Ch2 交通参数

11交通参数2交通测度方法在交通系统分析中，为了抓住交通现象，需要交通工程师对研究对象进行分析和建模，这需要对各种交通参数和变量进行量化，或者说是交通对象的各种物理量进行度量；基本的图形分析方法是将有助于直观的分析各种交通问题，抓住问题的本质；3时空图单车时空图txo(a)(b)(c)t0车辆的位置可以表述为函数x(t)，在坐标平面中则表示为(x,t)4(1)在给定轨道或者公交的最大运行速度、最大加减速度以及站点之间的距离，确定站点之间的最小行程时间；(2)在给定车辆的摩擦系数和道路线型，根据刹车痕迹推算车辆的刹车前的运行速度；(3)飞机为了达到目标速度，根据飞机的加减速度，研究机场跑道的的长度；(4)类似的用于分析高架的上下匝道长度；(5)根据轨道的垂直平面图，以火车动力大小来计算上下坡的行程时间；单车时空图的作用：25txx1x2x3x4x5h1h2h3T111miiTqhhmm−==≈=∑对x4观察者来说，在观测时段T内，观测到m辆车，则流量q=m/T，而如果记录车头时距则有：1miiTh==∑所以在上式两端除以m得1234多车时空图6多车时空图的应用在多车辆构成的交通流中，车辆之间的相互影响，此时单车时空图将无能为力。比如：(1)在同一降落方向上，由于飞机间有最小间距要求，各种滑翔速度的飞机的降落问题(2)在单线的轨道中，为了货物（慢）和乘客（快）的列车在预定的位置避让，对他们进行调度；(3)在双向的交通流中，根据行人和机动车的速度和加速度，分析行人通过的最小安全间距；在各种方式的交通中，都有类似的应用。7txx1x2x3x4Ls1s2x5x6在一段长为L的路段上，每隔一个时间间隔进行航空拍摄，在某时刻拍摄到n辆车，则道路上的交通流密度为k=n/L111njjLkssnn−==≈=∑8txv0观察者在速度为v0的车辆内观察超过他的车辆39累积图累积图是以函数N(t)形式，随着时间t的变化，某一观测者通过的车辆个数。首先给出累积曲线和流量之间的关系。在观测时段[0,T]内，平均流量可以定义为()()[0]/qNTNT=−123456Ntq(t)N(t)()Nt瞬时流量则可以定义为()()/qtdNtdt=10A(t)D(t)Q(t)wt0t1Q(0)N0N1Nt第N个对象的旅行时间或等待时间为()()()11wNDNAN−−=−t时刻在系统中的顾客数量为Q(t)在t0到t1时刻的总的旅行时间或等待时间为()()()1100ttttAreaQtdtAtDtdt==−⎡⎤⎣⎦∫∫根据Little公式，系统中顾客的平均数量为Qwλ=⋅11利用输入-输出数据，可以有效的确定系统的各种性能；但是在数据缺失的情况下：在已知A(t)的情况下，系统限制下的顾客的最大运作累积数量，例如设计左转渠化区域的大小，机场安检区、信号控制的行人过街、公交站容量、铁路站台、港口起重机等等；累计图的应用12法国·巴黎环形交叉口环形交叉口在世界各地应用广泛在世界各地应用广泛环形交叉口通行能力分析413环形交叉口最早出现于19世纪的巴黎，其形成时间甚至早于第一辆机动车的出现。最初人们往往在一个城市的中心区设置环形交叉口，并在中心环岛中建造城市的标志性建筑，以树立城市的形象，表示与其他城市的不同。14美国·纽约环形交叉口环形交叉口在世界各地应用广泛在世界各地应用广泛15美国第一个环形交叉口（ColumbusCircle，1915年摄于纽约）16德国·慕尼黑环形交叉口环形交叉口在世界各地应用广泛在世界各地应用广泛517英国·伦敦环形交叉口环形交叉口在世界各地应用广泛在世界各地应用广泛18澳大利亚·悉尼环形交叉口环形交叉口在世界各地应用广泛在世界各地应用广泛19研究背景研究背景中国·厦门、大庆、义乌环形交叉口环形交叉口在世界各地应用广泛在世界各地应用广泛20环形交叉口环形交叉口交通堵塞、事故率上升交通堵塞、事故率上升621空间要素组成空间要素组成进出口道环形车道过街横道非机动车道人行道驻足区分流岛中心岛环道停车线进口道停车线22右转缘石设计右转缘石设计小型环岛右转连续反向曲线1曲线优化大中型环岛右转连续反向曲线2同向曲线＋直线优化23环形交叉口类型中心岛直径25m,交织段比较长，进口道不拓展成喇叭口；中心岛直径25m,进口道拓展成喇叭口；24中心岛直径4m,中心岛不一定为圆形，环道边缘一般采用低于8cm的路岩石，也可以用漆画出环岛，进口道拓展成喇叭口；725由于交通需求的迅速增长，环形交叉口上时常发生的死锁现象。