道路通行能力复习资料六至十章PPT课件

1、 殊形式。 (6-4) min 3600 h C min 3.6 Oveh sLL ht v HVW fCCC 理论实际 111 1 MHVMHVHVHV HV EPEP f ， （5）匝道的类型（驶入匝道还是驶出匝道，连接处 的车道数）。 750 1BC 其中79 是根据图6-15 查得。 因此： V1B340+360+5931293 veh/h 第七章 收费站通行能力 由NordriDesign提供 道路通行能力道路通行能力 7.1 7.1 概述 公路建设是耗资巨大的基础设施项目，只靠政府的投入是远 远不够的，公路收费不仅是回收建设投资的手段，而且也有利于交 通设施的日常经营及维修养护，随

2、着越来越多的收费高速公路及其 它一些收费公路的建设，收费站的规划设计对公路上交通运行的影 响越来越得到了人们的重视。 目前世界上10万多km的高速公路中大约有25是用征收通行费 偿还贷款的方法建成的，许多国家都取得了这方面的成功经验。我 国在改革开放以前将近40年的时间在公路建设方面的投资很少，国 家主干线公路的基本建设主要依赖国家的投资，因此公路建设缓慢， 公路等级偏低。 改革开放以来，实行了集资、分级管理体制建设公路。在筹资 方面，除贷款方式外，还引进了BOT模式、发行公路债券、股票等形 式，公路收费必然成为公路建成后偿还资金的重要手段。 7.1 7.1 概述 影响高速公路建造成本的因素有

3、很多，包括以下几个方面： （1）公路等级，如高速公路和一级公路； （2）不同的车道数，如六车道和八车道； （3）地形方面，如平原、山陵、重丘； （4）不同的设计标准，如最高车速按照100公里/小时与按照120公里/小时设计； （5）建筑材料，如水泥路面和沥青路面； （6）征地拆迁成本，如在经济水平较高地区和较低地区。 深圳市的高速公路基本上都在山岭重丘区，每公里在三千万到八千万之间。 7.1 7.1 概述 我国高速公路投资主体 在我国目前实行的高速公路建设投、融资体系中，来自商业银行和政策性银行的贷款占了很大比重， 为6O 7O ，中央财政投入为6 7，外资和民间资金仅占5 %左右，再加上其他

4、省、市地方政府的 投入，构成我国高速公路建设的四大资金来源。 7.1 7.1 概述 国外高速公路建设资金来源 大多数发达国家把公路使用者税收作为公路建设资金的主要来源， 尤其是作为国道和干线公路的主要资金来源。从国外公路税收实践来 看，公路使用者税收大致可分为： 燃油(汽、柴油)税及汽车轮胎、配件材料与损耗品的消费税； 汽车购置税； 车辆使用税，包括车辆登记、牌照及汽车驾驶员执照税等。 这些税种中，燃油税的比重最大，一般占60%-80%。 7.1 7.1 概述 高速公路建设投资主体多元化形式 高速公路建设，投入资金大、建设周期长，往往需要 34年时间才能完成一条(段)高速公路的建设。一般情 况

5、下，一条高速公路收回建设成本需要2025年时间。 国外发达国家在建设资金短缺的情况下，也采用BOT融 资模式，把投资效益较好的项目拿来招商引资，加快高 速公路的发展，同时为外资或社会资本提供一个风险小、 有稳定回报的投资项目，政府则把有限的资金投入到效 益较差或没有效益的地方，由政府全额投资修建。 高速公路转让经营期限，在坚持以投资预测回收期加上 合理盈利期为基准的原则上确立，最多不超过25年。 7.1 7.1 概述 收费站是指为收取对通行车辆规定的通行费用的设施，通常由收费广 场、收费车道、收费岛、收费亭、地下通道、收费遮棚、收费监控楼和其它一 些配套设施构成。 高速公路收费站是公路交通流的

6、瓶颈， 研究表明， 车辆在高速公路上 的延误时间中有36%是由于停车收费而造成的。因此研究收费站的通行能力、 优化高速公路收费站设置是解决道路通畅的重要途径之一。 7.1 7.1 概述 （1）收费站的大小和收费车道的多少对建设时期的 土建投资以及运营时的收费人员的配置具有决定性的 影响。 （2）我国目前常用的收费方式仍需要通行的车辆停 下来缴费，这样会对自由交通流产生很大的影响，造 成相应的延误。 （3）收费广场的规划、设计与运营管理必须配合主 线、匝道交通量，应整体考虑，尽量避免形成交通 “瓶颈”，所以收费广场的通行能力为收费公路的规 划、设计与营运管理提供了重要的基本数据。 7.1 7.1

