1、1第二章第二章 交通流基本特性交通流基本特性第一节第一节 流量流量(交通量交通量)Q 2023-1-312一、交通量的定义一、交通量的定义 交通量是指在选定时间段内交通量是指在选定时间段内,通过道路某一地通过道路某一地点、某一断面或某一条车道的交通实体数。按交通点、某一断面或某一条车道的交通实体数。按交通类型分类型分,有机动车交通量、非机动车交通量和行人有机动车交通量、非机动车交通量和行人交通量交通量,一般不加说明则指机动车交通量，且指来往一般不加说明则指机动车交通量，且指来往两个方向的车辆数。两个方向的车辆数。2023-1-323一、交通量的定义一、交通量的定义l交通量时刻在变化，在表达方式
2、上通常取某一时交通量时刻在变化，在表达方式上通常取某一时间段内的平均值作为该时间段的代表交通量。如间段内的平均值作为该时间段的代表交通量。如果以辆果以辆/d为单位，平均交通量表达式为为单位，平均交通量表达式为:l按平均值所取的时间段的长度计按平均值所取的时间段的长度计,常用的平均交通常用的平均交通量有量有:l 年平均日交通量（年平均日交通量（AADT）；）；l 月平均日交通量（月平均日交通量（MADT）；）；l 周平均日交通量（周平均日交通量（WADT）。）。niiQn11平均交通量平均交通量2023-1-334一、交通量的定义一、交通量的定义 年平均日交通量（年平均日交通量（AADT）：）：
3、月平均日交通量（月平均日交通量（MADT）：）：k：为当月的天数。：为当月的天数。周平均日交通量（周平均日交通量（WADT）：）：366153616361:3651iiiiQAADTQAADT或闰年或闰年 kiiQkMADT11 7171iiQWADT2023-1-345二、交通量的时间分布二、交通量的时间分布l 月变化月变化：一年内各月交通量的变化称为月变：一年内各月交通量的变化称为月变化。年平均日交通量与月平均日交通量之比化。年平均日交通量与月平均日交通量之比,称称为交通量的月变化系数为交通量的月变化系数(或称月不均衡系数，月或称月不均衡系数，月换算系数换算系数)，以，以K月月表示表示。M
4、ADTAADTK 月月2023-1-356二、交通量的时间分布二、交通量的时间分布l周变化：交通量的周变化是指一周内各天的交通周变化：交通量的周变化是指一周内各天的交通量变化，因此，也称周日变化。量变化，因此，也称周日变化。l周变系数定义为：年平均日交通量除以某周日的周变系数定义为：年平均日交通量除以某周日的平均交通量。平均交通量。l某周日的平均日交通量等于全年所有该周日的交某周日的平均日交通量等于全年所有该周日的交通量除以全年该周日的总天数。通量除以全年该周日的总天数。某周日平均交通量某周日平均交通量年平均日交通量年平均日交通量周日周日 K2023-1-367二、交通量的时间分布二、交通量的
5、时间分布l 时变化：一天时变化：一天24小时中，每个小时的交通量亦在小时中，每个小时的交通量亦在不断变化。不断变化。l一天一天24小时中，流量最大的那个小时的交通量称小时中，流量最大的那个小时的交通量称为高峰小时交通量。为高峰小时交通量。l 高峰小时系数：就是高峰小时交通量与高峰小时高峰小时系数：就是高峰小时交通量与高峰小时内某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之内某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之比。比。一般一般 t=5min或或t=6min或或 t=10min，最常用，最常用t=15minttPHFt60 时时段段的的交交通通量量）（高高峰峰小小时时内内高高峰峰小小时时交交通通量量
