1、第二章 交通流理论基础知识交通流基本概念交通流基本概念交通流理论交通流理论道路通行能力与服务水平道路通行能力与服务水平 道路交通是由人、车、路道路交通是由人、车、路及环境所组成的一个大系统。及环境所组成的一个大系统。2.1 交通流基本概念2.1.1 交通流基本定义(1)交通体系道路、在道路上通行的车辆和行人以及道路交通所处环境的统称。(2)交通流某一时段内，连续通过道路某一断面的车辆或行人所组成的车流或人流的统称。(3)交通流特性某一交通体系中，交通流的定性或定量特征，以及在不同时空条件下的变化规律和它们之间的关系。(4)交通参数描述和反映交通流特性的物理量。2.1.2 交通量交通量1.交通量
2、的定义与表示形式交通量的定义：单位时间内通过道路某一断面的车辆数（或行人数），又称交通流量或流量。（辆（或人）单位时间）（21）1）按交通组成表示 2）按不同单位时间表示 3）按交通量变化表示 4）设计小时交通量（DHV-Design Hour Volume）TNQ 分方向、分车道统计交通量车种换算系数车种换算系数自行车0.2旅行车1.2二轮摩托0.4大客车或小于9t的货车2.0三轮摩托或微型汽车0.6915t货车3.0小客车或小于3t的货车1.0铰接客车或大平板拖挂货车4.0 当量小汽车换算系数当量小汽车换算系数 表表212.交通量的变化规律交通量的变化规律1）交通量随时间的变化规律（1）一
3、天内小时交通量的变化：又称时变 高峰小时交通量比 高峰小时系数 昼日流量比 图图2-2 交通量时变图交通量时变图（2）周内日交通量的变化 一周内日交通量的变化称为日变，日变系数图图2-3 交通量日变图交通量日变图Kd例21 某交通观测站测得各个周日的累计交通量如表22，试计算KdKd周日日一二三四五六全年总计周日年累计交通量111469128809129486128498127030129386126838881516该周日的ADT21032477249024712443248824391.150.970.970.980.990.970.99 日变系数计算表日变系数计算表 表表22（3）一年内
4、月交通量的变化 月交通量变化系数（或称月不均匀系数）（4）逐年交通量变化 Km例2-2 某交通观测站测得全年各月份的交通量如表23，试计算各月份的，结果列于表23中。KmKm月份观测值MADT月份观测值MADT一6578521221.14七7064122791.06二4275015271.58八7095122891.05三6714121661.11九8304327680.87四7331724440.99十9166129570.82五7709924870.97十一8816629390.82六7278224260.99十二7818025220.96 月不均匀系数计算表月不均匀系数计算表 表表23
5、Km 2）交通量的空间变化规律（1）路段分布（2）车道分布（3）方向分布3.交通量资料的应用（1）交通规划（2）道路设计（3）交通管理（4）交通事故评价（5）经济分析（时间为常量）（时间为常量）2.1.3 交通流速度（车速）交通流速度（车速）1.车速的分类与定义 *地点车速：或称瞬时车速或点车速。指车辆通过道路某一点或某一断面时的瞬间速度。*行驶车速：车辆通过某路段的行程与有效运行时间(不包括停车损失时间)之比所得的速度。*区间车速：又称行程车速，是车辆通过某路段的行程与所用总时间(包括有效行驶时间、停车时间、延误时间，但不包括客、货车辆上下乘客或装卸货时间以及在起点、终点的调头时间）之比。*
6、临界车速：道路通过交通量最大时的速度，一般供交通流理论分析时用。*设计车速：作为道路几何线形设计所依据的车速。在道路几何设计要素具有控制性的路段上，设计车速是具有平均驾驶水平的驾驶员在天气良好、低交通密度时所能维持的最高安全速度。2.车速资料的应用 （1）交通规划（2）道路几何设计（3）经济效益分析（4）交通管理（5）道路现状评价与改善2.1.4 交通密度1.交通密度定义定义:在某一瞬时，单位长度内一条车道或一个方向或全部车道上的车辆数。(vehkm)(29)LNK 2.车头间距与车头时距 车头间距：同向（同一车道）连续行驶的两车车头之间间隔的距离 车头时距：当车头间距的间隔用时间(秒)表示时