7、 概述 7.1 7.1 概述 7.1 7.1 概述 收费站组成示意图 7.1 7.1 概述 收费广场 设置于收费岛前后，功能在于供车辆加减速通过缓冲过度和等待缴费。广场的线形设计必须能使车辆顺 利进入任何车道，应有足够的车辆等候缴费空间以及车辆行使回正常车道的汇合空间。 7.1 7.1 概述 收费广场不得成为安全方面的障碍。收费广场车辆行驶范围内，除收费岛及前方的缓 冲物外不应出现任何障碍。 收费广场要有足够的收费车道数和停车空间供高峰期使用。 收费广场设置在平坦且直的路段上，设计要留有扩展余地。 收费广场必须铺设水泥混凝土刚性路面，路面厚度为25-30cm。 收费岛 收费岛应有足够的长度,

8、一便于安装收费亭、车道栏杆(电动、手动)和闭路 电视等设备, 二使车辆进入收费通道后, 能迫使车辆摆顺以利于交费, 并预防 及减少在收费通道发生的事故。 收费岛长度、宽度、高度。 收费岛要求涂立面标记，在多雾地区还应在岛头设置雾灯，并可设置必要的 引导标志及防撞设施。 7.1 概述 7.1 7.1 概述 收费岛宽度 收费方式 主线收费站匝道收费站严寒地区或特殊情况 标准值一般值标准值一般值标准值一般值 宽度（m）2.02.0-2.42.22.5-2.72.02.0-2.7 收费通道 国内外收费通道的宽度在2.8m3.3m之间。我国早期采用3.0m较普遍 。 但由于我国重车比例偏大, 车辆载货超

9、宽等原因, 在收费站侧刮收费亭的现象经常发生, 现阶段将其宽 度改为3.2m后, 情况有了很大改观。右侧最外侧通道原多采用4.0m, 近期由于大型特殊车辆逐步增加, 现多逐步采用4.5m,在北方严寒积雪较为严重的地区应采用4.5m。 在收费通道范围内的路面应采用混凝土路面结构，如因结构等方面的原因需设置一定的受力钢筋，也 应尽可能布置在路面以下5cm的深度范围，以保证在收费通道上安装环形线圈车辆检测器等设备。 收费车道宽度设置。 7.1 概述 7.1 7.1 概述 收费车道宽度 收费亭 收费亭其内设有收费计算机、柜台、操作台，并供收费人员进行收费作业与休息之用。收费亭表面可 标有各车种通行费用

10、等标志，以方便驾驶员使用。 7.1 概述 7.1 7.1 概述 收费站的设置 国道主干线上每个收费站覆盖的距离不得小于60 km。 收费站宜设在直线段上，避免设置于凹型竖曲线最低处，不宜设于转 弯半径过小、坡度过大之处，也力求避免设置于天气变化无常的地区。 设置收费站时应考虑对主线及地区交通的影响，避免在交通堵塞地点 设置收费站。 S 是渐变段宽度, L 是渐变段的长度。 7.1 7.1 概述 收费站总长度：2*（L0+L） 收费站宽度：车道宽度+收费岛宽度+两侧安全宽度 0.75m-1m 收费车道的数量直接影响到整个收费广场的建设规模，所 以在选择各种参数应该十分慎重。必要时选择几组参数反复

11、测 算，并进一步与本地区实际应用的情况相比较后在确定。 一、收费站分类 7.1 7.1 概述 设立的位置 主线收费站 匝道收费站 收费制式 均一式 开放式 封闭式 混合式（主线/匝道栏栅式） 收费方式 停车人工收费 停车半自动收费 停车自动收费 不停车自动收费(ETC) （收取道路通行费的位置） 主线收费站 匝道收费站 7.17.1.1.1收费站分类 均一式 各个匝道出入口和主线两端出入口 用路者不论行驶里程多少，仅需经过一个收费站缴费 收费标准根据车型一个因素确定，与行驶里程无关，而且各个收费站都取同一收费标准 适用在公路里程比较短的高速公路上。如：适合于城市高速公路和短途城市间的高速公路

