第一章 绪论 和第二章双车道公路路段通行能力分析

道路通行能力分析长沙理工大学交通运输工程学院交通工程教研室李清波教授第一章绪论一、通行能力二、服务水平三、车型分类及车型折算系数四、教学安排课程背景现代化的道路建设具有严密的管理程序，从路网规划、道路建设项目可行性研究、道路设计、道路建设、道路施工管理一直到工程交付使用后进行建设项目后评价这样一种全过程的一体化决策管理依据主要来于交通需求预测和道路通行能力分析。通行能力分析是确定道路建设的合理规模与建设模式、道路网规划、工程可行性研究、道路设计及建设后评价的科学依据。第一节通行能力一、基本概念1、道路通行能力定义通行能力（capacity）是指道路设施所能疏导交通流的能力。即在一定时段（通常取15min或1h）和正常的道路、交通、管制以及运行质量要求下，道路设施通过交通流质点的能力。是道路负荷性能的一种量度，一般以veh/h(辆/小时)、pcu/h（当量标准小客车/小时）表示，基本单位是pcu/h/ln（当量小客车/小时/车道）。2、通行能力与交通量通行能力是根据道路的几何特性、交通状况及规定运行特征所确定的最大流量，其数值具有相对稳定性与规定性。交通量是道路上实际运行着的交通体的观测值，其数值具有动态性和随机性。二、影响因素道路通行能力影响因素主要有：道路条件、交通条件、管制条件、环境气候条件规定运行条件等。三、通行能力分类基本通行能力指道路和交通都处于理想条件下，由技术性能相同的一种标准车，以最小的车头间距连续行驶的理想交通流，在单位时间内能通过道路断面的最大车辆数。也称理论通行能力。可能通行能力设计通行能力四、通行能力分析的目的和作用(自学)第二节服务水平一、服务水平的概念服务水平（levelofservice，LOS）是指道路使用者根据交通状态，从行车速度、舒适、方便、经济和安全等方面所能得到的服务程度。二、服务交通量服务交通量（serviceflow）是指在通常的道路条件、交通和管制条件下，并保持规定的服务水平时，道路的某一断面或均匀路段在单位时间内所能通过的最大小时交通量。服务交通量规定了不同服务水平之间的流量界限。三、评价指标不同设施服务水平的评价指标（P4）表1-1四、服务水平分级日本分为三个等级，美国定为六个等级（A~F）高速公路的服务水平分级表(P5)表1-2一级公路的服务水平分级表(P6)表1-3双车道公路的服务水平分级表(P6)表1-4一级LOS（A、B级）二级LOS（C级）三级LOS（D级）四级LOS（E、F级）第三节车型分类及车辆折算系数一、标准车型与车型分类对于通行能力分析而言，车辆分类的目的就是把在混有多种车型交通流中运行特征相似的车辆归为一类，以便确定各种运行车辆对标准车交通量的不同影响。应以车辆运行特性（运行速度和总体标准差）作为车辆分类的首要标准，将公路上的常见机动车分为微型车、小型车、大型车、中型车和特大型车五类。将构成比率小于5%的人、畜力车与自行车等非机动车不再作为交通流中的独立车型，仅作为横向干扰考虑。用于通行能力分析的公路车型分类（P7）表1-5高速公路车型分类表（P7）表1-6将小型车作为通行能力分析的标准车型。二、折算系数1、车辆换算系数的概念及其特点车辆折算系数（PCE）是用于将混合交通流中的各车型转化成标准车的当量值。混合交通的双车道公路中，速度和延误是反映交通流变化最敏感的两个参数。交通流密度是高速公路和一级公路等多车道公路服务水平的主要度量参数。车辆折算系数的具体含义：在交通流中，某种车平均每增加或减少一辆对标准车小时平均运行速度（车流延误或密度）的影响值，与平均每增加或减少一辆标准车对标准车小时平均运行速度（车流延误或密度）影响值的比值，即为折算系数。