第2章_交通流特性

1第二章交通流特性2本章主要内容§1交通调查§2交通流参数§3交通流参数的统计分布§4交通流基本参数的关系模型3教学目的：掌握交通调查的原理和方法，掌握常用交通流参数的物理意义，了解交通流参数的统计分布的特点及其适用条件。重点：交通流参数：流量、速度和密集度难点：各类交通流基本参数的关系模型4§1交通调查一、交通调查的目的与意义为了科学研究和道路规划建设管理的需要，人们用客观的手段，测定道路交通流以及与其有关现象的数据并进行分析，从而了解与掌握交通流的规律。以便向交通城建规划与环保以及公安交通管理部门提供改善、优化道路交通的实际参考资料和数据。5具体目的：1、在某一地点作周期调查，了解交通的组成、分布，掌握交通量随时间推移的变化规律，据此可预测交通量及其发展趋势。2、为道路规划、建设及交通营运管理与控制，提供交通流量流向、车速、延误、停车等数据。3、为道路几何设计及交通控制设计提供依据交通量。通过事前、事后的交通量调查，评价道路服务水平与交通管理措施的效果。4、在交通研究中通过交通量调查掌握交通实态与变化的规律。5、用于推算道路通行能力、预测与计算事故率及道路运输成本和效益等为制定交通政策法规与科学理论研究提供基础数据。6二、交通调查的主要内容1、交通流要素调查交通量、车速、密度以及车头间距，占有率等。2、交通需求调查土地利用、交通生成等，OD、出行调查3、交通事故调查事故发生次数、伤亡、性质等4、交通环境调查噪声、废气、振动等。7三、交通调查的基本要求1、交通调查总是在对应于某些条件下进行的，这些条件在调查中必须予以注明。2、不论何种调查目的或使用何种调查分析方法，都应本着实事求是的原则，切忌主观臆断，甚至弄虚作假。3、调查人员的素质要求：技术水平、分析能力、工作态度。要有广泛的协作和良好的组织。8四、交通量调查的种类1.区域交通量调查——以掌握某一区域的交通量的大小及变化为目的，在区域内各不同路段及不同交叉口处进行的交通调查。2.小区边界线交通量调查——对客货业务繁忙地区，如特定经济区、城市及城市圈等汽车交通量的调查。3.查核线调查——调查是以河流丘陵铁道及地物边界线或其他人为设立的检查线为分界线，两侧区域互相来往穿过检查线的交通量。4.特定地点或专项交通量调查——为满足交通管理与信号控制的需要而在特定地点进行的交通量调查,为城市出交通量调查、公共交通调查、综合交通调查、事故调查等。9五、交通量调查方法1.确定调查地点2.选择调查时间3.选用调查方法——1)人工观测法2)浮动车移动调查法3)车辆感应器测定法4)仪器自动计测法：(1)气压式；(2)地磁式；(3)电磁式；(4)超声波式；(5)红外线式5)摄影法10浮动车移动调查法——浮动车（FloatCar）技术是近年来智能交通系统（ITS）中所采用的获取道路交通信息的先进技术手段之一。基本原理：根据装备车载全球定位系统的浮动车在其行驶过程中定期记录的车辆位置，方向和速度信息，应用地图匹配、路径推测等相关的计算模型和算法进行处理，使浮动车位置数据和城市道路在时间和空间上关联起来，最终得到浮动车所经过道路的车辆行驶速度以及道路的行车旅行时间等交通拥堵信息。如果在城市中部署足够数量的浮动车，并将这些浮动车的位置数据通过无线通讯系统定期、实时地传输到一个信息处理中心，由信息中心综合处理，就可以获得整个城市动态、实时的交通拥堵信息。11JT/T606.2-2004高速公路监控设施通信规程第2部分环形线圈车辆检测器JT/T455-2001环形线圈车辆检测器JJG(交通)078-2007环形线圈车辆检测器（计量检定规程）12七、调查方案1、调查方案设计确定调查内容；确定调查时间、时段、地点；选择计数方式、设计调查表格；确定数据处理方法；实施。132、公路交通量调查每类道路上设10个控制性观测站；所有公路路段都设普查性观测站3、城市道路交通量观测控制性观测——对通常调查的交通量数据进行必要的控制；普查性观测——用于估算整个道路网的日平均交通量。