12、7.17.1.1.1收费站分类 开放式 建在高速公路主线上，各个匝道出入口不再设收费站 每个收费站的收费标准和均一式一样仅根据车型不同而变化，但各收费站的收费标准则因控制距离不 等而有所区别 车辆可以自由进出，不受控制，高速公路对外呈“开放”状态 适用在里程较短或互通立交稀少的高速公路以及收费桥梁、隧道和非封闭的道路。 7.17.1.1.1收费站分类 封闭式 建在高速公路的所有出入口处，高速公路对外界呈“封闭”状态 互通立交出入口收费站建在出入匝道上 入口领券，出口缴费，根据车型和行驶里程两个因素计价收费 目前封闭式收费系统也有采取“入口收费，出口验票”办法的。该方法可防止因某种原因在使用完收

13、 费公路后驾驶员闯卡不缴费的现象，也在一定程度上防止了收费人员贪污作弊问题的产生，适合于全 人工的收费系统。 适用在道路里程较长，互通立交较多，以及车辆的行驶里程差距较大的封闭式道路 7.17.1.1.1收费站分类 混合式（主线/匝道栏栅式） 在开放式收费公路的上（或下）匝道上增设收费站，通过每个收费站均收取固定的通行费 主线与匝道收费标准可能不同，且为了避免驾驶员在过短距离内在主线及匝道收费站连续缴费，距主 线收费站上（下）游一定范围内的入（或出）口匝道，不再设收费站 适用在距离长、互通立交间距大、长途行驶车辆较多的道路 7.17.1.1.1收费站分类 7.17.1.1.1收费站分类 目前我

14、国公路收费站中常见的是停车人工收费和停车半自动收费，收费方式为交费找零、入口领卡或出口 验票的收费站。 二、车型分类及车辆折算系数 车辆分类的主要目标就是要保证车类间收费的公平性，以体现出费用 责任意义上的公平性和所得效益上的公平。 车型分类的标准主要是依据不同车辆行驶对收费道路路面的破坏程度、 对道路建设投资的影响、对收费公路通行能力的影响程度以及车辆行 驶收费道路所获得的效益情况。 车辆分类越细，则收费越趋合理，有利于吸引交通量。但过细的分类 反而会增大工作量。 7.17.1.2 .2 车型分类及车辆折算系数 核定收费标准的时候有取整的余地，避免找零 7.17.1.2 .2 车型分类及车辆

15、折算系数 7.17.1.2 .2 车型分类及车辆折算系数 7.17.1.2 .2 车型分类及车辆折算系数 为了简化分析计算的工作量，同时，又为了体现不同车型的车辆经过收费站的行为特性的差异，所采 用的分类原则是各车型的外形尺寸、动力性能、轴数等。 7.17.1.2 .2 车型分类及车辆折算系数 注：通过收费车道小时流量较小时，采用表中第一列数值； 通过收费车道流量适中时，采用表中第二列数值； 通过收费车道小时流量较大时，采用表中第三列数值。 三、收费站服务水平分级标准 （1）服务水平指标 一般评价收费站服务水平等级的标准有：收费时间、排队长度、 车辆在收费站的延误时间。 收费时间与收费制式、收

16、费设备以及收费人员的素质有关。对于特定的收费制式下的收费站其收费时 间几乎是一个固定的值。 收费站的平均排队长度是描述收费站内各种收费车道等待接受服务的平均车辆数。在收费站，排队车 辆数是比较容易获得的数据，并且排队车辆数指标可操作性也比较强。 延误时间的长短直接反映车辆在经过收费站时其交通条件的好坏。 在公路收费站通行能力研究中，服务水平采用车辆通过收费站的延误 和服务通行能力来衡量。 7.17.1.3 .3 收费站服务水平分级标准 （2）分级标准 一级服务水平：收费站内几乎没有形成排队，大部分车辆不用经过排队 就可以直接进入收费车道接受服务感觉较为舒适和方便。 二级服务水平：收费站内已经形

17、成排队，但是排队长度较短，大部分车 辆需要等待2到3个收费周期才能通过收费站，驾驶员和乘客能感觉到 等待，但是时间较短，驾驶员和乘客可以理解和接受。 三级服务水平：收费站内排队长度较长，排队车辆较多，几乎所有车辆 需要等待较长的时间才能通过收费站，部分驾驶员和乘客开始抱怨。 四级服务水平：收费站内形成很长的排队，所有的车辆必须等待较长的 时间才能够通过收费站，大部分驾驶员和乘客不能忍受这种长时间的等 待。 7.17.1.3 .3 收费站服务水平分级标准 7.17.1.3 .3 收费站服务水平分级标准 7.7.1.41.4 收费站车辆排队理论 最早应用于交通流理论的数学方法是概率论， 其后又相继

