1、第三章 交通流特性本章讲述交通流三参数交通量、车速、密度的特性，以及连续流和间断流的特性第一节第一节 交通量特性交通量特性一、交通量的定义一、交通量的定义 单位时间内，通过道路某一地点、某一断面或某一车道的交通实体的数量。根据对象的不同可分为： 行人交通量、非机动车交通量、机动车交通量。还有单向、双向交通量之分。 流率：把不足一小时的时间段内（通常是15分钟）通过道路某一地点、某一断面或某一车道的交通实体数，等效换算为1小时的数量。 交通量是实测值或预测值，流率是转换后的等效值。二、交通量的有关概念二、交通量的有关概念1、日交通量（1）年平均日交通量（AADT）（2）月平均日交通量（MADT）
2、（3）周平均日交通量（WADT）2、小时交通量（1）高峰小时交通量一天内连续60min的最大小时交通量。有整时段和非整时段之分。（2）第30位（高峰）小时交通量 将一年中8760个小时的交通量观测值按由大到小顺序排列，排在第30位的小时交通量。（3）设计小时交通量（DDHV） 一般由下式计算：DDHV=AADTK 其中：K-设计小时交通量系数，其值常取第30位小时交通量系数K30。 K30=第30位小时交通量/AADT -高峰小时内重方向交通量占双向交通量的比例。三、交通量在时间上的变化（分布）三、交通量在时间上的变化（分布）1、季节、月份变化 反映交通量在一年内的变化 常用月变系数（又称为月
3、不均匀系数）M表示 2、日变化 反映交通量在一周内的变化 常用周变系数D表示 DD AADTM=MADTAADTD=某周日的年均日交通量3、小时变化 反映交通量在一日内的变化，有早、晚高峰 反映交通量在一天内集中程度的参数是高峰小时流量比 ：高峰小时流量比一般在0.1左右。 4、交通量在1小时内的变化 反映交通量在1小时内集中程度的参数是高峰小时系数 ： 高峰小时的高峰流率又称扩大高峰小时交通量。 PHF值一般在0.70.8之间，PHF越小，表明流量变化越大。 高峰小时交通量高峰小时流量比日交通量高峰小时交通量高峰小时系数（PHF）=高峰小时的高峰流率四、交通量在空间上的分布四、交通量在空间上
4、的分布 1、方向分布 用方向不均匀系数KD表示，反映方向不均匀性。 2、车道分布 城市道路一般靠近道路中心线的车道交通量最大，向外侧依次减小；高速公路行车道交通量较大，超车道较小，一级公路内侧车道交通量较大。 3、路段分布 4、城乡分布 100%DK 重方向交通量双向交通量第二节第二节 速度特性速度特性 一、有关定义一、有关定义速度速度：单位时间内所行驶的距离，即L/t。按L、t的取值不同，可定义各种不同的车速： 地点车速地点车速：车辆通过某一地点或某一断面的瞬时速度。L0 行驶车速行驶车速：车辆通过某段里程与有效行车（驶）时间之比。 行程车速行程车速：又称区间车速。指车辆通过某段里程与行程时
5、间之比。 临界车速临界车速：指道路交通量达到最大值（通行能力）时的车速，又称最佳车速。 设计车速设计车速：指道路、交通和气候条件良好的情况下，仅受道路物理条件限制时，车辆所能保持的最大安全车速。 另外还有畅行车速、经济车速等概念。 二、速度的统计分布特性二、速度的统计分布特性 常用速度频率分布曲线和积累频率分布曲线来表示。 表征车速分布特性的特征值有： 最常见车速最常见车速：出现频率最多的速度值。 中位车速中位车速：又称50%位车速，在该速度以下的车辆数与在该速度以上行驶的车辆数相等。 85%85%位车速位车速：指所有车辆中，有85%的车辆在该速度一下行驶。一般用作最高车速限制标准。 15%
6、15%位车速位车速：指所有车辆中，只有15%的车辆在该速度一下行驶。一般用作最低车速限制标准。 速度观测值的标准差速度观测值的标准差（均方差）均方差）： 反映车速分布的离散情况，值越大，车速越离散，表明车辆行驶有很大的自由度。 2ivvn（- ）三、时间平均速度与区间平均速度三、时间平均速度与区间平均速度1、时间平均速度 指某一时间段内，通过道路某一断面的所有车辆的地点速度的算术平均值。2、区间平均速度（又称空间平均速度） 指某路段的长度与通过该路段的所有车辆的平均行驶时间之比。 tV1niitvVnsV111snniiiin lnVtv地点车速：车辆通过某一地点或某一断面的瞬时速度。行程车速
