验、法规兴趣、情绪、欲望、身体条件（酒精疾病疲劳）车内信息车外感觉器官神经中枢知觉判断运动效应器官车辆改变方向或运动、停止交通工程学教案-3-结果正确正确正确安全通过正确正确失误交通事故正确失误失误交通事故失误失误失误交通事故3.驾驶员条件（1）、视觉特性：要求视力良好、视野开阔、色感好（2）、心里特性：注意力、情绪、个性（3）、反应特性制动距离＝感知时间+判断时间+制动时间+安全距离最小车头时距＝0.9秒+1.5秒+0.66秒＝安全时距知觉—动作反应（感知、判断、反应）时间是控制汽车行驶性能的最重要因素。（4）、驾驶疲劳指由于驾驶作业引起的身体上的变化、心理上的疲劳以及客观测定驾驶机能低落的总称。二．乘员特性1.交通需求要求交通省时、省钱、省力、准时、安全、方便、舒适2.乘车反应路面平整度，路线线形（平曲线半径，是否设缓和曲线等）,汽车性能，沿路景观等对乘员生理和心理都有影响。3.出行容忍时间城市居民：就业45min～60min，理想10min，超过60min就不能忍受。见教材P14表2-2，表2-34.社会影响交通影响个人情绪社团影响社会影响三．行人交通特性步行速度国外1.03～1.28m/s之间,平均值为1.16m/s国内0.99～1.20m/sVmanVwoman四.车辆交通特性（一）、汽车分类及性能1、汽车分类按汽车运输用途，车辆通常可分三大类：汽车（汽油车、柴油车）、牵引车、挂车。牵引车是指具有牵引行走能力，不能载货（客）的车辆。挂车是指只能载货（客），不能自行行走的车辆。挂车和牵引车都不能单独完成运输任务。汽车与挂车，牵引车与挂车的组合称为汽车列车。若按车辆用途，可分为轿车、客车、载货汽车和专用汽车。专用汽车是指具有特殊结构，用力完成特定作业的车辆，如消防车、清扫车、洒水车、救护车、工程车、邮政车等。2、汽车性能1）、汽车的动力性汽车的动力性是指汽车在良好路面上直线行驶时受纵向外力决定的、所能达到的平均行驶速度。a、汽车动力性评价指标：汽车的最高车速（km/h）、汽车加速时间（s）和汽车所能爬上的最大坡度（imax）交通工程学教案-4-来评价。最高车速：指在水平、良好的路面（沥青混凝土）上汽车所能达到的最高行驶速度。汽车加速时间：表示汽车的加速能力，它对汽车的平均行驶速度有很大的影响。汽车的上坡能力：指满载汽车在变速器档挂Ⅰ档时的最大爬坡度。b、汽车的驱动力与行驶阻力沿汽车行驶方向作用于汽车上的外力——驱动力与行驶阻力，进而建立汽车行驶方程式。汽车行驶的方程式：Ft=∑F=Ff+Fi+Fw+Fj式中：Ft——汽车的驱动力；∑F——汽车的行驶阻力之和；Ff——路面的滚动阻力（轮胎与路面的变形、路面的不平引起的冲击以及由轮胎与路面之间的滑移引起的阻力）；Fi——路面的坡度阻力；Fw——空气阻力；Fj——加速阻力；2）、汽车安全性汽车安全性是指汽车以最小的交通事故概率和最少的公害适应使用条件的能力。汽车安全性是汽车主要性能之一，因为它直接影响到人的生命安全与健康，以及汽车和运输货物的完好。汽车安全性是汽车一系列结构性能的综合，主要包括：·制动性；·稳定性；·驾驶员座位的视野性；·发生事故时的安全性；·防火安全性；·防公害的安全性。3）、汽车通过性汽车通过性是指不用其它辅助措施能以足够高的平均速度通过各种路面（潮湿、冰、雪）、无路地段和越过各种自然障碍的能力。通过性主要取决于汽车的支承——牵引参数及几何参数，也与动力性、平顺性、稳定性、视野等密切相关。4）、汽车的机动性汽车机动性是指车辆在最小面积内转向和转弯的能力。（二）、自行车交通特性1、基本特性⑴、短程性；⑵行进稳定性；⑶、动态平衡；⑷、动力递减；⑸、爬坡性能；⑹制动性能。2、自行车流的交通特性⑴、群体性；⑵、潮汐性；⑶、离散性；⑷、赶超性；⑸、并肩或并排骑行；⑹不易控制。五.道路特性道路服务性能的好坏体现在量、质、形三个方面，即道路建设的数量，道路结构安全度、路网布局限性、道路线形、交通规划等。1.路网密度(1)定义：一个区域的路网密度等于该区域内道路总里程与该区域总面积之比。