18、出现了跟驶理论、交通波理论（流体动 力学模拟）和车辆排队理论。 在收费站通行能力研究中，主要采用排队论。 随机到达收费站（广场）的车辆，排队后通过收费 站的过程，就是数理统计中的排队论问题。排队论 也称随机服务系统理论，是研究排队现象的一门科 学。相继到达并按一定规则排队等候服务的车辆， 正在收费车道接受服务的车辆和收费设施一起组成 一个“车辆收费排队系统”。 排队论(Queuing Theory)(Queuing Theory)，又称随机 服务系统理论(Random Service System (Random Service System Theory),Theory),是一门研究拥挤现象

19、( (排队、等 待) )的科学。具体地说，它是在研究各种 排队系统概率规律性的基础上，解决相应 排队系统的最优设计和最优控制问题。 7.1.4 收费站车辆排队理论 排队论是1909年由丹麦工程师爱尔朗 (A.KErlang)在研究电话系统时创立的， 几十年来排队论的应用领域越来越广泛，理 论也日渐完善。特别是自二十世纪60年代以 来，由于计算机的飞速发展，更为排队论的 应用开拓了宽阔的前景。 7.1.4 收费站车辆排队理论 不同的顾客与服务组成了各式各样的服务系不同的顾客与服务组成了各式各样的服务系 统。顾客为了得到某种服务而到达系统、若不能统。顾客为了得到某种服务而到达系统、若不能 立即获得

20、服务而又允许排队等待，则加入等待队立即获得服务而又允许排队等待，则加入等待队 伍，待获得服务后离开系统，见图伍，待获得服务后离开系统，见图1 1至图至图5 5。 图图1 1 单服务台排队系统单服务台排队系统 一、排队系统描述 图2 单队列S个服务台并联的排队系统 图3 S个队列S个服务台的并联排队系统 一、排队系统描述 图4 单队多个服务台的串联排队系统 图5 多队多服务台混联、网络系统 一、排队系统描述 图图6 6 随机服务系统随机服务系统 一般的排队系统，都可由下面图6加以描述。 一、排队系统描述 二、排队系统的基本组成部分 通常，排队系统都有输入过程、服务规则和服务台等3 3个组成部分：

21、 1 1输入过程这是指要求服务的顾客是按怎样的规律到达排队系统的过程，有时也把它称为顾客流一 般可以从3 3个方面来描述个输入过程。 (1)顾客总体数(又称顾客源、输入源)。这是指顾客的来源。顾客源可以是有限的，也可以是无 限的。例如，到售票处购票的顾客总数可以认为是无限的，而某个工厂因故障待修的机床则 是有限的。 (2)(2)顾客到达方式。描述顾客是怎样来到系统的，他们是单个到达，还是成批到达。病人到医院 看病是顾客单个到达的例子。在库存问题中如将生产器材进货或产品入库看作是顾客，那么 这种顾客则是成批到达的。 二、排队系统的基本组成部分 (3)(3)顾客流的概率分布，或称相继顾客到达的时间

22、间隔的分布。这是求解排队系统有关运行指标问题时， 首先需要确定的指标。这也可以理解为在一定的时间间隔内到达K K个顾客( (K K=1=1、2 2、) )的概率是多大。 顾客流的概率分布一般有定长分布、二项分布、泊松流( (最简单流) )、爱尔朗分布等若干种。 二、排队系统的基本组成部分 泊松输入 泊松输入的密度函数为： |顾客随机到达的时距规律服从泊松分布。 定长输入 顾客到达的时间间隔都是一定的同一常数的。如流水线上装配件，定期运行的班车 等，记为D。 爱尔朗输入 对串联排列的k个服务台，每台服务时间互相独立，服从相同的负指数分布（参 数ku），那么一个顾客走完这k个服务台总共所需时间应服

23、从爱尔朗分布。 二、排队系统的基本组成部分 二、排队系统的基本组成部分 2. 2.排队规则。这是指服务台从队列中选取顾客进行服务 的顺序。一般可以分为损失制、等待制和混合制等3 3大类。 等待制 顾客等待时，如所有服务台均被占用，顾客便排队等候服务，称为等待制。例如汽 车在通过信号灯时，若遇到红灯，汽车就在停车线后排队等候。 损失制 顾客等待时，如所有服务台均被占用，顾客就随即离去，这样便失去许多顾客，故 称为损失制。如打电话时遇到占线时，用户便搁置而去。 混合制 这种机制介于损失制与等待制之间。包括两种情况： 二、排队系统的基本组成部分 a） 排队长度有限制的服务系统。即当顾客到达时，若服务

