第3章交通流特性-课件.ppt

1、1第三三章 交通流特性第一节第一节 交通流要素交通流要素第二节第二节 通行能力分析通行能力分析第三节第三节 排队和延误分析排队和延误分析第四节第四节 服务水平分析服务水平分析2第三三章 交通流特性 载运工具在交通运输网内运行时，可类比于气载运工具在交通运输网内运行时，可类比于气体或液体分子在介质内的流动，称作体或液体分子在介质内的流动，称作交通流交通流。There is an analogy between the way water moves in waves and the way vehicle operates in the highway.A continuous movement

2、 or circulation of vehicles is called traffic flow.3第三三章 交通流特性 交通流处于稳态流动状态，这时的交通流特性，交通流处于稳态流动状态，这时的交通流特性，通常可用三个主要指标来表征：通常可用三个主要指标来表征：速度速度(Speed)、交通交通量量(volume)和和交通密度交通密度(density)（常称之为（常称之为交通流交通流三要素三要素）。）。交通流处于非稳态流状态，其特性可用交通流处于非稳态流状态，其特性可用排队长度排队长度(queue length)和和等待时间等待时间(waiting time)来表征。而来表征。而排队和等待时

3、间的长短，反映了该交通运输设施的排队和等待时间的长短，反映了该交通运输设施的服务水平服务水平(service level)。4第三三章 交通流特性n在规划、设计和管理交通运输系统及其工程设施在规划、设计和管理交通运输系统及其工程设施时，必须知道载运工具在交通运输网内的流动特时，必须知道载运工具在交通运输网内的流动特性：性：通过它来了解和评价交通运输系统或网的性能（效率通过它来了解和评价交通运输系统或网的性能（效率和服务水平）；和服务水平）；依据它来确定各项工程设施所需的通行能力依据它来确定各项工程设施所需的通行能力(capacity)或规模。或规模。5第一节 交通流要素 一、速度一、速度二、交

4、通量二、交通量三、交通密度三、交通密度四、交通量四、交通量-速度速度-交通密度的关系交通密度的关系6一、速度nSpeed-defined as a rate of motion,in distance per unit of time.7一、速度nSpot speed(地点速度地点速度)Spot speed is the instantaneous speed(瞬时速度瞬时速度)of a vehicle at a specified location.Spot speed can be used to design the geometry of road like horizontal an

5、d vertical curves,super elevation etc.Location and size of signs,design of signals,safe speed,and speed zone determination,require the spot speed data.Accident analysis,road maintenance,and congestion are the modern fields of traffic engineer,which uses spot speed data as the basic input.8一、速度Spot s

6、peed can be measured using pressure contact tubes,radar speedometer or by timelapse photographic methods.nRunning speed(行驶速度行驶速度)Running speed is the average speed maintained over a particular course while the vehicle is moving.Delays are not considered in calculating the running speed.9一、速度nTravel

7、speed(旅行速度旅行速度)Travel speed is the effective speed of the vehicle on a travel between two points and is the distance between the two points divided by the total time taken for the vehicle to complete the journey including any stopped time.nTravel speed=distance/travel time Running speed=distance/run

8、ning time Running time=travel time-stopped delays 10一、速度nTime mean speed(时间平均速度时间平均速度)Time mean speed is defined as the average speed of all the vehicles passing a point on a highway over some specified time period.nSpace mean speed(空间平均速度空间平均速度)Space mean speed is defined as the average speed of al

9、l the vehicles occupying a given section of a highway over some specified time period.nTMS is a point measure,while SMS is a measure relating to a length of highway or lane.We have TMS SMS.11一、速度平均速度：平均速度：nStandard deviation（标准差）-a measure of how far data spreads around the mean value,indicating the

10、 degree of dispersion of the data.miimiiiannvv11)()1()(11122miimimiiaiinnvnv12二、交通量(Flow)nFlow(q)or volume is defined as the number of vehicles that pass a point on a highway or a given lane or direction of a highway during a specific time interval.nThe the flow q expressed in vehicles/hour is given

11、 by：q=n/T Tpassing a particular point in one lane in a defined period（h，day，）nthe number of vehicles13二、交通量(Flow)Time headway(车头时距车头时距)is defined as the time difference between any two successive vehicles when they cross a given point.14二、交通量(Flow)平均车头时距为：平均车头时距为：nTnhhaahq/115二、交通量16三、交通密度nDensity k

12、 is defined as the number of vehicles(n)occupying a given length(L)of highway or lane and is generally expressed as vehicles per km.k=n/LnSpace headway(车头间距车头间距s)is defined as the distance between corresponding points of two successive vehicles at any given time.nLnssask/117三、交通密度nHigh densities ind

13、icate that individual vehicles are very close to each other,while low densities imply great distances between vehicles.nDirect measurements of density can be obtained through aerial photography,which is an expensive method.nDensity is an important measure of the quality of traffic flow.18四、交通量-速度-交通