即r=L/A（km/km2）L：区域内道路总里程A：区域内总面积r：区域内路网密度交通工程学教案-5-(2)公路网km/100km2(3)城市道路网km/km2现在路网密度车道×公里/km2城市干路路网密度体现在间距大，则交通通行能力小；间距小，密度大，则交叉口多，建筑布局不合理。纽约曼哈顿岛的间距60～70m华盛顿市区的道路间距100～200m荷兰、俄罗斯市区的道路间距800～1000m道路间距的确定原则：兼顾交通与生活居住等各方面要求，并结合相宜管理方式，综合考虑确定。一般认为路网密度以3～6km/km2，道路间距约为400～800m，2.道路结构包括路基、路面、桥涵及附属设施3.道路的的线形平、纵、横的几何形状4.道路网布局（在第六章里讲《路网规划》）城市中心区路网密度最大，内层区较密，外围区较小，应根据不同区域的需要进行规划。§2.2交通量的基本特性一.定义交通量是指选定时间内，通过道路某一地点、某一断面或某一车道的交通实体数。选定时间：1h，24h，1m，1y，1w。断面：双向全断面，单向车道.一般在不加说明的情况下，指的是机动车全断面流量。按实体分类：有机动车交通量，非机动车（自行车、三轮车、畜力车）交通量和行人交通量。交通量是一个随机数，它随时间、地点、空间的变化而变化的现象称之为交通量的时空分布特性。交通量的单位人（辆）/h、d、y、m、w一般是混合交通量PassageCarUnitPCU/h、d、y、m、w城市道路：标准小汽车标准车型公路道路：中型车（60KN左右）平均交通量（时间上平均意义）X=N1nniQ1其中Qi：各规定时间段内的日交通量（Pcu/d）n：各规定时间段内的时间（天）按平均值所取的时间段的长度计，常用的平均交通量有：1、平均日交通量（AADT）→AnnualAverageDailyTrafficAADT=36513651iiQ（Pcu/d）2、月平均日交通量（MADT）MADT=月月11iiQ=一个月的日交通量总和/本月的天数（Pcu/d）交通工程学教案-6-3.周平均日交通量（WADT）WADT=7171iiQ（Pcu/d）AADT在城市道路与交通工程中是一项极其重要的控制指标，用作道路交通设施的规划、设计、管理等的依据。二.交通量的时间分布特性(一)月变化月变化图见教材P23图2-4纵坐标为月k1=MADT/AADT×100%横坐标为月份1.月变化系数月KkiiiiQkQMADTAADTK1365113651月K：31、30、28、29AADT可简称为：AADT=121)(121iiMADT根据月k可绘制出月交通量变化图2.月变化基本规律a.月变化在乡村公路上比城市道路上变化更为起伏，波动大b.观光、旅游道路的变化幅度大c.长期工作性出行的和各种公务定向进行的月变化较低小(二)周变化用周变化月k表示交通量的周变化规律，周变化又称日变化1、周变化系数月k的计算1)调查数据少时kiiQQK7171观测日交通量周平均日交通量周K：观测日2)调查全年某周的数据齐全时交通工程学教案-7-531531iIQAADTK周例如：531531iIQAADTK一一周2)计算实例讲解P24[例2.2]表2-13图2-53)绘周变化图以周k1为纵坐标，以周日为横坐标，绘制交通量周变化图2.周变化基本规律a.在主要干道街道以及环城街道上日交通量/AADT为1.0左右的天数较多b.旅游观光道路日交通量/AADT为1.0左右的天数较少(三)时变化（用于城市道路）一天24小时中，每个小时的交通量亦在不断变化1.交通量小时变化图纵坐标为小时交通量占日交通量的%比，横坐标为小时。2.交通量小时变化规律a.早高峰b.晚高峰平峰c.低谷d.早高峰：离开城市越远的断面则越早来到。e.中国人的早高峰交通量晚高峰的交通量（对长沙市62个交叉口统计晚高峰早高峰）美国的早高峰交通量晚高峰的交通量f.白天12小时交通量=24小时交通量×70%∽80%3.高峰小时流量比PeakHourFlowRate（PHFR）高峰小时流量占全天交通量之比称之为高峰小时比，以%