7、则为车头时距 3.交通密度的应用交通密度的应用 *根据交通密度的大小，可以判定交通拥挤程度，它是交通组织管理的重要依据；*交通密度是划分道路交通设施服务水平的主要指标之一；*车头间距或车头时距是道路通行能力计算的主要参数之一；同时，在交通流计算分析、平面交叉口交通控制设计等方面，车头间距或车头时距也是必不可少的。2.1.5 交通量、车速和交通密度间的关系交通量、车速和交通密度间的关系基本关系式基本关系式 （213）KV 关系 （215）QK关系 （216）QV关系 （217）VKQ)1(KKVVjf)(2KKKVQjf)(2VVVKQfjKjK0V0Vf0Qm0V0VfQmK0Kj0K、Q、V
8、三参数间变化规律：*当密度很小时，交通量亦小，而车速很高 （接近自由车速）。*随着密度逐渐增加，交通量亦逐渐增加，而车速逐渐降低；当车速降至V0时，交通量达到最大。*当密度继续增大（超过K0），交通开始拥挤，交通量和车速都降低；当密度达到最大（即阻塞密度Kj）时，交通量与车速都降至为零，此时的交通状况为车辆首尾相接，堵塞于道路上。*最大流量Qmax，临界车速V0和最佳密度K0是划分交通是否拥挤的特征值。重要结论：速度和容量速度和容量(密度密度)不可兼得不可兼得 2.2 交交 通通 流流 理理 论论2.2.1 概述概述交通流理论的形成与发展2.2.2 交通流概率统计分布交通流概率统计分布1.离散
9、型分布离散型分布 在离散型分布中，其随机变量为交通事件的数量。例如在一定时间周期内或一定长度路段内的车辆数，在一定时间周期内的交通事故数等。常用的离散型分布有泊松分布和二项式分布。1）泊松分布 (218)(219)!)(xemxpmxttQm3600 例23 某一信号灯控制的交叉口，其东西方向的绿灯时间长为60秒，该方向的交通量为360veh/h，南北方向的交通量为100veh/h。求设计上具有95置信度的东西方向道路在每个绿灯期间能通过的车辆数以及南北方向道路上红灯期间受阻的车辆数。解：东西方向道路上能通过的车辆数 由题可知，360Q东西（veh/h）,tt=60 （s）,636006036
10、0m 应用公式（218），则60秒绿灯期间没有车辆通过的概率为：0025.0)0(6ep60秒绿灯期间有1辆车通过的概率为：0149.06)1(6ep60秒绿灯期间有2辆车通过的概率为：0446.0!26)2(62ep为计算方便，可由公式（218）导出它的递推公式，即：)(1)1(xpxmxp （220）2)二项式分布二项式分布二项式过程就是在一组 次独立试验中，每次试验只有两种可能的结果，而所得特定结果的概率为常数。二项式分布可用以预测违反交通规则的车辆数，在交叉口可能的转弯车辆数以及在路段上行驶速度超限的车辆数等。（221）qpCxpxnxxn)(nnpnxE)(xqpn2在 次试验中期望
11、的成功次数为：而 的方差则为：（223）(222)例24 在某红绿灯信号交叉口上，据统计有25的骑自行车者不遵守交通规则。当随机抽取5位骑车者时可能有2位不遵守交通规则的概率是多少?解：由题已知 5n2x25.0p则有 264.075.025.0)!25(!2!5)2(32p即5人中有2人不遵守交通规则的可能性为26.4。2.连续型分布连续型分布 连续型分布是用来描述观测数值的连续随机过程，在交通流分析中较常用的连续型分布有：负指数分布、移位的负指数分布以及厄朗分布等。1）负指数分布 这种分布常用于研究交通流中的车头时距或其它事件如事故的时间间隔，也可用于除时间外的其它连续变量如距离等。负指数
12、分布可由泊松分布导出。eempthpmm!0)0()(0（225）ethpthpm1)(1)(（226）Q例26 在 400(veh/h)的车流量时，等于和大于9秒的车头时距的概率是多少?1360094003600tQm368.0)9(1ehp即有36.8的车头时距等于和大于9秒。（veh）解：则 2）移位的负指数分布ethpcTct)()()(（227）2.3 道路通行能力与服务水平道路通行能力与服务水平2.3.1 道路通行能力定义：在现行通常的道路条件、交通条件和管制条件下，在已知周期（通常为15分钟）中，车辆或行人能合理地期望通过一条车道或道路的一点或均匀路段所能达到的最大小时流率。2.
