2-3交通特性分析

第三节速度特性第二章交通流特性1．地点车速（SpotSpeed）车辆通过某一地点时的瞬时车速。2．行驶车速（RunningSpeed）由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。3．运行车速（OperatingSpeed）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持的安全车速。4．行程车速（TravelSpeed）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(包括停车时间)之比。5．临界车速（CriticalSpeed）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。6．设计车速（DesignSpeed）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安全车速，用作道路线形几何设计的标准。一、基本定义*3二、时间平均车速与区间平均车速*1．时间平均车速（TimeMeanSpeed，TMS）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，即为该断面的时间平均车速。niitvnv11tv——时间平均车速——第i辆车的点速度iv2．空间平均车速（SpaceMeanSpeed，SMS）在某一特定瞬间，行驶于道路某一特定长度内的全部车辆的车速分布的平均值，当观测长度为一定时，其数值为地点车速观测值的调和平均值。niisvnv1111it—第i辆车行驶距离所用的时间lniistnlv11—行驶路段的长度l43．时间平均车速与空间平均车速的关系由时间平均车速推算空间平均车速tttsvvv2t——时间平均车速观测值的均方差nvvtit2)(由空间平均车速推算时间平均车速ssstvvv2s——空间平均车速观测值的均方差nvvsis2)(5例1．设有3辆汽车，分别以20、40、60km/h的速度通过长度为10km的路段，试求时间平均车速和空间平均车速。hkmvnvniit/40)604020(3111解：先求时间平均车速：再求空间平均车速hkmvnvniis/7.32)601401201(31111116三、行车速度的统计分布特性行车速度与交通量一样也是一个随机变量。研究表明，在乡村公路和高速公路路段上，运行车速一般呈正态分布，在城市道路或高速公路匝道口处，车速分布比较集中，一般呈偏态分布，如皮尔逊Ⅲ型分布。对行车速度进行统计分析，一般要借助车速分布直方图和车速频率、累计频率分布曲线，如图示。频率％70.000.050.100.150.200.250.300.350163248648097113129145161177193209速度(km/h)概率小型中型大型图2-7沈大高速公路内侧车道速度分布概率曲线速度分布特性高速公路沈大路和沈本路调查的各车型及各车道的速度分布概率曲线显示。车速分布规律基本一致，都大致服从正态分布，三种车型的速度期望值也大致相等。另外，由内侧与外侧车道的速度分布曲线可知，内侧车道的车速明显高于外侧车道。80.000.100.200.300.400.500.600326480113145177速度(km/h)概率小型中型大型图2-8沈大高速公路外侧车道速度分布概率曲线0.000.100.200.300.40164880113145177209速度(km/h)概率小型中型大型图2-9沈本高速公路内侧车道速度分布概率曲线0.000.100.200.300.40163248648097113129145161177193209225速度(km/h)概率小型中型大型图2-10沈本高速公路外侧车道速度分布概率曲线9一般公路一般公路调查路段的速度分布概率曲线图中可以看出，一般公路的大、中、小三种车型的速度分布比较接近，且分布也接近正态分布。一级路内侧车道的车速期望值略高于外侧车道。0.000.050.100.150.200.250.300.3516324880113145177195速度(km/h)概率小型中型大型图2-11沈盘一级路内侧车道速度分布概率曲线100.000.050.100.150.200.250.300.3516324880113145177195速度(km/h)概率小型中型大型图2-12沈盘一级路外侧车道速度分布概率曲线0.000.050.100.150.20163248648097129146速度(km/h)概率小型中型大型图2-13沈盘二级公路速度分布概率曲线110.000.050.100.150.200.250.300.3510203040507090101速度(km/h)概率小型中型大型图2-14102国道速度分布概率曲线0.000.050.100.150.200.250.301030507090110130150速度(km/h)概率小型中型大型图2-15京哈路速度分布概率曲线高速公路交通流分布特性13三、行车速度的统计分布特性表征车速统计分布特性的特征车速*常用：1．中位车速也称50％位车速，是指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车辆数相等。在正态分布的情况下，50％位车速等于平均车速。2．85％位车速在该路段行驶的所有车辆中，有85％的车辆行驶速度在此速度以下，只有15％的车辆行驶速度高于此值，交通管理部门常以此速度作为某些路段的限制车速。3．15％位车速与速率波动幅度意义类前。在高速公路和快速道路上，为了行车安全，减少阻塞排队现象，要规定低速限制，因此15％位车速测定是非常重要的。