14八、交叉口流量流向调查1、交叉口流量流向观测原理和方法同路段交通量观测；通常在高峰时段观测；车型分类、车道分别记、人流、车流观测数据的校验。2、交叉口观测点的布置常规十字交叉口；环形交叉口（“环岛”、“转盘”）。15九、交通数据的分析应用1.绘制交通流量图2.绘制交通量变化图3.交叉口交通流量图4.计算交通量特定参数5.交通量中不同类型车辆的换算16(1)200(2)25745797420440575174399895507034029(1)424(2)102(1)195(2)425(1)502(2)48(1)小客车(2)卡车和公共汽车最大高峰时间：17:00-18:00日期----地点----113762051720440579053060526120668017§2交通流参数交通流——道路上的行人或车辆所构成的行人流或车流的通称。一般情况下，交通流指机动车流（除特别声明）。交通流状态：稳态流动状态非稳态流动状态车辆在道路上行驶，依次鱼贯而行，很少受外界因素干扰。交通流参数：交通流量、速度和密集度（交通流三要素），以及车头时距、车头间距等18§2交通流参数交通流——道路上的行人或车辆所构成的行人流或车流的通称。一般情况下，交通流指机动车流（除特别声明）。交通流状态：稳态流动状态非稳态流动状态接近或超过道路通行能力时，交通流受阻，出现排队或等待。交通流参数：排队长度、等待（延误）时间等19交通流特性定性特征（畅通、拥堵）定量特征：交通流参数：交通流量、速度和密集度（交通流三要素），以及车头时距、车头间距、排队长度、等待（延误）时间等20一、交通流量流量——在单位时间内，通过道路某一点、某一断面或某一条车道的交通实体数（对于机动车流而言就是车辆数）。流量可通过定点调查直接获得，流量和车头时距的关系：式中：q——流量(veh／h)；T——观测时段长度；N——观测时段内的车辆数NqT21观测时段长度与车头时距的关系式中：hi——第i-1辆车与第i辆车的车头时距则流量与平均车头时距之间的关系1NiiTh11111NNiiiiNNqThhhN22小时流量与小时流率：小时流量（hourlyvolume）——指一小时内通过观测断面的实际交通量。小时流率（rateofflow）——通常是将某连续时间段（小于一小时）内的交通量扩大为一小时得到的交通量。小时流率是放大的相对小时流量，小时流率一般大于小时流量。23饱和流量定义：在一次连续的绿灯信号时间内，进口道上一列连续车队能通过进口道停止线的最大流量，单位：pcu/绿灯时间。123456789101112131415h16t1t2t3t4h——饱和车头时距（s）s——饱和流率=3600/h（辆/h/车道）ti——第i辆车启动损失时间l1——总启动损失时间=Niit1车头时距，h（s）队列中车辆序号24广州-深圳高速公路上的车头时距分布注：车道1为靠近中央分隔带的车道，车道数是从中央开始数向路侧，按升序排列0%10%20%30%40%50%05101520车头时距时间（s）概率（百分数）超车道行车道1行车道225二、速度1．地点速度(也称为即时速度、瞬时速度)地点速度u为车辆通过道路某一点时的速度，公式为车辆地点速度的近似值也可以通过小路段调查获得(通过相距一定距离的感应线圈来调查)。0limtdxxudtt262.时间平均车速与区间平均车速(1)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ui，这些点速度的算术平均值，即为该断面的时间平均车速，即:式中：—时间平均车速（km/h）；ui—第i辆车的地点车速（km/h）；N—单位时间内观测到车辆总数（辆）。