第四章-高速公路路段通行能力分析

第四章高速公路路段通行能力分析一、概述二、实际运行状况通行能力分析三、规划和设计阶段通行能力分析四、计算示例第一节概述一、研究目的和意义高速公路是在设计年限内能适应年平均昼夜交通量25000~55000pcu/d的高等级公路。高速公路一般符合下列4个条件：1、只供汽车高速行驶；2、设有多车道、中央分隔带，将往返交通完全隔开；3、设有平面、立体交叉口；4、全线封闭，出入口控制，只准汽车在规定的一些立体交叉口进出公路。通行能力分析的作用：确定新建或扩建交通设施的车道宽和车道数，评价交通设施改建后的运行特性和服务水平，确定需要改造的交通设施和道路。二、高速公路基本路段高速公路分为基本路段、交织区和匝道（包括匝道连接点）三个部分，其中高速公路基本路段是指不受匝道附近的合流、分流以及交织流影响的高速公路路段，是高速公路系统的重要组成部分。1.基本路段的标准条件设计速度120km/h地形平原微丘路面宽度2×7.5m左侧路缘带宽度0.75m右侧路肩宽度2.75行政等级干线公路平整度对速度无影响交通秩序和交通管理好2.标准化交通条件（理想条件）通常以车头时距作为基础来计算流量的：(4-1)式中,F—流率（veh/h/ln或veh/h）Hav—平均车头时距（s/veh）在实测交通流中可以观测到4种车头时距，即：P—P：小客车跟随小客车；P—T:小客车跟随大客车；T—P:大客车跟随小客车；T—T:大客车跟随大客车。avHF3600标准化交通流的计算，可利用小客车的速度作为车流速度，用车辆折算系数计算某时间间隔内的标准车数量：PC＝ΣPCEi×Ni车流密度：Dp=Fp/SpFp－－标准车流率（pcu/h/ln或pcu/h）Sp－－小客车平均速度（km/h）Dp－－车流密度（pcu/km/ln）第二节实际运行状况通行能力分析一、基础数据调查与分析1.调查地点选择高速公路基本路段的数据采集点可分为三类：（1）理想条件的路段。选择的主要标准是高速公路的横断面形式和交通组成。（2）通行能力修正路段。主要考虑的影响因素包括行车道宽度、自由流速度和交通组成。（3）修正方法的验证路段注意事项：1、为了进行观测路段平均速度，所选观测路段不宜短于2km。2、观测点的位置应避免选在有车辆进出的地方，以保证交通流数据的正常。3、由于观测仪器对驾驶员的正常驾驶也会造成影响，所以仪器的安放问题在观测点选择时应该一并考虑。4、总而言之，所选观测点的交通流是正常流，其性质不应被外界所干扰（或少干扰）。5、观测地点应在平坡直线路段，远离匝道和交叉口，并不受交叉口停车、车辆加减速、换车道的影响，所选的观测点应在图4-2标示的区间外。图4-2高速公路匝道及交织区示意图2.观测方法单面观测法区段观测法3.数据样本要求需要观测的车速样本量由式（2-1）估算：σ—计算观测车速样本数量标准差，两车道8.5km/h，四车道取6.8km/h,六车道取5.2km/h;（双方向）E—计算车速允许误差，取决于平均车速的精度要求，一般为1.5~2km/h。c－满足期望置信水平对应的常数，表4-32cnE4.资料和整理和分析（1）断面观测数据处理方法单车信息：包括车辆通过的车道号、通过时间、车头时距、地点速度、车型、轴数和各轴间的轴距。统计速度信息：地点速度，自由流车辆和全部车辆的速度分布，自由流车辆是指车头时距大于8s的车辆。Vi—时间平均速度（km/h）VS—区间平均速（km/h）NiitVNV11NiiSVNV1111统计流量信息：统计各时间段内各车型的数量、平均速度、平均密度，用于计算宏观车辆系数和建立交通流统计分析模型。统计车头时距：从0~200km/h将车辆速度按5km/h的步长划分为40个区间段，统计各速度区间内各车型的车头时距均值，用于车辆折算系数。（2）区间观测数据处理方法验证修正系数的正确性。统计各车型的区间速度。二、实际条件下通行能力的计算1.基本通行能力又称理论通行能力，是指在一定时间段（取15min或1h）和理想的道路、交通及管制条件下，一条车道的一个断面所容许通过的最大持续交通流。(4-11)tCB3600高速公路的基本通行能力CB和设计速度高低有关系：设计速度120km/h－－100km/h－－80km/h－－60km/h－－基本路段的CB2200pcu/h/ln2200pcu/h/ln2000pcu/h/ln1800pcu/h/ln。2.实际条件下的通行能力C=CB×fCW×fSW×fHV式中：C-------实际条件下的通行能力（pcu/h）;CB------基本通行能力（pcu/h）;fCW------行车道宽度修正系数；fSW---侧向净空修正系数。fHV---交通组成修正系数。3.影响高速公路CB的因素及其修正系数（1）行车道宽度对通行能力的修正系数当车道宽度达到某一数值时其通过量能达到理论上的最大值，当车道宽度小于该值时，则通行能力降低。P51表4-4高速公路行车道宽度修正系数（2）侧向净空影响包括左侧路缘带宽度和右侧路肩宽度的影响，当两者宽度小于某一数值时会使驾驶员感到不安全，从而降速、偏离车道线、使旁侧车道利用率降低P51表4-5侧向净空的修正系数（3）交通组成对通行能力的修正系数大型车和中型车公式（2-6）4、分析步骤（1）确定路段基本数据划分高速公路路段将高速公路沿其长度方向划分为具有相似特征的若干路段，然后分别对每个路段进行通行能力分析。