85％位车速与15％车速之差反映了该路段上的车速波动幅度，同时车速分布的标准偏差S与85％位车速和15％车速之差存在着下列近似关系：2.07%15%85位值位值S14四、影响车速变化的因素1．驾驶员对车速的影响2．车辆对车速的影响3．道路对车速的影响（1）街道类型及等级（2）平面线型（3）纵断面（4）车道数及车道位置（5）视距（6）侧向净空（7）路面4．交通条件对车速的影响（1）交通量（2）交通组成（3）超车条件（4）交通管理（5）交通环境第四节密度特性第二章交通流特性1、概念：指在某一瞬间内单位长度道路上的车辆数，又称车流密度，单位为：辆／km。K＝N/L2、意义：•车流密度大小反映一条道路上的交通密集程度。对于同一条道路，可不考虑车道数；对于具有不同车道数的道路，为使车流密度具有可比性，车流密度应按单车道定义，单位：辆／km／车道。•密度是交通流中重要的参数，因为它直接反映了交通需求量。•密度还可以近似地用来衡量驾驶员操纵车辆的舒适性和灵活性。密度是瞬间值，随着观测的时刻、路段长度而变化，是平均值。3、密度的应用：管制、事故探测、服务水平一、交通密度基本定义（Density）二、车道占有率（Occupancy）由于密度是瞬时值，随观测的时间或区间长度而变化，而且反映不出与车辆长度和速度的关系，尤其当车辆混合行驶时，密度的高低，并不能明确地表示交通流的状态，所以在交通工程中又引用了车道占有率的概念来表示车流密度。车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。•1、空间占有率在道路的一定路段上，车辆总长度与路段总长度之比称为空间占有率，通常以百分数表示。车流密度只能表示车流的密集程度，而空间占有率则能反映某路段上车队的长度。其表达式如下：•2．时间占有率：在道路的任一路段上，车辆通过时间的累计值与观测总时间的比值称为时间占有率，通常以百分数表示。其表达式如下：niislLR11）辆车的长度（第空间占有率mlRisiniiltTR11）的时间（辆车通过观测路段所用第时间占有率stRiti三、车头间距和车头时距•1、车头间距(Spacing):是指一条车道上前后相邻车辆之间的距离，用车辆上有代表性的点来测量，如前保险杠或前轮。•2、车头时距(Headways):是前后两辆车通过车行道上某一点的时间差，也是用车辆上有代表性的点来测量。对观测路段上所有车辆的车头时距和车头间距取平均值称为平均车头时距和平均车头间距。平均车头间距和平均车头时距与宏观参数的关系如下：微观参数对许多交通分析是有用的，如在通行能力的计算和交通流理论中的应用。tshQhK/3600/1000）平均车头时距（）平均车头间距（shmhistsshhKQv/6.3/第五节交通流基本特性及其相互关系第三章交通流特性一、交通流三参数基本关系连续流没有外部固定因素（如交通信号）影响的不间断的交通流。连续交通流基本特性：KVQQ=KV曲线图Q-K、Q-V、V-K关系曲线图一、交通流三参数基本关系几个特征量自由流速度（Free-flowSpeed）vf阻塞密度（JamDensity）Kj临界密度（CriticalDensity）Km临界速度（CriticalSpeed）vm最大流量Qm0流量二、速度－密度关系1、格林希尔茨（Greenshields）模型—线性模型在通常的交通流密度条件下aKbKKvvjfs)1(速度-密度关系图二、速度－密度关系2、格林柏（Greenberg）模型—对数模型交通流密度很大时)ln(KKvvjms速度-密度关系图二、速度－密度关系3、安德伍德（Underwood）模型——指数模型交通流密度很小时mKKfsevv二、速度－密度关系4、其他模型njfsKKvv)1(26•伊迪模型•德留(Drew)模型•德雷克模型()ln()()mKKfjVVeKVcK自由流阻塞流121()nfJKVVK21()2mKKfVVe上述这些模型中，Greenshields是基于实测结果，Greenberg、Underwood、Drew是模仿流体力学导出的，Drew包含了Greenshields、Greenberg函数形式在内的一般的模型，德雷克模型可以较好地与实测值拟合。二、速度－密度关系格林希尔茨（GreenShields）模型——线性模型在通常的交通流密度条件下格林柏（Greenberg）模型——对数模型交通流密度很大时安德伍德（Underwood）模型——指数模型交通流密度很小时其他模型)1(jfsKKvv)ln(KKvvjmsmKKfsevvnjfsKKvv)1(三、流量－密度关系由GreenShields线性模型及交通流基本关系有：平均车头时距、平均车头间距与流量、密度的关系)1(jfKKKvKVQ四、流量－速度关系由GreenShields线性模型做变换得到：代入交通特性三参数基本关系模型，得到：)1()1(fsjjfsvvKKKKvvsfsjsvvvKvKQ)1(例题已知某公路畅行速度为Vf=80Km／h，饱和密度为Kj=96辆／Km，且已知速度与密度具有V=b-aK，求该路段在密度为30辆／Km时的路段平均交通量？该道路的最大交通量为多少，对应的速度和密度值是多少？•解：由格林希尔茨线性模型：•b=Vf=80，•a=Vf/Kj=80/96，•V=80-80/96*30=55Km／h•Q=KV=30*55=1650辆/小时•Q=KV=K(b-aK)，•令dQ/dK=b-2aK=0，得Km=48辆／Km，则•Vm=80-80/96*48=40Km／h•Qm=KmVm=48*40=1920辆/小时aKbKKvvjfs)1(第六节间断流特性第三章交通流特性间断流—有外部固定因素影响的周期性中断的交通流。信号交叉口处车辆通行分析信号交叉口的间断流信号交叉口的交通流描述饱和车头时距饱和流率启动损失时间清尾损失时间有效绿时thS3600信号交叉口的间断流34