7、：又称区间车速。信号交叉口的交通流特性常用饱和车头时距、饱和流率和损失时间来描述。EH是停车后再开过停车线引起的加速延误根据对象的不同可分为：密度反映车辆的密集程度。地点车速：车辆通过某一地点或某一断面的瞬时速度。2、日变化 反映交通量在一周内的变化固定延误：由交通控制装置引起的延误。还有单向、双向交通量之分。此公式即可用于单车道，也可用于多车道。1、三参数间的基本关系2、日变化 反映交通量在一周内的变化一般用作最低车速限制标准。1、季节、月份变化 反映交通量在一年内的变化（2）月平均日交通量（MADT） 3、二者之间的关系式中：s2-区间平均车速观测值的方差； t2-时间平均车速观测值的方差
8、。二者的关系也可利用回归分析得到： 在交通流三参数关系式Q=KV中的V，指的是区间平均车速。 2stssVVV2tttVsVVVs= -1.88960+1.02619 Vt 第三节第三节 密度特性密度特性 一、密度的定义一、密度的定义 指某一瞬间，单位道路长度上存在的车辆数（实体数）。 （辆/km） 一般指单车道 密度反映车辆的密集程度。用来衡量驾驶员操纵车辆的舒适性和灵活性。是一个瞬间值，它随观测的时刻和观测路段长度而变化，通常是某一观测时间段内的平均值表示。相关概念：最佳密度Km：流量达到最大值时的密度。 阻塞密度Kj：车辆很多，车速为零时的密度。 LNK/二、车道占有率二、车道占有率（常
9、指单车道）1、空间占有率Rs指某一瞬间，在一特定路段上，车辆总长度占该路段长度的比例。 Rs与密度和车长有关，它能反映车辆密度，同时也是衡量路面利用率的一个重要指标。2、时间占有率Rt指在某一观测时间段内，车辆通过某一断面的累计时间占该观测时间段的比例。11nsiiRlL11ntiiRtT三、车头时距三、车头时距h ht t(s)指一条车道上，前后两辆车通过同一断面的时间差。所有车辆的车头时距平均值称为平均车头时距 。 ht与流量的关系： 四、车头间距四、车头间距h hs s(m)指一条车道上，前后相邻的两辆车之间的距离。用车辆上有代表性的点来测量，常用车头。所有车辆的车头间距的平均值称为平均
10、车头间距 。 与K的关系：互为倒数关系车头间距的单位常用m计，此时：由Q=K 及以上两式可得出： (km/h)th3600tQhshsh1000shKsV3.6ssthVh 由上式可知：对应不同的车辆行驶速度，均存在一个最小的安全车头间隔min 、min ，这也说明对应一定车速，都有一定的车辆密度，说明车速与密度间存在着某种关系，这是研究交通流三参数间关系的基础。 thsh第四节第四节 交通流特性交通流特性 交通流根据是否受到外部固定因素的影响而分为连续流和间断流。一、连续流特性一、连续流特性 连续流是指没有外部固定因素影响的不间断交通流。其特性可用交通量Q、平均车速 （常写为V）、密度K三个
11、参数来描述。1、三参数间的基本关系sV式中：Km为最佳密度（临界密度），指交通流量最大时的密度。另外还有畅行车速、经济车速等概念。启动损失时间为：l1=ti1、方向分布 用方向不均匀系数KD表示，反映方向不均匀性。清尾时间l2指本方向最后一辆车进入交叉口的时刻与另一方向变为绿灯的时刻之间的时间差。（1）年平均日交通量（AADT）在通常的交通密度下（密度不太大，也不太小），两者基本呈线性关系：三、时间平均速度与区间平均速度（2）月平均日交通量（MADT）有整时段和非整时段之分。用车辆上有代表性的点来测量，常用车头。二者的关系也可利用回归分析得到：所有车辆的车头时距平均值称为平均车头时距 。行驶车
12、速：车辆通过某段里程与有效行车（驶）时间之比。所有车辆的车头间距的平均值称为平均车头间距 。启动损失时间为：l1=ti地点车速：车辆通过某一地点或某一断面的瞬时速度。另外还有畅行车速、经济车速等概念。（2）月平均日交通量（MADT） 对某一路段AB，其长度为L，在某一瞬间其上存在n辆车，车辆驶过该路段的平均行驶速度为V（实际为 ），这n辆车都驶过B断面所用的时间为t=L/V，则交通量Q为：即： Q=KV 此公式即可用于单车道，也可用于多车道。但用于多车道时，其中的密度则指多车道密度。sVnnVQ=K VtL2、速度与密度的关系 基本呈密度越大，速度越低的趋势。 在通常的交通密度下（密度不太大，