11ntiiuuNtu27(2)区间平均速度：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（以后讲到速度如果不加说明即为区间平均速度）。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值：式中：—区间平均速度（km/h）；s—路段长度（km）；ti—第i辆车的行驶时间（h）；n—观测到的车辆数；vi—第i辆车行程车速（km/h）。niiniisvntnsV111111sV28(3)时间平均速度和区间平均速度的关系对于非连续交通流，例如含有信号控制交叉口的路段或严重拥挤的高速公路上，区分这两种平均速度尤为重要。而对于自由流，区分这两种平均速度意义不大。当道路上车辆的速度变化很大时，这两种平均速度的差别非常大。29有关研究人员曾用实际数据对式(2-14)进行回归分析，并得到两种平均速度的如下线性关系：1.021.890stuu30三、密集度占有率——车辆的时间密集度密度——车辆的空间密集度密集度31（一）占有率（occupancy）即车辆的时间密集度：在一定的观测时间T内，车辆通过检测器时所占用的时间与观测总时间的比值。第i辆车在检测器上花费的时间：iiildtu32占有率（occupancy）即车辆的时间密集度：在一定的观测时间T内，车辆通过检测器时所占用的时间与观测总时间的比值。11111ninniiiiiiilduldoTTuTu33[应用]基于流量—占有率模型的全感应控制Q-O（流量一占有率，Flow-Occupancy）曲线反映交通流的基本特性，如图所示，在O到O1段，随着车辆密度的增加，车速有所下降，但交通量将随密度增加而增加，此时交通流处于一个比较稳定的状态；当占有率大于O1后，随着密度增加，车速显著下降，此时交通量将随密度增加而减少，交通流处于不稳定状态，很容易发生交通拥堵。显然，O1为控制模式的转换点。根据经验和交通分析软件可得到不同交通状况下的最佳交通信号配时方案（5~7个方案），存入信号机中备选。34线圈安装位置Q—O关系曲线35因城市中各交叉口的几何尺寸不尽相同，其Q-O曲线也不相同，因此，需对每个交叉口分别建立Q-O模型。建模和控制过程如下：测出若干组15min的车流量Q和占有率O数据，采用曲线拟合的方法建立Q-O模型。过去15min的车流量Q和占有率O己测出，分5~7段确定相应的最佳方案。36(二)密度交通密度k——车辆的空间密集度，即：密度只能通过沿路段长度调查法即根据航拍照片来获得：根据图上量得的距离和车辆数计算得出。NkL车辆数观测路段长度航拍图，J.Treiterer，1975年37若记si为第i辆车与前车的车头间距，则：hi——第i辆车与前车(第i-1)的车头时距ui——第i辆车的车速则平均密度：11iiiikshu11111111NNNiiiiiiNkkssNNk或，38§3交通流参数的统计分布描述车辆到达随机性分布规律的方法：①概率论：描述可数事件统计特性的离散性分布，考察在一段固定长度的时间或距离内到达某场所的交通数量的波动性；②以连续型分布为工具：研究车辆间隔时间、车速、可穿越空档等交通流参数的统计分布特性。39式中：P(x)—在计数间隔t内到达x辆车的概率λ—单位间隔的平均到达率t—每个计数间隔时间（或路段长度）；若令m=λt为在计数间隔t内平均到达的车辆数，则：()(),0,1,2,!xttePxxx!)(xemxPmx一、离散型分布在一定时间间隔内到达的车辆数或在一定路段上分布的车辆数是随机数，可使用离散型分布描述。1.泊松分布1)基本公式40到达数小于k辆车的概率到达数小于或等于k的概率到达数大于k的概率到达数至少是l但不超过n的概率10!)(kimiiemkxPkimiiemkxP0!)(kimiiemkxPkxP0!1)(1)(nlimiiemnxlP!)(41用泊松分布拟合观测数据时，参数m：式中：g—观测数据的分