交通工程道路通行能力通行能力概论

交通工程道路通行能力通行能力概论

1 交通、土地利用与经济发展 2 引言 交通分析 等价于分析 交通需求 交通供给 交通供给： 提供一定 服务水平 的 通行能力 道路通行能力 交通需求 交通系统畅通、不出现拥堵现象 4 第一章 基本概念 第一节 道路通行能力（ Highway Capacity ） 第二节 服务水平 第三节 车辆换算系数 5 道路通行能力 1 ）定义 —— 道路设施疏导交通流的能力 单位 —— 辆 / 小时（ Veh/h ）或者当量车 / 小时（ pcu/h ） 2 ）通行能力与交通量的区别和联系 2 、通行能力的分类 1 ）基于交通设施 2 ）基于交通系统 3 、通行能力分析意义 1 、概念 6 道路通行能力的定义 道路通行能力标准 ： 是道路建设与管理的决策依据，通过对道路通行能力与道路交通量的适应性分析，可以确定道路网建设的合理规模、结构、建设时间及道路网管理的最优模式。 道路通行能力 ：是指在特定的交通条件、道路条件及人为的度量标准下，单位时间内通过某一断面的最大交通量。 交通量 ：一定时间通过车辆及行人数量。 7 通行能力定义 基本通行能力： 是指交通设施在理想的道路、交通、控制和环境条件下，该组成部分一条车道或一车行道的均匀段上或一横断面上，不论服务水平如何， 1h 所能通过标准车辆的最大辆数。 可能通行能力： 指一已知交通设施的一组成部分在实际或预测的道路、交通、控制及环境条件下，该组成部分一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，不论服务水平如何， 1h 所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的最大辆数。 服务通行能力： 指一设计中的交通设施的一组成部分在预测的道路、交通、控制及环境条件下，该组成部分一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，在特定服务水平下， 1h 所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的最大辆数。 三者关系？ 通行能力（ C) 交通量 (V) 交通设施的通行能力、交通量 交通负荷、饱和度（ V/C) 9 道路通行能力的影响因素 道路状况（线形、路面、车道及宽度等 ) 车辆性能（加减速性能、制动性能等） 交通条件（交通流组成、行驶行为等） 交通管理（交通行为管制等） 人员素质（驾驶员、行人等交通参与者 ) 环境干扰（横向干扰情况等） 气候条件 10 道路通行能力分析研究的意义 交通流特性 具体交通设施的通行能力 路网设施通行能力 ( 协调 ) 高速公路、一般公路、城市道路、公交线路、交叉口、交织区、匝道及其连接点 交通构成、车速分布、交通三参数关系、车型换算系数、延误、排队长度、空间 道路网规划 可行性研究 勘察设计 施工管理 项目后评价 道路网管理 研究内容 研究意义 11 道路通行能力分类 道路通行能力 基于 交通设施 基于 交通系统 12 交通设施 城市道路 ( U rban S treets) 13 行人和自行车设施 (Pedestrian & Bicycles) 交通设施 14 常规公共交通设施 (Bus Transit Facilities) 交通设施 15 交通设施 轨道公共交通设施 (Rail Transit Facilities) 16 凌空索道交通设施 (Aerial Ropeways Facilities) 交通设施 17 水上公共交通设施 (Ferry Transit Facilities) 交通设施 18 交通设施 城间公路 (Highways & Freeways) 19 交通系统 互通立交系统（ Interchange ） 20 交通系统 交通走廊 (Traffic Corridors) 21 交通系统 交通网络 (Traffic Networks) 22 交通系统 交通网络 (Traffic Networks) 23 城市道路 信号交叉口 无信号交叉口 干道 互通立交匝道 高速公路 基本路段 交织区 匝道 匝道结合部 双车道公路、多车道公路 公共交通系统 行人系统 自行车系统 交通走廊 局部路网 HCM 24 二 服务水平（ Levels of Service ） 服务水平 ? （ LOS ） 25 道路通行能力与服务水平 服务水平：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：不同服务水平要求通过的交通量。 通行能力应该与服务水平相联系。 服务水平高，服务交通量小；反之，服务交通量大，则服务水平低。 26 道路服务水平的划分标准 行车速度和运行时间 车辆行驶时的自由程度（畅通性） 行车延误、停车次数或排队长度、行车安全性（事故率和经济损失） 行车舒适性和乘客的满意程度 经济性（行驶费用） 负荷系数（信号交叉口：饱和绿灯时间与全部绿灯时间的比值） 27 道路服务水平的分级 服务水平亦称服务等级，是用来衡量道路为交通参与者所提供服务质量的等级。 服务水平的具体等级各国划分不一，一般根据本国道路交通的具体条件划分为 3-6 个服务等级。 