13、也不太小），两者基本呈线性关系： V=b-aK 当V=0， K=Kj ； 当K=0， V=Vf=b 则： 其中：Kj为阻塞密度，Vf为畅行速度。 )1 (jfjffKKVKKVVV当交通密度很大时，采用对数模型：式中：Vm为临界车速，指交通流量最大时的车速。当交通密度很小时，采用指数模型：式中：Km为最佳密度（临界密度），指交通流量最大时的密度。jmKV=V ln()Kmk-kfV = V e3、交通量与密度的关系由Q=KV和说明QK呈二次函数（抛物线）关系，其图形为：2ffjjKKV = V (1 -)Q = V (K -)KK对上式进行求导，并令，则有：另外，由于由坐标原点到QK曲线上某一
14、点之间联线的斜率，表示该点（实质为某一交通运行状态）所对应的车速，原点处的斜率即为畅行速度Vf。QKd= 0djQfmKjKd2K= V (1-)=0 K =dK22jjjfmfjKKK V2Q =V -=2K4jffffmfjjKVVVV=V -K V = V -= KK224、交通量与速度的关系由VK关系可知，代入Q=KV中，则其曲线为：jjfKK = K-VVj2jfKQ = VK -VV由以上分析可知，Q、K、V可表征车辆的运行状态：对Q，总有QQm当KKm,VVm时，车辆处于不拥挤状态，当KKm,VVm时，车辆处于拥挤状态。三参数间是相互关联的，只用交通量参数不能表达车辆的运行状况，
15、必须同时使用两个参数才能表达，而两个参数一旦确定，另一个参数也就确定了。二、间断流特性二、间断流特性间断流是指有外部固定因素影响的周期性中断交通流。主要指信号交叉口的交通流。信号交叉口的交通流特性常用饱和车头时距、饱和流率和损失时间来描述。稳定行驶的连续流的车头时距称为饱和车头时距（ht），则饱和流率S为：(辆/h车道)信号交叉口处的车辆不可能以饱和流率通过，它有红灯时的停车时间和红灯变绿灯的启动损失时间及清尾时间，因此S是个假想值（理想值）。3600tSh高速公路行车道交通量较大，超车道较小，一级公路内侧车道交通量较大。一般由下式计算：DDHV=AADTK当KKm,VVm时，车辆处于不拥挤状
16、态，当交通密度很小时，采用指数模型：临界车速：指道路交通量达到最大值（通行能力）时的车速，又称最佳车速。其中：K-设计小时交通量系数，其值常取第30位小时交通量系数K30。15%位车速：指所有车辆中，只有15%的车辆在该速度一下行驶。常用速度频率分布曲线和积累频率分布曲线来表示。临界车速：指道路交通量达到最大值（通行能力）时的车速，又称最佳车速。一般用作最低车速限制标准。是一个瞬间值，它随观测的时刻和观测路段长度而变化，通常是某一观测时间段内的平均值表示。当KKm,VVm时，车辆处于拥挤状态。引道延误：引道实际耗时与引导自由行驶时间之差。运行延误：由各种交通组成部分之间的相互干扰而引起的延误。
17、间断流是指有外部固定因素影响的周期性中断交通流。所有车辆的车头时距平均值称为平均车头时距 。由以上分析可知，Q、K、V可表征车辆的运行状态：另外还有畅行车速、经济车速等概念。行驶车速：车辆通过某段里程与有效行车（驶）时间之比。所有车辆的车头时距平均值称为平均车头时距 。1、三参数间的基本关系下图表示了车辆启动时的车头时距分布情况：启动损失时间为：l1=ti清尾时间l2指本方向最后一辆车进入交叉口的时刻与另一方向变为绿灯的时刻之间的时间差。对一个信号交叉口的某一进口车道而言，其在一个信号周期内所能通过的最大车辆数，应为饱和流率与有效时间的乘积。有效时间=信号周期-本方向红灯时间-l1-l2车辆在
18、信号交叉口处的总损失时间称为延误。车辆除在信号交叉口处有延误外，在很多其他地方也存在延误，以下给出几个有关延误的概念：延误延误：时间的损失。停车延误停车延误：车辆通过道路某一部分的停车时间。行程时间延误行程时间延误：实际行程时间与正常行驶时间的差值，包括停车时间和慢行延误。固定延误固定延误：由交通控制装置引起的延误。运行延误运行延误：由各种交通组成部分之间的相互干扰而引起的延误。分内部干扰和侧向干扰。排队延误排队延误：车辆排队时间与自由行驶过排队路段的时间之差。引道延误引道延误：引道实际耗时与引导自由行驶时间之差。由以上分析可知，Q、K、V可表征车辆的运行状态：运行延误：由各种交通组成部分之间