24、台都被占着，则顾客排队等候服务，但如果排队 位置已满，顾客就离去。例如，汽车去停车场停放车辆，当停车场无空位时就离去。 b） 当顾客到达时，如果服务台都被占着，则顾客排队等候服务，当顾客等了一段时间以后，仍未能得到 服务，顾客就离开。例如，药品、电子元件等的过期失效均属于这一类系统。 二、排队系统的基本组成部分 对等待制和混合制排队规则又可以分为以下几种类型： 1 1）先到先服务。按顾客到达的先后顺序对顾客进行服务，这是最普遍的情形。 2 2）后到先服务。仓库中迭放的钢材，后迭放上去的都先被领走，就属于这种情 况。 3 3）随机服务。即当服务台空闲时，不按照排队序列而随意指定某个顾客去接受 服

25、务，如电话交换台接通呼叫电话就是一例。 4 4）优先权服务。如老人、儿童先进车站；危重病员先就诊；遇到重要数据需要 处理计算机立即中断其他数据的处理等，均属于此种服务规则。 3 3服务方式 指同一时刻的服务设施数和为顾客提供服务的时间长度。服务设施可以是 一个和多个，多个服务设施的排列可以是平行的，也可以是混合的。收费站服 务设施一般为多个，每次是单个服务。 通常服务时间服从一定的概率分布，常见的有： 二、排队系统的基本组成部分 二、排队系统的基本组成部分 定长分布： 对顾客的服务时间都是相等的同一常数值，记为D。 服务时间的一般分布： 对顾客的服务时间是任意分布，记为G。 二、排队系统的基本

26、组成部分 三、排队系统的描述符号与分类 为了区别各种排队系统，根据输入过程、排队规则和服务机制的变化对排队模型进行描述或分类， DGKendall提出了一种目前在排队论中被广泛采用的“Kendall记号”，完整的表达方式通常用到6个 符号并取如下固定格式： A A/B/C/D/E/F/B/C/D/E/F 各符号的意义为： （1）A表示顾客相继到达间隔时间分布，常用下列符号： M表示到达过程为泊松过程或负指数分布； D表示定长输入； Ek表示k阶爱尔朗分布； G表示一般相互独立的随机分布。 三、排队系统的描述符号与分类 （2）B表示服务时间分布，所用符号与表示 顾客到达间隔时间分布相同。 M表示

27、服务过程为泊松过程或负指数分布； D表示定长分布； Ek表示k阶爱尔朗分布； G表示一般相互独立的随机分布。 三、排队系统的描述符号与分类 三、排队系统的描述符号与分类 （3）C表示服务台(员)个数： “1”则表示单个服务台，“s”(s1)表示多个服务台。 （4）D表示系统中顾客容量限额，或称等待空间容量； 如系统有K个等待位子，则 0K，当 K=s 时，说明系统不允许等待，即 为损失制。K= 时为等待制系统，此时一般省略不写。 （5）E表示顾客源限额，分有限与无限两种，表示顾客源无限，此时一般也可省 略不写。 （6）F表示服务规则，常用下列符号： FCFS：表示先到先服务； LCFS：表示后

28、到先服务； PR：表示优先权服务。 例如：某排队问题为 MMSFCFS 则表示顾客到达间隔时间为负指数分布(泊松流)；服务时间为负指数 分布；有s(s1)个服务台；系统等待空间容量无限(等待制)；顾客源无 限，采用先到先服务规则。 可简记为： M/M/s 三、排队系统的描述符号与分 类 某些情况下，排队问题仅用上述表达形式中的前3个、4个、5个符号。 如不特别说明则3个符号表示的排队系统理解为系统等待空间容量无限；顾客 源无限，先到先服务，单个服务的等待制系统。 三、排队系统的描述符号与分类 四、排队系统的主要运行指标 （1）收费系统通常依据的指标主要有排队长度、队长、排队时间与停留时间。 四