P9关于车辆折算系数的一些结论2、车辆换算系数（PCE）的确定（自学）理论法经验法计算机模拟法各级公路的车辆折算系数推荐值（表1-8、1-9、1-10）第四节道路通行能力的发展方向美国联邦公路局FHWA：《HCM2000》、《HCM2010》四套用于通行能力分析的仿真软件：美国HCM系统澳大利亚ARRB的SIDRA(交叉口分析)瑞典公路局的CAPCAL荷兰公路局的PTDESGN教学安排通行能力分析绪论－－2双车道公路－－3多车道公路－－3高速公路－－2交织区－－2匝道及匝道连接点－－4收费站－－3无信号交叉口－－4信号交叉口－－4城市交通设施－－4第二章双车道公路路段通行能力分析一、交通特性分析二、实际运行状况通行能力分析三、规划和设计阶段通行能力分析四、计算示例第一节双车道交通特性我国双车道公路的特性交通特性分析是进行合理科学的通行能力研究的前提和基础。交通特性分析即是要研究交通系统各个要素自身的特性，如驾驶员交通特性、车辆交通特性、道路交通特性等。一、驾驶员交通特性1、反应时间反应时间是指驾驶员从感知信息，经过辨认、判断、采取动作并使动作发生效果这一过程需要的时间。2、判断能力（图2-1）3、驾驶员的倾向性驾驶员分为冷静型（偏安全型）、一般和冲动型（偏兴奋型）三类。区别体现在跟随车头间距的把握和超车机会的评判上。驾驶员的驾驶倾向性可采用反应使用系数来描述，反应使用系数是驾驶员进行某个驾驶动作时的实际反应时间与其制动反应时间的比值。二、车辆交通特性1、一般车辆运行特性（1）自由行驶（2）跟驰（3）超车（4）停止超车2、慢车运行特性慢车可认为是基本期望速度小于35km/h、轴距大于1.5m的大小拖拉机和畜力车。（1）慢车动力性能（2）慢车运行特性车速缓慢、上坡艰难、占道行驶、反应迟缓。三、道路交通特性1、道路宽度就双车道公路而言，道路宽度即车行道宽度与硬路肩宽度之和。2、道路线形道路线形分平面及纵断面线形。平面线形由直线、圆曲线和缓和曲线三部分组成。纵断面一般使用直线和圆曲线。平面线形受车辆性能影响较小；但纵坡受到车辆性能的差别影响很大。3、视距（visiondistance）视距是指驾驶员看到前面道路或路上障碍物时，汽车所能行驶的最短距离。第二节实际运行状况通行能力分析一、运行状况分析目的由于双车道公路上的交通较为特殊，故应从实际出发，分析现实的道路及交通条件，从而分析出其实际运行情况的通行能力。二、分析步骤图2-2实际运行状况通行能力分析框图（P18）三、基础数据调查与分析1、基础数据的调查获取根据研究的需要，进行公路通行能力分析需要取得以下数据：道路横断面和平、纵线形参数；街道化程度；横向干扰等级；5min时段内的交通量、交通组成、运行速度和方向分布系数；给定条件下，不同车型的自由流速度；超车数量与被超车数量；车头时距分布和跟车率；延误与饱和度。（1）观测点的选取可以采用正交试验设计方法安排观测点，获取需要的最小样本量。七种影响因素具体：1.公路等级：一级路（1），二级路（2），三级路（3）；2.地形条件：平原（1），丘陵（2），山区（3）；3.线形等级：好（1），一般（2），差（3）；4.交通组成（主要大车比例）：10%（1），30%（2），50％（3）；5.街道化程度：0%（1），30%（2），50%（3）；6.交通管理：好（1），一般（2），差（3）；•驾驶员心理：冷静型（1），一般（2），冲动型（3）。（2）观测时间的确定公路通行能力分析中关键的速度、密度和流量参数都是随机变量，为保证这些参数能够有足够的精度，必须保证一定得实测样本量。最小观测样本量可以按照式（2-1）计算。(2-1)式中：N----样本量；S----样本标准差，假设速度标准差为5~10km/h；K----常数，当置信度为95%时，K=1.96；E----容许误差，假设速度容许误差为2km/h。2)/(ESKN（3）常见的路段数据观测方法①单断面观测法（平原、横线干扰少）超车率、速度、交通量、车头时距、道路横断面几何数据等②区间观测法（丘陵、横向干扰变化大、2km）进出口双向交通量、超车率、行程时间、区间速度、平纵断面线形等2、基础数据分析（1）原始数据预处理任一时间周期内的交通流量和交通组成，以及空间平均运行速度和速度分布曲线。