6、2023-1-378二、交通量的时间分布二、交通量的时间分布 如：如：t=15（min）t=10（min）城市中短时间的高峰交通量造成交通阻塞。城市中短时间的高峰交通量造成交通阻塞。交交通通量量）（高高峰峰小小时时中中高高峰峰高高峰峰小小时时交交通通量量min15415 PFH交交通通量量）（高高峰峰小小时时中中高高峰峰高高峰峰小小时时交交通通量量min10610 PFH2023-1-389三、交通量的空间分布三、交通量的空间分布l主要包括：主要包括：l交通量的城乡分布交通量的城乡分布l交通量的路段分布交通量的路段分布l交通量的方向分布交通量的方向分布l交通量在车道上的分布交通量在车道上的分布
7、2023-1-3910四、设计小时交通量四、设计小时交通量l含义及作用：含义及作用：交通量具有随时间变化和出现高峰小时的特点，交通量具有随时间变化和出现高峰小时的特点，因此，在进行道路设施规划设计时，必须考虑这因此，在进行道路设施规划设计时，必须考虑这个特点。工程上为了保证道路在规划期内满足绝个特点。工程上为了保证道路在规划期内满足绝大多数小时车流能顺利通过，不造成严重阻塞，大多数小时车流能顺利通过，不造成严重阻塞，同时避免建成后车流量很低，投资效益不高，规同时避免建成后车流量很低，投资效益不高，规定必须选择适当的小时交通量作为设计小时交通定必须选择适当的小时交通量作为设计小时交通量。量。l根
8、据美国的研究、认为第根据美国的研究、认为第30位最高小时交通量作位最高小时交通量作为设计小时交通量是最合适的。为设计小时交通量是最合适的。2023-1-31011四、设计小时交通量四、设计小时交通量l第第30位最高小时交通量位最高小时交通量l所谓第所谓第30位最高小时交通量就是将一年中测得的位最高小时交通量就是将一年中测得的8700个小时交通量，从大到小按序排列，排在第个小时交通量，从大到小按序排列，排在第30位的那个小时交通量。位的那个小时交通量。l研究表明，第研究表明，第30位小时交通量与年平均日交通量位小时交通量与年平均日交通量（AADT）之比的）之比的K值十分稳定。值十分稳定。l据国外
9、观测，按道路类别及所在地区不同据国外观测，按道路类别及所在地区不同K值分值分布在布在12%18%范围内。范围内。2023-1-31112四、设计小时交通量四、设计小时交通量l设计小时交通量的计算（不考虑方向不均衡性）设计小时交通量的计算（不考虑方向不均衡性）式中：式中：DHV设计小时交通量（辆设计小时交通量（辆/h）；）；K 设计小时交通量系数（设计小时交通量系数（%）；）；N 车道数车道数;C单单 每一车道设计通行能力（辆每一车道设计通行能力（辆/h）；）；AADT 规划年的年平均日交通辆量规划年的年平均日交通辆量 （辆（辆/d）；）；W 路幅宽度（路幅宽度（m）；）；W1 一条车道宽度（一
10、条车道宽度（m）。）。nWWCDHVnkAADTDHV 1单单2023-1-31213四、设计小时交通量四、设计小时交通量l 设计小时交通量的计算（考虑方向不均衡性）设计小时交通量的计算（考虑方向不均衡性）式中：式中：DDHV单向设计小时交通量；单向设计小时交通量；K 设计小时交通量系数（设计小时交通量系数（%）；）；KD 方向不均匀系数（方向不均匀系数（%）D K KAADTDDHV 2023-1-31314第二节第二节 速度速度V 2023-1-31415一、基本定义一、基本定义l 地点车速：这是车辆通过某一地点时的瞬时车地点车速：这是车辆通过某一地点时的瞬时车速，因此观测时速，因此观测时
11、L取尽可能短，通常以取尽可能短，通常以2025m为为宜，用做道路设计、交通管制、交通规划资料。宜，用做道路设计、交通管制、交通规划资料。l 行驶车速：这是从行驶某一区间所需时间（不行驶车速：这是从行驶某一区间所需时间（不包括停车时间）及其区间距离求得的车速，用于包括停车时间）及其区间距离求得的车速，用于评价该路段的线形顺适性和通行能力分析，也可评价该路段的线形顺适性和通行能力分析，也可用于计算道路使用者的成本效益分析。用于计算道路使用者的成本效益分析。l 运行车速：是指中等技术水平的驾驶员在良好运行车速：是指中等技术水平的驾驶员在良好的气候条件、实际道路状况和交通条件下所能保的气候条件、实际道