14、密度的关系TLv/kLqTn如果在交通流中各车辆的行驶速度相同，即：如果在交通流中各车辆的行驶速度相同，即：则在则在T时段或时段或L长度内通过的车辆数长度内通过的车辆数n为：为：kvTkLq19四、交通量-速度-交通密度的关系iiivkq 通常在交通流中各车辆的速度并不相同。将车通常在交通流中各车辆的速度并不相同。将车辆按速度分组，对于每组速度的车辆有：辆按速度分组，对于每组速度的车辆有：则总的交通量为：则总的交通量为：asmiiimiiikvvkkkvkq11)/(式中：式中：m速度分组数速度分组数 平均车速，即各组车速乘以该组车平均车速，即各组车速乘以该组车辆的密度占总密度的比例（权数辆的

15、密度占总密度的比例（权数）。）。asv20四、交通量-速度-交通密度的关系1.平均速度平均速度-交通密度关系图交通密度关系图)(kvvafvv)0(0)(jkv式中：式中：交通密度为零时的速度，交通密度为零时的速度，称作自由流速度称作自由流速度(free flow speed)；交通堵塞时的交通密度交通堵塞时的交通密度(jam density)。fvjk21四、交通量-速度-交通密度的关系对于道路交通，可用线性函数表示为：对于道路交通，可用线性函数表示为：)1(jfakkvv22四、交通量-速度-交通密度的关系2.交通量交通量-交通密度关系图交通密度关系图)(kkvkvqaThe peak o

16、f the density flow curve occurs at the theoretical maximum flow(i.e.,capacity)of the facility.23四、交通量-速度-交通密度的关系3.平均速度平均速度-交通量关系图交通量关系图24四、交通量-速度-交通密度的关系n1)自由流：速度高于最大交通量自由流：速度高于最大交通量qm处的平均速度处的平均速度vm的交通流，此时车速可由车辆自己确定。的交通流，此时车速可由车辆自己确定。n2)强迫流：速度低于强迫流：速度低于vm的交通流，交通流因事故的交通流，交通流因事故等原因而受到约束，车辆被迫以小于等原因而受到约

17、束，车辆被迫以小于vm的速度行的速度行驶，一旦约束撤除，车辆便会加速恢复到曲线的驶，一旦约束撤除，车辆便会加速恢复到曲线的上半部。上半部。25第二节 通行能力分析一、定义一、定义二、分析方法二、分析方法26一、定义1.通行能力通行能力是一定时段内通过线路某断面的最大车是一定时段内通过线路某断面的最大车辆数。辆数。Capacity is defined as the maximum rate of flow that can be achieved on roadway facilities under prevailing roadway,traffic,and control conditi

18、ons.27一、定义2.交通量与通行能力的区别：交通量与通行能力的区别：交通量反映的是交通流的实际车辆数，它是对交通量反映的是交通流的实际车辆数，它是对交通运输的需求同所提供的交通运输设施条件之交通运输的需求同所提供的交通运输设施条件之间相平衡的结果；而通行能力则表示在规定的运间相平衡的结果；而通行能力则表示在规定的运行条件下交通运输设施所能承担的交通流最大车行条件下交通运输设施所能承担的交通流最大车辆数或容量。也即，一个是交通运输设备上实际辆数或容量。也即，一个是交通运输设备上实际发生的交通状况，另一个是该交通运输设施潜在发生的交通状况，另一个是该交通运输设施潜在的最大可能的能力。的最大可能

19、的能力。28一、定义nHighway capacity is defined by the Highway Capacity Manual as the maximum hourly rate at which persons or vehicles can be reasonably expected to traverse a point or a uniform segment of a lane or roadway during a given time period under prevailing roadway,traffic and control conditions.29

20、一、定义nThe highway capacity depends on certain conditions as listed below:Traffic conditions:It refers to the traffic composition in the road such as the mix of cars,trucks,buses etc in the stream.It also include peaking characteristics,proportions of turning movements at intersections and the like.Ro

21、ad way characteristics:This points out to the geometric characteristics of the road.These include lane width,shoulder width,lane configuration,horizontal alignment and vertical alignment.Control conditions:This primarily applies to surface facilities and often refer to the signals at intersections e

22、tc.30一、定义3.分析和估算设施通行能力的用途：分析和估算设施通行能力的用途：n 评价现有设施满足交通运输需求的程度，以判别评价现有设施满足交通运输需求的程度，以判别是否需要进行改善，并评价各项改善措施的改善是否需要进行改善，并评价各项改善措施的改善效果。效果。设计有关交通运输设施时，确定满足预期交通需设计有关交通运输设施时，确定满足预期交通需求和服务水平要求所需的设施规模或尺寸。求和服务水平要求所需的设施规模或尺寸。31二、分析方法道路的车道通行能力：道路的车道通行能力：amhq/3600平均车头时距：平均车头时距：aaavsh 平均车头间距平均车头间距=车辆长度车辆长度+司机制动反应距