必须入环车辆让行的交通规则，可以使环形交叉口的通行能力增加10%，平均延误减少40%，事故率降低40%。经过大量试验与实践，英国于1966年在全国推行入环让行的交通规则1966年前，出环岛的车辆让行进环岛的车辆26„环岛的交通规则是进环岛的车辆让行出环岛的车辆„进环岛需要打左转向灯；出环岛要打右转向„直行也要打转向，都是先左后右的环形交叉口的通行规则27环形交叉口的通行能力„无信号控制环形交叉口的通行能力„信号控制环形交叉口的通行能力28常规环形交叉口通行能力Wardrop计算公式2801131DepwCwl⎛⎞⎛⎞+−⎜⎟⎜⎟⎝⎠⎝⎠=+CD：交织段设计通行能力(pcu/h)l：交织段长度w：交织段宽度e1：环交入口引道宽度e2：环道突出部分宽度e：环交入口引道平均宽度，p：交织段内的车辆与全部车辆的比()122eee=+无信号控制环形交叉口的通行能力829Wardrop公式的适用条件：进口道无暂停的车辆；环形交叉口处于平坦地区，纵坡不大于4%；各参数取值范围见P.39当入环让行规则实施后，Wardrop建立的交织理论已不再适用于预测环形交叉口的通行能力。30英国环境部暂行公式行驶在环道上的车辆优先通行，进入环道的车辆让路给环道上的车辆，等候间隙进入环道16011DewwCwl⎛⎞+⎜⎟⎝⎠=+其中货车占全部车辆的15%，如果超过15%，则用于设计的通行能力应乘以0.8531环道流量Vc进口道流量CaCa：进口道流量(Veh/h);Vc：环道内冲突的交通流量(Veh/h);tc：最小穿越时间间隙(s),CriticalGaptime;tf：跟驰车头时距(s),Fllow-uptime美国HCM2000公式32无信号控制环形交叉口优点分析不需要停车、冲突点少、低交通量情况下能有效的减少车辆延误、降低交通事故率，管理手段简单等优势。占地面积大，投资大，影响环境；行人和非机动车通过不便，绕行距离远；交通组织差，通行能力低；非机动车、行人和机动车相互干扰严重；机动车交织区短，容易形成死锁。933通行能力分析通行能力分析通行能力关键影响因素进出口车道及环道数中心岛半径信号周期绿灯间隔时间信号控制环形交叉口的通行能力34信号控制环形交叉口的通行能力⎟⎠⎞⎜⎝⎛⋅⋅⋅=⋅⋅⋅=CgSnSnCAPeiSiSiSiSiSiSiS36003600λ进口道的通行能力：信号控制十字环形交叉口中，某进口道在单位时间内所能够通过的最大车辆数。直行车的通行能力为车道饱和流量及其信号相位绿信比的乘积，即：3533岔环形交叉口岔环形交叉口3641234123Ⅰ-1Ⅰ-241234123Ⅱ-1Ⅱ-244岔环形交叉口岔环形交叉口103755岔环形交叉口岔环形交叉口3866岔环形交叉口岔环形交叉口39第一停车线位置第二停车线位置信号机位置图2-4信号控制环形交叉口相位相序图第一停车线通行第一停车线通行第一停车线通行第二停车线通行第一停车线通行第一停车线通行第一停车线通行第二停车线通行相位I相位IIII40信号控制环形交叉口优缺点分析需要停车、增加车辆延误、降低交通事故率；消除非机动车、行人和机动车相互干扰严重。消除冲突点、占地面积大，投资大&影响环境；行人非机动车不便，绕行距离远；交通组织和控制复杂，通行能力低；1141非常规环形交叉口空间布局设计42运行规则：次要道路交通流通过外围环道通行，主要道路交通流进入内圈环道通行，内圈实施交通信号控制。适用对象：多岔环形交叉口，特别是城市既有的景观性环形交叉口。