12、路状况和交通条件下所能保持的安全车速：用于评价道路通行能力和车辆运持的安全车速：用于评价道路通行能力和车辆运行状况。行状况。2023-1-31516一、基本定义一、基本定义l 行程车速：行程车速又称区间车速，是车辆行行程车速：行程车速又称区间车速，是车辆行驶路程与通过该路程所需的总时间（包括停车时驶路程与通过该路程所需的总时间（包括停车时间）之比。行程车速是一项综合性指标，用以评间）之比。行程车速是一项综合性指标，用以评价道路的通畅程度，估计行车延误情况。要提高价道路的通畅程度，估计行车延误情况。要提高运输效率必须提高车辆的行程车速。运输效率必须提高车辆的行程车速。l 临界车速：这是指道路达到
13、理论通行能力时的临界车速：这是指道路达到理论通行能力时的车速，对于选择道路等级具有重要作用。车速，对于选择道路等级具有重要作用。l 设计车速：是指在道路交通与气候条件良好的设计车速：是指在道路交通与气候条件良好的情况下仅受道路物理条件限制时所能保持的最大情况下仅受道路物理条件限制时所能保持的最大安全车速，用作道路线形几何设计的标准。安全车速，用作道路线形几何设计的标准。2023-1-31617二、行车速度的统计分布特性二、行车速度的统计分布特性常用以下特征车速表示车速的统计分布特性：常用以下特征车速表示车速的统计分布特性：l中位车速：也称中位车速：也称50%位车速，是指在该路段上在位车速，是指
14、在该路段上在该速度以下行驶的车辆数与在该速度以上行驶的该速度以下行驶的车辆数与在该速度以上行驶的车辆数相等。车辆数相等。l85%位车速：在该路段行驶所有车辆中，有位车速：在该路段行驶所有车辆中，有85%的车辆行驶速度在此速度以下，只有的车辆行驶速度在此速度以下，只有15%的车辆的车辆行驶速度高于此值。行驶速度高于此值。l15%位车速：意义与前亦同。位车速：意义与前亦同。l车速分布的标准偏差车速分布的标准偏差S与与85%位车速和位车速和15%车速车速之差存在着下列近似关系之差存在着下列近似关系:)/2.0715%-(85%位车速位车速位车速位车速 S2023-1-31718三、时间平均车速与区间
15、平均车速三、时间平均车速与区间平均车速l时间平均车速：在单位时间内测得通过道路某断时间平均车速：在单位时间内测得通过道路某断面各车辆的点车速，这些点速度的算术平均值，面各车辆的点车速，这些点速度的算术平均值，即为该断面的时间平均车速，即即为该断面的时间平均车速，即:式中：式中：时间平均车速（时间平均车速（km/h）；）；第第i 辆车的地点车速（辆车的地点车速（km/h）；）；n 单位时间内观测到车辆总数（辆）。单位时间内观测到车辆总数（辆）。niitvnV11tViv2023-1-31819三、时间平均车速与区间平均车速三、时间平均车速与区间平均车速l 区间平均速度：是指某路段的长度与通过该路
16、区间平均速度：是指某路段的长度与通过该路段所有车辆的平均行程时间之比（段所有车辆的平均行程时间之比（以后讲到速度以后讲到速度如果不加说明即为区间平均速度如果不加说明即为区间平均速度）。当观测长度）。当观测长度一定时，其数值为所有车辆行程车速的调和平均一定时，其数值为所有车辆行程车速的调和平均值，计算公式为值，计算公式为:式中：式中：区间平均速度（区间平均速度（km/h）；s 路段长度路段长度（km）；）；ti 第第i辆车的行驶时间（辆车的行驶时间（h）；）；n 观观测到的车辆数；测到的车辆数；vi 第第i辆车行程车速（辆车行程车速（km/h）。）。niiniisvntnsV111111sV20