23、离司机制动反应距离+制动距离制动距离+车辆间安全距离车辆间安全距离32二、分析方法n示例示例1：一地铁环线，长：一地铁环线，长40km。沿线设。沿线设20个站，个站，每站平均相隔每站平均相隔2km。列车全长。列车全长100m，平均行驶速，平均行驶速度为度为70km/h，在每个车站停留，在每个车站停留30s。考虑到制动。考虑到制动时的安全距离，规定列车间的最小净间距（前车时的安全距离，规定列车间的最小净间距（前车的尾端到后车的头端）为的尾端到后车的头端）为1km。请分析其通行能。请分析其通行能力，也即最大可能的服务频率，并确定所需的车力，也即最大可能的服务频率，并确定所需的车辆数。辆数。33mi

24、nablhdvav 54.19/+Lkm h总长度总时间行驶时间 停车时间0.767/kmmaqkv辆30nkL辆二、分析方法hlbdvvhqaaam/58.411辆34第三节 排队和延误分析 研究排队特性，主要是分析排队量和长度及等研究排队特性，主要是分析排队量和长度及等待或延误时间，以便考虑提供排队等待所需的设待或延误时间，以便考虑提供排队等待所需的设施或空间，衡量服务水平和经济的损失。施或空间，衡量服务水平和经济的损失。35第三节 排队和延误分析)()()(iiitDtAtQ排队长度：排队长度：)()(11jAjDWjnjjWW1等待时间：等待时间：排队从开始出现到消失期排队从开始出现到

25、消失期间的车辆总等待时间：间的车辆总等待时间：36第三节 排队和延误分析nWWnjja1TdttDtAQ0)()(TdttDtAQTa0)()(37第三节 排队和延误分析 示例示例3：一沥青混合料拌料一沥青混合料拌料场，每天场，每天8：00开始工作，开始工作，每每4分钟完成一辆装料车的分钟完成一辆装料车的装料工作。装料车装料工作。装料车7：45开开始到达等待装料。第一小始到达等待装料。第一小时为每时为每3分钟到达一辆，而分钟到达一辆，而后每后每5分钟到达一辆，按先分钟到达一辆，按先到先装料原则。确定车辆到先装料原则。确定车辆的最长等待时间和拌料厂的最长等待时间和拌料厂应设置的停车场面积。应设置

26、的停车场面积。38第三节 排队和延误分析)(2aQ)(aW平均排队长度平均排队长度平均等待时间平均等待时间泊松分布泊松分布负指数分布负指数分布39第四节 服务水平分析一、交通量与服务水平一、交通量与服务水平二、交通量与延误二、交通量与延误40第四节 服务水平分析n服务水平服务水平(service level)用于描述在交通量低于设用于描述在交通量低于设施通行能力时交通流的运行状况，或者通过率低施通行能力时交通流的运行状况，或者通过率低于设施最大服务率时交通流的运行状况。于设施最大服务率时交通流的运行状况。n对于不间断的交通流，度量服务水平的常用指标对于不间断的交通流，度量服务水平的常用指标是是

27、运行速度运行速度。n对于间断的交通流，则采用对于间断的交通流，则采用总的（或平均）的延总的（或平均）的延误时间误时间(the total(or mean)delay)来度量服务水平。来度量服务水平。41一、交通量与服务水平42一、交通量与服务水平nBased on the changing of traffic and speed,the area is divided into three zones.In the zone of free flow,drivers actuate vehicles at an expected rate rather than being procrast

28、inated or delayed.In the zone of stable flow,the drivers have less freedom to select their driving speed,which become lower than in the free flow zone.In the zone of unstable flow,the freedom of speed choosing is rather narrow,and the comfort and convenience play down evidently.When the traffic reac

29、hes maximum,stop of the cars is inevitable for a period of time.43一、交通量与服务水平nWhere the traffic is over the capability of the system,then the vehicles have to stop and the jam is formed,so does the queue and waiting.44一、交通量与服务水平 我国公路将服务水平我国公路将服务水平(level of service or LOS)划分为四个等级：一级和二级服务水平处于稳态划分为四个等级：一级和二级服务水平处于稳态流范围；三级服务水平处于稳态流的上限，接近流范围；三级服务水平处于稳态流的上限，接近于非稳态流；四级服务水平处于非稳态流，接近于非稳态流；四级服务水平处于非稳态流，接近于通行能力。于通行能力。我国选取二级服务水平下的参数作为高速和一我国选取二级服务水平下的参数作为高速和一级公路的设计依据；三级服务水平下的参数作为级公路的设计依据；三级服务水平下的参数作为二级公路的设计依据。二级公路的设计依据。