29、、排队系统的主要运行指标 L L队长，稳态系统任一时刻的顾客数的期望值； LqLq 排队长度，稳态系统任一时刻等待服务的顾客数期望值； W W停留时间，在任意时刻进入稳态系统的顾客逗留时间期望值； WqWq 排队时间，在任意时刻进入稳态系统的顾客等待时间期望值。 这四项主要性能指标(又称主要工作指标)的值越小，说明系统排队越少，等待时间越少，因而系统性 能越好。显然，它们是顾客与服务系统的管理者都很关注的。 (2)(2)其他常用数量指标 s s 系统中并联服务台的数目； 平均到达率； 1/1/ 平均到达间隔。 平均服务率； 1/1/ 平均服务时间。 服务强度，即每个服务台单位时间内的平均服务时

30、间； 一般有 s ； 四、排队系统的主要运行指 标 四、排队系统的主要运行指标 令表示单位时间内平均到达的车辆数，表示单位时间内被服务离去的平均车辆数。那 么1/则表示相邻两辆车的到达的平均时间间隔，1/表示对每个车辆的平均服务时间。 由此可以得到以下关系： 平均队长 平均排队长 平均逗留时间 四、排队系统的主要运行指标 四、排队系统的主要运行指标 7.7.1.51.5 收费站交通特性 车辆进入和离开收费站的过程可以描述为：车辆从主线路段或匝道接近收费站，进 入收费广场时车辆减速，寻找排队长度较短的或没有排队的收费车道来交款和领票。如 果所选择的收费车道上有排队等候的车辆，那么就在队尾排队等候

31、服务，接受完服务后， 加速离开收费广场进入主线或匝道。 根据以上描述，相继到达并按一定的排队规则等候服务的车辆，正在收费车道 接受服务的车辆和收费设施一起组成了一个“车辆收费排队系统”。 一般情况下，减速进入收费广场和加速离开收费广场仅与车辆的加减速性能有 关，与收费站提供的服务关系不大。而排队等候过程和接受服务过程与收费站提供的服 务密切相关。研究服务时间和离去时间是进行延误分析和通行能力分析的关键。 7.7.1.51.5 收费站交通特性 1、 车辆到达特性 在进行排队分析的工作中，车辆到达特性是其中一项非常重要的参数。在没有交通事故发生的情况下， 主线上的车辆都会按正常情况到达主线收费广场

32、，于是主线收费广场的车辆到达特性与上游路段的车 辆到达特性是一致的，因此，可以通过研究收费广场上游路段的车头时距特性来描述收费站的车辆到 达特性。 7.7.1.51.5 收费站交通特性 2、 收费时间统计特性 不同的收费方式、不同的收费设施、不同的收费员、不同的车辆其收费时间都是不同的，所有这些 不同都可以归结为收费时间的不同，即车辆的服务时间与车辆的离开时间之和。 服务时间 目前，我国的公路收费以人工收费为主，所以这里只讨论人工收费找零的服务时间分布。 根据调查，一般情况下车辆领卡或领验票的服务时间服从正态分布，而交费找零服务中包括两种 服务动作：其一是无找零的收费动作，这种服务基本符合正态

33、分布；其二是找零服务，服务时间 不满足正态分布，因此收费站的服务时间是比较复杂的。 7.7.1.51.5 收费站交通特性 离开时间 车辆离开时间为车辆驶离收费站，后面的车到达并停驶为止。这样定义的主要原因是保证时间定义的 连续性，简化分析工作。根据定义，不同车型的离开时间差异是明显的。 7.7.1.51.5 收费站交通特性 3、车辆延误分析 车辆通过收费站的延误时间是进行收费站服务水平研究的重要依据之一。当车辆通过收费站时，其 延误主要包括以下几个部分： 车辆进入收费站的减速时间 车辆在收费站的平均逗留时间 7.7.1.51.5 收费站交通特性 车辆驶离收费站的加速时间 7.7.1.51.5

34、收费站交通特性 7.7.1.51.5 收费站交通特性 公式中m的确定与收费站的车种组成比例有关，可以根据实测数据确定。其确定方法如下： 假设根据观测，某收费站的车种比例为特大型车占k1，大中型车占k2，小型车占k3（这里只是按长度 将车辆分为三种，亦可细分），特大型车的平均长度为b1（m/veh），大中型车的平均长度为b2 （m/veh），小型车的平均长度为b3（m/veh），则： 7.7.1.51.5 收费站交通特性 此时，车辆的延误为： 根据实测值，可以利用以上公式计算延误d，然后通过延误确定收费站的服务水平等级。 7.7.1.51.5 收费站交通特性 实测法确定车辆延误时间 通过调查车辆