19、的相互干扰而引起的延误。三、时间平均速度与区间平均速度（1）年平均日交通量（AADT）固定延误：由交通控制装置引起的延误。间断流是指有外部固定因素影响的周期性中断交通流。三、时间平均速度与区间平均速度指一条车道上，前后相邻的两辆车之间的距离。连续流是指没有外部固定因素影响的不间断交通流。三参数间是相互关联的，只用交通量参数不能表达车辆的运行状况，必须同时使用两个参数才能表达，而两个参数一旦确定，另一个参数也就确定了。另外还有畅行车速、经济车速等概念。式中：Km为最佳密度（临界密度），指交通流量最大时的密度。一般用作最低车速限制标准。式中：Vm为临界车速，指交通流量最大时的车速。启动损失时间为：
20、l1=ti所有车辆的车头时距平均值称为平均车头时距 。指在某一观测时间段内，车辆通过某一断面的累计时间占该观测时间段的比例。指某一瞬间，在一特定路段上，车辆总长度占该路段长度的比例。与K的关系：互为倒数关系ht与流量的关系：临界车速：指道路交通量达到最大值（通行能力）时的车速，又称最佳车速。K30=第30位小时交通量/AADT根据对象的不同可分为：反映交通量在一天内集中程度的参数是高峰小时流量比 ：行人交通量、非机动车交通量、机动车交通量。城市道路一般靠近道路中心线的车道交通量最大，向外侧依次减小；15%位车速：指所有车辆中，只有15%的车辆在该速度一下行驶。一般用作最低车速限制标准。高速公路
21、行车道交通量较大，超车道较小，一级公路内侧车道交通量较大。另外还有畅行车速、经济车速等概念。清尾时间l2指本方向最后一辆车进入交叉口的时刻与另一方向变为绿灯的时刻之间的时间差。1、三参数间的基本关系行程车速：又称区间车速。对上式进行求导，并令，则有：常用月变系数（又称为月不均匀系数）M表示密度反映车辆的密集程度。行人交通量、非机动车交通量、机动车交通量。启动损失时间为：l1=ti常用月变系数（又称为月不均匀系数）M表示单位时间内，通过道路某一地点、某一断面或某一车道的交通实体的数量。（2）月平均日交通量（MADT）间断流是指有外部固定因素影响的周期性中断交通流。Rs与密度和车长有关，它能反映车
22、辆密度，同时也是衡量路面利用率的一个重要指标。一般用作最高车速限制标准。指某一瞬间，在一特定路段上，车辆总长度占该路段长度的比例。行驶车速：车辆通过某段里程与有效行车（驶）时间之比。1、三参数间的基本关系是一个瞬间值，它随观测的时刻和观测路段长度而变化，通常是某一观测时间段内的平均值表示。另外还有畅行车速、经济车速等概念。当交通密度很大时，采用对数模型：所有车辆的车头时距平均值称为平均车头时距 。有整时段和非整时段之分。指某一瞬间，在一特定路段上，车辆总长度占该路段长度的比例。第二节 速度特性三、时间平均速度与区间平均速度由Q=K 及以上两式可得出： (km/h)间断流是指有外部固定因素影响的
23、周期性中断交通流。行程车速：又称区间车速。由坐标原点到QK曲线上某一点之间联线的斜率，表示该点（实质为某一交通运行状态）所对应的车速，原点处的斜率即为畅行速度Vf。当V=0， K=Kj ；8之间，PHF越小，表明流量变化越大。一般用作最低车速限制标准。地点车速：车辆通过某一地点或某一断面的瞬时速度。15%位车速：指所有车辆中，只有15%的车辆在该速度一下行驶。间断流是指有外部固定因素影响的周期性中断交通流。固定延误：由交通控制装置引起的延误。所有车辆的车头时距平均值称为平均车头时距 。CD是停车延误，B点处为停车线当KKm,VVm时，车辆处于不拥挤状态，行程车速：又称区间车速。三、车头时距ht
24、(s)1、三参数间的基本关系交通流根据是否受到外部固定因素的影响而分为连续流和间断流。延误：时间的损失。有效时间=信号周期-本方向红灯时间-l1-l2Rs与密度和车长有关，它能反映车辆密度，同时也是衡量路面利用率的一个重要指标。一般用作最高车速限制标准。将一年中8760个小时的交通量观测值按由大到小顺序排列，排在第30位的小时交通量。信号交叉口的交通流特性常用饱和车头时距、饱和流率和损失时间来描述。用车辆上有代表性的点来测量，常用车头。由上式可知：对应不同的车辆行驶速度，均存在一个最小的安全车头间隔min 、min ，这也说明对应一定车速，都有一定的车辆密度，说明车速与密度间存在着某种关系，这是研究交通流三参数间关系的基础。对某一交叉口，图中：CD是停车延误，B点处为停车线 EF是引道延误 EG是排队延误 EH是停车后再开过停车线引起的加速延误 GF是减速延误（停车前的）