13、3.2 服务水平与服务交通量服务水平与服务交通量 服务水平（LOS Level Of Service）是描述交通流的运行条件及其对汽车驾驶者和乘客感觉的一种质量测定标准，是道路使用者从道路状况、交通条件、道路环境等方面可能得到的服务程度或服务质量。服务交通量是在通常的道路条件、交通条件和管制条件下，在已知周期(通常为15分钟)中，当能保持规定的服务水平时，车辆(或行人)能合理地期望通过一条车道或道路的一点或均匀路段的最大小时流率。A级级自由车流，交通量低、车速高、行车密度小，驾驶者可自由车流，交通量低、车速高、行车密度小，驾驶者可按自己的意愿控制车速，不因其它车辆的存在而有干扰和延误。按自己的
14、意愿控制车速，不因其它车辆的存在而有干扰和延误。B级级稳定车流，车速开始受到限制，但驾驶者仍能自由选择稳定车流，车速开始受到限制，但驾驶者仍能自由选择行驶的车道，车速稍有降低，但延误很小。该级可作为市际公行驶的车道，车速稍有降低，但延误很小。该级可作为市际公路的设计标准。路的设计标准。C级级仍为稳定车流，但车速和机动性已受到较大交通量的仍为稳定车流，但车速和机动性已受到较大交通量的影响，多数驾驶者在选择车速、改变车道或超车等方面的自由影响，多数驾驶者在选择车速、改变车道或超车等方面的自由度已受到限制，但尚能获得较满意的车速。此级可作为市区道度已受到限制，但尚能获得较满意的车速。此级可作为市区道
15、路的设计标准。路的设计标准。D级级接近不稳定流，虽然已在很大程度上受运行条件变化的影响，但尚接近不稳定流，虽然已在很大程度上受运行条件变化的影响，但尚能维持驾驶人可接受的车速，而交通量的变动和车流的暂时受阻将引起运行能维持驾驶人可接受的车速，而交通量的变动和车流的暂时受阻将引起运行车速显著降低，驾驶操作已很少有自由度，舒适性和方便性都已降低，但若车速显著降低，驾驶操作已很少有自由度，舒适性和方便性都已降低，但若行驶时间不长则尚可忍受。行驶时间不长则尚可忍受。E级级不稳定车流，行车已时停时开，车速很低，交通量已接不稳定车流，行车已时停时开，车速很低，交通量已接近或等于道路的通行能力。近或等于道路
16、的通行能力。F级级强制车流，车辆排队慢行，极易发生阻塞，到极限时，强制车流，车辆排队慢行，极易发生阻塞，到极限时，车速和交通量都降至为零。车速和交通量都降至为零。美国高速公路基本路段服务水平（摘录）美国高速公路基本路段服务水平（摘录）服务水平车流密度（pcu/km/ln）113km/h（设计车速）97 km/h（设计车速）行程车速（km/h）V/CMSV（pcu/h/ln）行程车速（km/h）V/CMSV（pcu/h/ln）A8970.35 700B12920.541100800.491000C19870.771550760.691400D26640.931850680.841700E4248
17、1.002000481.002000F4248*48*pcu-passenger car unit，小客车单位；V-Volume，交通量；C-Capacity，通行能力；MSV-Maximum Service Volume，最大服务交通量；ln-lane，车道。中国高速公路基本路段服务水平（摘录）中国高速公路基本路段服务水平（摘录）服务水平车流密度（pcu/km/ln）120km/h（设计车速）100km/h（设计车速）行程车速（km/h）V/CMSV（pcu/h/ln）行程车速（km/h）V/CMSV（pcu/h/ln）一一12940.561100810.51 1000二二19860.791
18、600750.711400三三26730.941900680.851700四四42481.002000481.002000 2.4 交通量、车速及交通密度调查交通量、车速及交通密度调查 2.4.1 交通量调查1.交通量调查的种类 (1)特定地点的交通量调查 (2)路网（区域）交通量调查 2.调查地点与时间选择 3.交通量调查方法4.交通量调查资料整理2.4.2 车车 速速 调调 查查 1.地点车速调查2.区间车速和行驶车速调查3.观测资料的分析2.4.3 交通密度调查交通密度调查雷达测速仪雷达测速仪固定设备动态数据获取 TRMSGPS数据获取利用GPS的车辆位置数据获取示意图P码：军用C/A码
19、：对民间开放精度调整DGPS(精度3-5m)由表示车辆与4颗卫星之间关系的连立方程式求出X,Y,Z,T值。KV6.188作业作业1：设交通流的速度与交通密度的关系为：当车流的实际流量为最大流量的0.8倍时，求交通密度的最高值和速度的最低值。作业作业2：1.假设有60辆机动车随机分布在5公里长的路段上，试用泊松分布求其中任意500米路段上有4辆车的概率。2.某一交叉口引道，据以往统计有25%的车辆右转弯，问任意三辆来车中有0、1、2及3辆车右转弯的概率各是多少？（此题可用二种分布分别计算）3)某交叉口根据过去十年统计，共有21起交通事故，问此交叉口未来一年内发生 0、1、2、3、4次交通事故的概率是多少？1000Q作业作业3：设一快速干道入口，干道上的车流量 veh/h,支路上的一辆车汇入干道需寻找大于或等于8秒的干道车流间隙。试计算一小时内支路上可能有多少辆车汇入干道？（用二种分布计算，C取1秒）