优点：多岔环形交叉口车流流向较多，分离各类流向，均衡交通流，减小冲突点的交通强度。缺点：空间使用较大。43空间布局：剖口信号控制环形交叉口是将环岛沿主要道路方向剖开成两个半圆441245相位一为主要道路车流放行相位。此相位内主要道路的直行车流直接通过交叉口，主要道路上的左转车流行驶至环道上排队等候。相位二为次要道路车流放行相位。此相位内次要道路车流绕过两个半环通过交叉口，次要道路上的左转车流绕过一个半环或两个半环后停留排队等候。环形交叉口内排队等候的左转车流在下一相位车流放行之前通过交叉口。4647环道及剖口内排队等候的左转车流在下一相位的绿灯初期被放行，赶在直行车流到达之前驶出交叉口。48相位一为南北方向车流放行相位。此相位内南北方向的直行车流直接通过交叉口，左转车流行驶至环道及东西方向的剖口内排队等候。相位二为东西方向的车流放行相位。此相位内东西方向的直行车流直接通过交叉口，左转车流行驶至环道及南北方向的剖口内排队等候。环道及剖口内排队等候的左转车流在下一相位的绿灯初期被放行，赶在直行车流到达之前驶出交叉口。1349广州市中山八路青年绿岛改造项目介绍50延误分析延误是指行驶在路段上的车辆由于受到道路环境、交通控制与管理及其他车辆干扰因素而损失的时间。目前主要用于交叉口延误分析。51车辆到达交叉口的时间间隔和单位时间内到达停车线的车辆数都是随机变化的，所以在每个周期内总有一部分车辆在到达停车线之前会受到红灯阻滞。即便有些车辆原本可以在绿灯期间到达停车线，但由于前面有上一次红灯阻滞而积存下来的车辆阻挡，也不得不减速甚至停车。实际上，这些车辆的延误也还是红灯阻滞的结果，延误形成机理521453延误=停车延误+减速延误+加速延误交叉口处车辆减速-停车-加速的时空图54ddhdadbds=0tucua)完全停车ddsds+dhdadbuuctb)tuucc)不完全停车55稳态延误模型车辆在信号交叉口的延误时间和排队长度，主要取决于车辆的到达率和交叉口的通行能力。在一般情况下，车辆的到达率和交叉口的通行能力都是随时间而变化的。但在一个较长的时间段内，总的交通状况（车辆的平均到达率和各进口的通行能力）可以是基本稳定不变的。出现这种情况的前提是交叉口未达到饱和，即通行能力有足够的富余量。56基于上述分析，稳态延误模型需要如下基本假定：1．信号配时为固定式配时（或称定周期配时），且初始时刻车辆排队长度为0；2．车辆平均到达率是稳定不变；3．车辆的延误时间与车辆到达率的相关关系不变；4．交叉口进口断面的通行能力为常数，到达率不能超过信号通行能力；5．在考察的时间段T内，各个信号周期车辆的到达率变化是随机的，因此在某些信号周期内可能会出现车辆的到发不平衡，产生过剩排队车辆，但若干周期后过剩排队车辆将消失，即对整个时段T而言，车辆到达和离去保持平衡。1557交叉口的通行能力是指某一信号相位的车流通过交叉口的最大允许能力，这取决于这些车流所能获得的最大通行流率，即饱和流量(S)以及所能获得的有效绿灯时间占整个信号周期的比例(g/c)。1．将车流到达率视为常数，计算车辆的“均衡延误”；2．计算由于各信号周期车辆到达率不一致而产生的附加延误时间，即“随机延误”；3．将上述两部分叠加，得到车辆平均总延误时间。交叉口延误=均衡延误+随机延误58有效绿灯时间的定义是相位显示绿灯时间减去车辆启动损失时间再加上黄灯时间。起始迟滞a有效绿灯时间g前损失时间后损失时间终止迟滞b饱和流量S在完全饱和的绿灯期间放行的车流流率时间绿灯间隔I绿灯黄灯红灯全红灯某相位i与相位i冲突的相位G59图9—5一个信号周期内的排队过程红灯时间绿灯时间时间(s)排队长度(veh)Q(t)Q(c-g)Q(0)Q(c)c-gc0时间（s）时间（s）每周期总均衡延误QsQmax以q到达的车辆a)到达与离散过程车辆消散完毕车辆以饱和流量S释放有效红灯时间有效绿灯时间周期时长b)排队过程平均排队长度Qavg累积到达车辆数(veh)排队