（2）建立标准化的数据库交通状况：车型构成、车速、交通量、自由流速度现场状况：道路几何与环境数据，如地形、路面路肩宽度、公路等级、横向干扰状况（行车、临近设施进出口、行人和街道化程度）（3）统计分析：速度信息、车队信息、流量信息、基本数据文件四、实际条件下自由流速度的计算(2-2)式中FV------实际条件下小型车的自由流速度（km/h）;FV0------小型车基本自由流速度（km/h）;FVCW------行车道宽度随自由流速度影响的修正值（km/h）;FVTER------地形条件对自由流速度影响的修正值（km/h）;FVFRIC-----横向干扰对自由流速度影响的修正值（km/h）；FVREDEV-----街道化程度对自由流速度影响的修正值（km/h）TOCWERFRICREDEVFVFVFVFVFVFV1.基本自由流速度FV0FVcar=a+FVCW×CW+FVTER×TERRAIN+FVSW×SW+FVFRIC×FRIC式中：FVcar--------小客车自由流速度观测值（km/h）a-------回归系数，可通过实际道路和交通状况观测数据经过统计分析得到；CW-------路面宽度（m）;SW-------路肩宽度（m）;TERRAIN-------地形等级；FRIC-------横向干扰等级，取值为1至5内的整数；FVCW、FVTER、FVSW、FVFRIC-------各因素的影响系数。FVo=FVcar+Fcw×(CW标准-CW)+Fter×(TER标准-TER)+Fsw×(SW标准-SW)+Ffric×(FRIC标准-FRIC)+Fcw×(CW标准-CW)根据标准化后的统计结果，9m和7m宽没有横向干扰的双车道二、三级公路，其标准道路条件下小客车的基本自由流速度分别为85km/h和73km/h。.2.自由流速度影响因素分析（课后自学）路面宽度地形条件横向干扰街道化程度五、实际条件下通行能力的计算1.双车道公路路段通行能力的分析是建立在二级路标准条件下的基本通行能力基础上的，如表2-10所示为二级公路标准条件，且一般规定二级公路基本通行能力C0为2500veh/h。双车道公路实际条件下的通行能力C：C=C0×FVCW×FVDIR×FVFRIC×FVHV式中：C-------实际条件下的通行能力（pcu/h）;C0------基本通行能力（pcu/h）;FVCW--------行车道宽度对通行能力的修正系数，见表2-11；FVDIR---------方向分布对通行能力的修正系数，见表2-12；FVFRIC--------横向干扰对通行能力的修正系数，见表2-13；FVHV---------交通组成对通行能力的修正系数。见公式（2-6）关于车辆折算系数例：小客车1000veh/h、大型车1000veh/h，问：交通量Q＝？pcu/h《交通工程学》P126（5-1）例：如果某公路小客车和大型车比例为1：1，基本通行能力C0＝2500，问C＝？（车辆折算系数查表2-14）用公式（2-6）有：FVHV＝1/（1+0.5*（1.5-1）+0.5*（1-1））＝1/1.25C＝2500*FVHV＝2000pcu/h例：如果某公路小客车和自行车比例为1：1，基本通行能力C0＝2500，问C＝？（车辆折算系数查表2-14）用公式（2-6）有：FVHV＝1/[1+0.5*（0.2-1）+0.5*（1-1）]＝1/0.6C＝2500*FVHV＝2500/0.6=4166pcu/h？注意：非机动车PCE的不合理性。因此在通行能力分析中，通常不将摩托车、自行车作为换算车型，而是作为横向干扰因素。六、路段交通运行状况分析在以上基础数据的获取以及所求出的实际运行状况下的自由流速度和通行能力的基础上，可对路段的交通运行状况进