日本划分为 3 个等级，俄罗斯（前苏联地区）划分为 4 个等级，美国划分为 6 个等级 . 我国在“国家九五攻关项目 —— 道路通行能力研究”中划分为 4 个等级。 28 道路服务水平的分级 我国在“国家九五攻关项目 —— 道路通行能力研究”中划分为 4 个等级。 29 通行能力分类（美国） A 级 ： 交通量很小，交通为自由流，使用者不受或基本不受交通流中其他车辆的影响，有非常高的自由度来选择所期望的速度和进行驾驶，为驾驶员和乘客提供的舒适便利程度极高。 B 级 ： 交通量较前增加，交通在稳定流范围内的较好部分。在交通流中，开始易受其他车辆的影响，选择速度的自由度相对来说还不受影响，但驾驶自由度比服务水平 A 稍有下降。由于其他车辆开始对少数驾驶员的驾驶行为产生影响，因此所提供的舒适和便利程度较服务水平 A 低一些。 30 C 级 ： 交通量大于服务水平 B ，交通处在稳定流范围的中间部分，但车辆间的相互影响变得大起来，选择速度受到其他车辆的影响，驾驶时需相当留心部分其他车辆，舒适和便利程度有明显下降。 D 级 ： 交通量又增大，交通处在稳定交通流范围的较差部分。速度和驾驶自由度受到严格约束，舒适和便利程度低下。当接近这一服务水平下限时，交通量有少量增加就会在运行方面出现问题。 通行能力分类（美国） 31 E 级 ： 此服务水平的交通常处于不稳定流范围，接近或达到水平最大交通量时，交通量有小的增加，或交通流内部有小的扰动就将产生大的运行问题，甚至发生交通中断。此水平内所有车速降到一个低的但相对均匀的值，驾驶自由度极低，舒适和便利程度也非常低，驾驶员受到的挫折通常是大的。此服务水平下限时的最大交通量即为基本通行能力（理想条件下）或可能通行能力（具体公路）。 F 级 ： 交通处于强制状态，车辆经常排成队，跟着前面的车辆停停走走，极不稳定。在此服务水平中，交通量与速度同时由大变小，直到零为止，而交通密度则随交通量的减少而增大。 通行能力分类（美国） 32 服务水平分类（国内 V.S. 美国） Level A&B Level C Level D Level E&F 自由流 饱和流 强制流 稳定流 33 公路设计采用的服务水平等级 Source:< 公路工程技术标准 >JTG B01-2003 高速公路基本路段、匝道－主线连接处、交织区均采用二级服务水平。 不控制进入的汽车多车道公路路段在平原微丘的地区采用二级服务水平，在重丘山岭地形及在近郊采用三级服务水平。 不控制进入的汽车双车道公路路段采用三级服务水平。 混合交通双车道公路段采用三级服务水平。 34 公路路服务水平的分级 Source:< 公路工程技术标准 >JTG B01-2003 条文说明 二级公路作为干线公路时，设计速度宜采用 80km/h 二级公路作为集散公路时，混合交通量较大、平面交叉间距较小的路段，设计速度宜采用 60km/h 二级公路位于地形、地质等自然条件复杂的山区，经论证该路段的设计速度可采用 40km/h 35 道路服务水平的分级 Source:< 公路工程技术标准 >JTG B01-2003 条文说明 36 道路服务水平的分级 Source:< 公路工程技术标准 >JTG B01-2003 条文说明 37 道路服务水平的分级 Source:< 公路工程技术标准 >JTG B01-2003 条文说明 38 通行能力 理想条件下交通量 — 车速的关系图 39 通行能力 理想条件下交通量 — 交通密度的关系图 40 通行能力 Source:< 公路工程技术标准 >JTG B01-2003 服务水平分级标准以 延误率 为主要指标。 服务通行能力按三级服务水平设计； 考虑不准超车区段比例，以及行车道宽度的影响。 41 复习与回顾 -- 路段通行能力的计算方法 路段通行能力的分类：基本通行能力、可能通行能力、服务通行能力 路段基本通行能力 N 基本 ：道路与交通处于理想情况下，每一车道（或道路）单位时间（ 1 小时）内通过的最大交通量。 N 基本 =3600/t 0 t 0 —— 平均最小车头时距（秒）。 42 复习与回顾 — 最小车头时局 43 路段可能通行能力 N 可能 ：在实际的道路与交通下，单位时间（ 1 小时）内通过每一车道（或道路）某一点（断面）的最大交通量。 基本通行能力与各种修正系数的乘积。 修正系数包括：车道宽度、侧向净空、道路纵坡、视距等道路条件修正系数；车型组成等交通条件修正系数。 复习与回顾 -- 路段通行能力的计算方法 44 路段服务（设计）设计通行能力 N 设计 ：指道路与根据使用要求的不同，按不同服务水平条件下所具有的通行能力。 可能通行能力与对应服务水平下道路饱和度（ V/C ）的乘积。 饱和度由国家具体的设计规范给定。 复习与回顾 -- 路段通行能力的计算方法 45 1 辆拖拉机＝ 2 个 3 吨货车？ 1 辆摩托车＝ 0.4 个轿车？ ？ 三 Vehicle Type & PCEs 46 1 、概念 车流中如果夹杂着一些慢速车辆，这将导致整个道路通行能力的降低。实际上，交通流中一辆载重汽车相当于若干量小汽车，这个相当于小汽车的数目，就称之为 PCEs(Passenger-car equivalents) ，也叫小汽车当量系数或车辆折算系数。 