每个分析路段的交通运行状况都不能受立交出入的影响，且整个分析路段的交通特征和车行道特征都必须是一致的。记录和整理道路的几何特征参数总的地形类别平原地形，丘陵地形，山岭地形，根据表4-1平曲线半径和纵坡坡度（％）来确定路段所属的地形类别。确定设计小时交通量和车辆折算系数DDHV=AADT×HTF×DDDHV－单向设计小时交通量（pcu/h）Directionaldesign-hourvolumeThetrafficvolumeforthedesignhourinthepeakdirectionofflow,invehiclesperhour.AADT－分析年份的平均日交通量（pcu/h）AnnualaveragedailytrafficThetotalvolumeoftrafficpassingapointorsegmentofahighwayfacilityinbothdirectionsforoneyeardividedbythenumberofdaysintheyear.HTF－小时交通系数，即设计小时交通量与年平均日交通量之比值（默认为0.09）Design-hourfactor(K-factor)Theproportionofthe24-hvolumethatoccursduringthedesignhour.（HCM）D－方向分布系数DirectionalsplitThedirectionaldistributionofhourlyvolumeonahighway,expressedinpercentages.表4-5高速公路车辆折算系数（2）.查出（计算）各修正系数，计算实际通行能力C＝CB×fHV×fSW×fCWfHVfSWfCW（3）.确定区间速度、运行时间和服务水平等级LOS（4）.分析当地不同于理想的条件因素，调整和分析说明。三、路段交通运行状况分析主要是评价已有高速公路在特定的道路、交通条件下的通行能力和交通运行状况。1.交通流饱和度的确定不同方向单车道的流量Q,与通行能力C比值：Q/C2.实际运行速度的确定选择曲线－交通流量Q－实际运行速度3.路段服务水平衡量高速公路服务水平的主要指标:车流密度、平均运行速度、交通流状态（V/C比）和最大服务流MSV.120km/h100km/h80km/h60km/h第三节规划和设计阶段通行能力分析目的是确定公路设施的几何线形，在设计、规划阶段，计算在特定的运行状况条件下，承担给定交通量所需要的公路设施几何参数，如车道数、行车道宽度等，并预测其它一些设计要素（如预留中央分隔带、调整路肩宽度、设置爬坡车道）对通行能力和运行特性的影响。资料仅有规划年的年平均日交通量（AADT）。一、分析步骤1.路段基本资料（1）选定设计标准；（2）预测远景设计年限的年平均日交流量AADT；（3）定出交通特征，包括交通组成及驾驶员条件；（4）确定采用的服务水平及V/C的比值；（5）定出所有修正系数和车辆换算系数。2.分析步骤（1）计算单向设计小时交通量DDHVDDHV=AADT×HTF×D(4-14)（2）计算高速公路每一方向所需车道数N交通工程手册：N＝DDHV/(CB×(V/C)i×fCW×fSW×fHV)教材：N＝DDHV/(SFL×PHF)说明：考虑特定上坡路段的设计小时交通量超过其路段设计通行能力时，需考虑设置爬坡车道。还要进行运行分析一边对服务水平作出比较。（3）预测特定条件下路段的通行能力C=CB×fCW×fSW×fHV主要是确定特定条件下的修正系数（4）评价交通运行状况二、确定路段基本通行能力的分析方法1.基于流量—车道占用率模型的通行能力分析方法,1.以Greenshieds速度—密度线性模型为基础：(4-18)(4-19)2.再对观测数据进行模型拟合（回归分析）3.进行极大值求解，得到通行能力CbaKVbKaKbaKKKVQ2)(2.基于交通流统计分析模型的通行能力分析根据自由流速度进行分类速度－密度散点进行曲线拟合/参数标定进一步的处理：内插、外推3.基于突变理论的通行能力分析（课外阅读）课堂阅读第四节计算示例课后练习习题1、21.根据实际情况，确定各修正系数2.确定单向实际交通量（或指定的交通量）V，或定向设计小时交通量DDHV3.计算V/C或V/C＝DDHV/(CB×fHV×fSW×fCW）5.确定对应的服务水平LOS6.分析说明（其他影响因素）实际通行能力分析步骤：•设计阶段的服务水平分析时应用DDHV1.所需资料：①选定设计标准（各修正系数）②远景设计年限的AADT③交通组成④确定设计采用的LOS以及（V/C）i2.计算分析①确定各修正参数值②DDHV＝AADT×HTF×D③车道数N＝DDHV/(CB×(V/C)i×fHV×fSW×fCW）分析、取整3.分析说明（其他影响因素）设计通行能力分析步骤：•双车道公路不考虑方向和车道数：CD＝CB×(V/C)i×fHV×fDIR×fCW×fFRIC公路设计采用的水平等级高速公路各部分均采用二级服务水平；但在不得已的情况下，匝道－主线连接处及交织区可降低要求采用三级服务水平；多车道公路路段在平原微丘地形采用二级服务水平，在重丘山岭地形采用三级服务水平；汽车双车道公路路段采用三级服务水平；混合交通的双车道公路采用三级服务水平。