35、通过收费站上下游两个观测断面的时间差来获得 计算没有收费站影响的情况下，各类车辆在同样的交通量下通过这断距离所需的理论实践。 调查各种车型的车辆通过收费站上下游两个观测断面之间的距离所花的实际时间。 利用实际时间减去理论时间得到各种车型的平均延误时间。 7.7.2 2 收费站通行能力分析 收费站的通行能力是指特定的道路、交通条件下，合情合理地通过收费站的最大交通量，通常以辆小客车 /h/车道。 7.7.2 2 收费站通行能力分析 根据实测数据，可以得到下表所示的不同类型收费站中收费车道的理想通行能力。 7.7.2 2 收费站通行能力分析 收费站通行能力分析方法多用于运行状况和设计两个层次的分析

36、。 （1）已知收费站状况（收费类型，收费道数目）和交通量，估计服务水平； （2）已知设计交通量、收费类型，确定收费车道数。 一、实际运行状况通行能力分析 收费广场的通行能力是指在良好的天气条件，现行通常的道路条件、交通条件和收费手段下，车辆排 队形成而且收费员始终处于繁忙状况时，单位时间内收费车道所能处理的最大车辆数。一般以辆小汽车/h 为单位。 实际运行状况通行能力的分析是对现有的收费站运行情况的分析和评价，它可以确定服务水平的等级、 通行能力这些指标，通过实际运行状况通行能力的分析可以找到收费站现存问题，并可针对问题提出有效 的改进方法或措施。 一、实际运行状况通行能力分析 分析步骤 1确

37、定收费站条件 确定收费类型：一般我国主要为交费找零、出口验票、入口领卡三 种收费类型。 收费车道数目。 2确定交通条件 确定经过收费站的小时交通量。 确定交通组成，即小型车、大中型车、特大型车各自所占的比例， 各车型的平均车长等。 3确定服务水平等级及延误 将混合交通流按表5-2换算成标准车，再除以收费车道数目，得到一条 收费车道的标准车交通量。根据该交通量确定平均到达率，计算延误 d，然后查下表确定服务水平等级。 一、实际运行状况通行能力分析 算例 1 1 某高速公路收费广场，收费类型为交费找零，收费车道数为3。调查得小时交通量为200veh/h， 其中小型车有130veh/h，平均车长为4

38、m；大中型车有50veh/h，平均车长为9m；特大型车有20veh/h， 平均车长为12m。已知：车辆减速进入收费站的减速度平均为3m/s2，车辆加速离开收费站的加速度平均 为2.5m/s2，正常行驶时车速为120km/h。假设平均服务时间为22s，服务时间的方差为45s。试评估该 收费广场的服务水平等级。 算例 1 1 解： 将混合交通量换算成标准车交通量： Q=130*1.0+50*1.05+20*1.10=205（veh/h） 其中折算系数可以查表5-2得到。 确定每条收费车道的车流量，并计算平均到达率： 每条收费车道车流量=205/368（veh/h） =68/36000.0189（v

39、eh/s） 确定车辆的平均长度m： 根据延误公式将数据代入，计算延误d： 解得： d42.7（s） 查P100表5-3，通过延误可以确定该收费广场的服务水平等级为二级服务 水平。 二、规划和设计阶段通行能力分析 在设计分析层次，通常需要确定收费车道的数量。收费车道计算步骤，各步骤具体描述如下： 二、规划和设计阶段通行能力分析 1、设计分析所需的数据 （1） 收费站条件：假设收费类型； （2） 交通条件：预测交通量，方向分布系数，高峰小时系数，交通组成。 二、规划和设计阶段通行能力分析 2、收费车道数计算步骤 （1） 通常已知 AADT，按照下式计算单方向设计小时交通量。 DDHV = AADT

40、 K D 其中：DDHV 预测的单方向设计小时交通量，辆h； AADT 年平均日交通量，辆d ； K 设计小时交通量系数，通常取0.09； D方向不均匀系数，通常取0.5，即按两个方向交通量无 明显差异进行处理。 二、规划和设计阶段通行能力分析 （2） 根据收费站类型和交通组成，查表5-2，按照下式将混合交通量换算成当量来车强度；如果交通 组成未知，可按小客75%，中型车20%，大型车3%，拖挂车2%进行处理； （3） 根据假设的收费站类型，查下面表1表3，将三级服务水平的最大服务交通量MSF确定为设计 服务水平； 二、规划和设计阶段通行能力分析 二、规划和设计阶段通行能力分析 二、规划和设计