三 Vehicle Type & PCEs 定义车型 —— 度量混合交通流的折中方法 一般公路；高速公路；交叉口；城市道路 车辆折算系数 --PCEs 47 2 、计算 考虑两个稳定的交通流 : 无载重车的纯小汽车流和有一定载重车比例的实际混合流，混合流中载重车的混入率为 p ，根据服务水平与车流量之间的对应关系，在给定的服务水平下，对应着不同情况的两种车流量为 : q b ， q m 。 三 Vehicle Type & PCEs 48 三 Vehicle Type & PCEs 49 坡度 i(%) 车型 -4% -2% 0% 2% 4% 解放 CA15 2.21 2.23 2.24 2.26 2.28 解放 CA141 2.23 2.25 2.26 2.28 2.30 解放 CA141 加挂 3.36 3.40 3.43 3.47 3.51 北京 BJ130 1.58 1.59 1.60 1.61 1.62 广州大客 GZ643 3.67 3.72 3.76 3.81 3.85 奥迪 100 轿车 0.99 1.00 1.00 1.00 1.01 三 Vehicle Type & PCEs 国产主要车型不同坡度下的 PCE 值 50 坡度 i(%) 车型 -4% -2% 0% 2% 4% 小轿车 0.99 1.00 1.00 1.00 1.01 轻型车 1.58 1.59 1.60 1.61 1.62 中型车 2.23 2.25 2.26 2.28 2.30 大型车 3.67 3.72 3.76 3.81 3.85 拖挂车 3.36 3.40 3.43 3.47 3.51 三 Vehicle Type & PCEs 国产主要车型不同坡度下的 PCE 值 51 车辆换算系数 Source:< 公路工程技术标准 >JTG B01-2003 52 四 道路通行能力研究方向 The Future Research of H.C 53 一、研究历史 1 国外 美国；其他国家 2 国内 二、研究发展方向 1HCM 2HCS 四 道路通行能力研究方向 54 国外通行能力研究的概况 从本世纪四十年代起，美国为了加强国防和适应战后经济发展的需要，加快了道路网建设和交通流理论研究等工作。对各种各样的交叉口和路段的通行能力也列出专题进行专门研究。这些成果都集中地反映在 1950 年， 1965 年， 1985 年， 1994 年的通行能力手册， 1997 年的修订版和 2000 出版通行能力手册 。 HCM2010 版即将面世 美国最早进行通行能力的研究工作 55 国外通行能力研究的概况 如瑞典、加拿大、澳大利亚、德国等也都对本国的交通情况进行了研究 , 编制了相应的道路通行能力手册，手册中有处理各种交通设施类型和不同交通情况下的计算方法。 包括交叉口和路段通行能力研究的理论成果以及实际操作规范。 其他发达国家对通行能力的研究 56 国外通行能力研究的概况 随着计算机技术的迅猛发展，以计算机为辅助工具，利用其可重复性、可延续性模拟交通运行状况以达到研究目的。 目前国际上有许多流行的模拟软件来处理有关道路通行能力的模拟研究工作。如：美国的 HCS 系统 (Highway Capacity Software) ，瑞典公路局的 CAPCAL 系统。 国外通行能力的计算机模拟（仿真）研究 57 国内通行能力研究的概况 我国七十年代中后引入交通工程学科，部分高等学校设立了相关专业。 八十年代后期，交通部所属部分科研所如交通部公路研究所、公路规划设计院等部分高校如东南大学、同济大学、北京工业大学等对适合我国国情的道路通行能力进行了研究工作。 通行能力的理论研究 58 国内通行能力研究的概况 有关利用计算机模拟方法研究通行能力问题也引起了国内学者的重视，已经出现了很多文献。 对计算机模拟研究也不太深入、系统。 通行能力的计算机模拟（仿真）研究工作 59 国内通行能力研究的概况 “ 国家自然基金基金项目” 公交专用车道通行能力研究 “国家自然基金基金项目” 环形交叉口通行能力研究 “国家自然基金基金项目” 平面无控制交叉口通行能力研究 “国家九五重点科技攻关项目” 公路通行能力研究 “国家博士后基金项目”道路交叉口与路段通行能力的协调研究 “国家自然基金基金项目” 道路运输网混合交通流通行能力的分析方法 “国家自然基金基金项目” 道路互通立交系统通行能力的分析方法 “国家十一五重点科技攻关项目” 城市道路通行能力研究 东南大学已经获得立项研究的情况 60 国内外研究的交流情况 随着道路通行能力研究在世界范围内的不断深入，国与国之间的学术交流也随之增加。 自 1990 年在德国召开了第一届国际通行能力研讨会之后，又每隔四年先后于 1994 、 1998 、 2002 、 2006 年分别在澳大利亚、丹麦、美国、日本召开了第二、三、四、五届国际通行能力研讨会。 在国际学术杂志如 《Transportation Research》 上不断刊发通行能力研究的文章。 美国 TRB 年会每年召开一次，每年都出版关于交通流与道路通行能力的专刊： Traffic Flow Theory & Highway Capacity 国内外研究的交流情况 ？ ？