17、23-1-31920三、时间平均车速与区间平均车速三、时间平均车速与区间平均车速l时间平均速度与区间平均速度之间的互换关系时间平均速度与区间平均速度之间的互换关系l由时间平均速度可以推算出区间平均速度：由时间平均速度可以推算出区间平均速度：式中：式中：时间平均速度观测值的方差。时间平均速度观测值的方差。l 由区间平均速度同样可以推算出时间平均速度：由区间平均速度同样可以推算出时间平均速度：式中式中:区间平均速度观测值的均方差。区间平均速度观测值的均方差。tttsVVV2 2t2sssstVVV2 2023-1-32021第三节密度第三节密度 k、车道占有率、车道占有率车头间距车头间距 hs、车
18、头时距、车头时距 ht2023-1-32122一、密度一、密度 Kl交通流（车流）密度：交通流（车流）密度：是指某一瞬间内单位道是指某一瞬间内单位道路长度上的车辆数目。路长度上的车辆数目。式中：式中：N 路段内的车辆数路段内的车辆数(辆辆);L 路段长度路段长度(km)。LNK 2023-1-32223二、车道占有率二、车道占有率l由于密度是瞬时值，随观测时间和区间长度而变由于密度是瞬时值，随观测时间和区间长度而变化，且反映不出车辆长度和速度的关系，尤其是化，且反映不出车辆长度和速度的关系，尤其是在车辆混合行驶时密度的大小并不能明确表示交在车辆混合行驶时密度的大小并不能明确表示交通流的状态，这
19、就要引入车道占有率的概念表示通流的状态，这就要引入车道占有率的概念表示密度。密度。l车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。2023-1-32324二、车道占有率二、车道占有率l空间占有率：是指在一定路段上，车辆总长度与空间占有率：是指在一定路段上，车辆总长度与路段总长度之比（路段总长度之比（%），表达式为：），表达式为：式中：式中：Rs 空间占有率；空间占有率；S 观测路段总长度；观测路段总长度；si 第第i 辆车的长度；辆车的长度；n 观测路段内的车辆数。观测路段内的车辆数。niissSR112023-1-32425二、车道占有率二、车道占有率l
20、空间占有率示意图：空间占有率示意图：Ss1s2s3s42023-1-32526二、车道占有率二、车道占有率l时间占有率：时间占有率：在道路的任意路段上，车辆通过时在道路的任意路段上，车辆通过时间的累计值与观测总时间之比（间的累计值与观测总时间之比（%），其表达式），其表达式为：为：式中：式中：Rt 时间占有率；时间占有率；T 观测总时间；观测总时间；ti 第第i 辆车的长度；辆车的长度；n 观测时间内通过该路段的车辆数。观测时间内通过该路段的车辆数。niittTR112023-1-32627三、车头间距三、车头间距 hs、车头时距车头时距 ht 前述前述Q、K、V（这里这里V是指什么？是指什么
21、？）均属于宏观）均属于宏观交通流参数，而车头间距和车交通流参数，而车头间距和车头时距属于微观交头时距属于微观交通流参数。其定义为：通流参数。其定义为：l车头间距：是指一条车道上前后相邻两车（用前车头间距：是指一条车道上前后相邻两车（用前保险杠等具有代表性的点测量）之间的距离。保险杠等具有代表性的点测量）之间的距离。l车车头时距：头时距：是指连续行驶的前后两辆车（具有代是指连续行驶的前后两辆车（具有代表性的点）通过行车道上某一点（或某一断面）表性的点）通过行车道上某一点（或某一断面）的时间差。的时间差。l对观测路段上所有的车头间距和车对观测路段上所有的车头间距和车头时距取平均头时距取平均值称为平
22、均值称为平均车头间距与平均车车头间距与平均车头时距。头时距。2023-1-32728三、车头间距三、车头间距 hs、车头时距车头时距 htl平均平均车头间距与平均车车头间距与平均车头时距与宏观交通流参数头时距与宏观交通流参数Q、K存在以下关系：存在以下关系：式中：式中：平均平均车头间距（车头间距（m）;平均车平均车头时距（头时距（s）。）。tshQhK36001000 shth2023-1-32829第四节交通流的基本特性第四节交通流的基本特性及其相互关系及其相互关系2023-1-32930一、交通流三参数基本关系一、交通流三参数基本关系l交通流三参数之间的基本关系式为：交通流三参数之间的基本
23、关系式为：式中：式中：Q 流量（辆流量（辆/h）；）；V 速度（速度（区间平均速度区间平均速度）（）（km/h）；）；K 密度（辆密度（辆/km）。）。KVQ 2023-1-33031一、交通流三参数基本关系一、交通流三参数基本关系l流量、密度、速度三者之间的关系见下图：流量、密度、速度三者之间的关系见下图：2023-1-33132一、交通流三参数基本关系一、交通流三参数基本关系2023-1-33233一、交通流三参数基本关系一、交通流三参数基本关系l交通流特性的一些特征变量交通流特性的一些特征变量:l极大流量极大流量Qm Q-V曲线上的峰值；曲线上的峰值；l临界速度临界速度Vm 即流量达到极
24、大时的速度；即流量达到极大时的速度；l最佳密度最佳密度km 即流量达到极大时的密度；即流量达到极大时的密度；l阻塞密度阻塞密度Kj 车流密集到所有车辆基本上无法移车流密集到所有车辆基本上无法移动（动（V=0）时的密度；）时的密度；l畅行速度畅行速度Vf 车流密度趋于零车流密度趋于零,车辆可以畅行元阻车辆可以畅行元阻时的平均速度。时的平均速度。2023-1-33334二、速度与密度的关系二、速度与密度的关系l1933年，格林希尔茨（年，格林希尔茨（Green shields）提出了速）提出了速度度密度线性关系模型，且模型与实测数据有良密度线性关系模型，且模型与实测数据有良好的吻合性。好的吻合性。
25、K=0 V=Vf K=KjV=0 K=KmV=Vm QQmax)1(jfKKVV 2023-1-33435二、速度与密度的关系二、速度与密度的关系l1959年，格林柏（年，格林柏（Greenberg）提出了用于密度）提出了用于密度很大时对数模型：很大时对数模型：)ln(KKVVjm 格林柏模型格林柏模型的适用范围的适用范围2023-1-33536二、速度与密度的关系二、速度与密度的关系l1961年安德伍德（年安德伍德（Underwood）提出了用于密度）提出了用于密度很小时的指数模型：很小时的指数模型：安德伍德模型安德伍德模型的适用范围的适用范围mKKfeVV 2023-1-33637三、流量
26、与密度的关系三、流量与密度的关系l交通流的流量交通流的流量-密度关系是交通流的基本关系，根密度关系是交通流的基本关系，根据格林希尔茨公式及三参数的基本关系式可得：据格林希尔茨公式及三参数的基本关系式可得：)()1(2jfjfKKKVKKKVQ 2023-1-33738三、流量与密度的关系三、流量与密度的关系l上式对上式对Q 求导，并令：求导，并令：4202maxjfjjffKVQQKKKKVVdKdQ 最最大大。时时，可可求求出出当当：2023-1-33839四、流量与速度的关系四、流量与速度的关系l交通流的流量交通流的流量-速度关系速度关系 是交通流的基本关系，是交通流的基本关系，根据格林希尔茨公式及根据格林希尔茨公式及 三参数的基本关系式可三参数的基本关系式可 得到：得到：)1(fjVVVKQ 2023-1-33940结论结论l综上所述，按格林希尔茨的速度综上所述，按格林希尔茨的速度-密度模型、流量密度模型、流量-密度模型、速度密度模型、速度-流量模型可以看出，流量模型可以看出，Qm、Vm和和 Km（流量（流量 速度关系曲线图）是划分交通是否拥速度关系曲线图）是划分交通是否拥挤的重要特征值。挤的重要特征值。l当当QQm、KKm、VVm时，时，属于拥挤状态；属于拥挤状态；当当QQm、K Km、VVm时，时，则属于不拥挤状态。则属于不拥挤状态。2023-1-340