41、阶段通行能力分析 （4）按照下式计算收费站所需要的车道数。 INT函数：将数字向下舍入到最接近的整数，即取不大于自变量的最大整数。例如：int6.4=6 算例2 2确定收费车道数 已知：（1）收费类型：交费找零 （2）年平均日交通量：5000 辆/d （3）交通组成：小客车75%，中型车20%，大型车3%，拖挂车2% （4）设计小时交通量系数K = 0.09，方向不均匀系数D = 0.5 问题：确定收费车道数 算例2 2确定收费车道数 解：（1）计算单方向设计小时交通量 A）一般设计小时交通量系数K = 0.09，方向不均匀系数D = 0.5， 即按两个方向交通量无明显差异 进行处理。 B）根

42、据已知条件，年平均日交通量AADT =5000 辆/d 。 单方向设计小时交通量为 DDHV = AADT K D =5000 0.09 0.5 = 225 辆/h 算例2 2确定收费车道数 (2）计算单方向的当量来车强度 根据收费类型为交费找零，查右表可知： 小客车：p1=75%，E1=1.0 中型车：p2=20%，E2=1.2 大型车：p3=3%，E2=2.0 拖挂车：p4=2%，E2=2.5。 单方向的当量来车强度为： 算例2 2确定收费车道数 （3）确定服务交通量 一般将三级服务水平的最大服务交通量MSF 确定为设计服务水平，根据收费类型为交费找零， 查表12-2 可知，MSF =22

43、0 pcu / h /车道。 （4）计算收费车道数 1、收费站分类 本章内容回顾 设立的位置 主线收费站 匝道收费站 收费制式 均一式 开放式 封闭式 混合式（主线/匝道栏栅式） 收费方式 停车人工收费 停车半自动收费 停车自动收费 不停车自动收费(ETC) （收取道路通行费的位置） 2、车型分类及车辆折算系数 3、收费站服务水平分级标准 例如：某排队问题为 MMSFCFS 则表示顾客到达间隔时间为负指数分布(泊松流)；服务 时间为负指数分布；有s(s1)个服务台；系统等待空间容量 无限(等待制)；顾客源无限，采用先到先服务规则。 可简记为： M/M/s 4、排队系统的描述符号 5、排队系统的

44、主要运行指标 令表示单位时间内平均到达的车辆数，表示单位时间内被服务离去的平均车辆数。那 么1/则表示相邻两辆车的到达的平均时间间隔，1/表示对每个车辆的平均服务时间。由 此可以得到以下关系： 平均队长 平均排队长 平均逗留时间 6、 收费站通行能力分析 收费站通行能力分析方法多用于运行状况和设计两个层次的分析。 （1）已知收费站状况（收费类型，收费道数目）和交通量，估计服务水平； （2）已知设计交通量、收费类型，确定收费车道数。 7、实际运行状况通行能力分析 1确定收费站条件 确定收费类型：一般我国主要为交费找零、出口验票、入口领卡三 种收费类型。 收费车道数目。 2确定交通条件 确定经过收

45、费站的小时交通量。 确定交通组成，即小型车、大中型车、特大型车各自所占的比例， 各车型的平均车长等。 3确定服务水平等级及延误 将混合交通流按表5-2换算成标准车，再除以收费车道数目，得到一条 收费车道的标准车交通量。根据该交通量确定平均到达率，计算延误 d，然后查表确定服务水平等级。 8、规划和设计阶段通行能力分析 在设计分析层次，通常需要确定收费车道的数量。收费车道计算步骤，各步骤具体描述如下： 相对于路段而言，道路交叉口由于车流转 向而引起车流之间的冲突、交汇分流等车流运 行行为，使交叉口的交通特性复杂，因此其通 行能力的确定比路段更为困难。 一、交叉口通行能力的概念 平交叉口可能通过两

46、相交车流的最大交通量就 是平面交叉口的通行能力。 平面交叉口可分为三大类，第一类为不加任 何交通管制措施的交叉口；第二类为中央设岛的 环形交叉口；第三类为设置色灯信号的交叉口。 通行能力计算方法从总体上可分为两大类，一类是理论法，另一类是经验法。 理论法主要有间隙接受理论、车队分析法； 经验法主要有延误分析法，综合计算法。 一般情况下，间隙接受模型适合于主次分明的 平面交叉口，车队分析法适用于主次不太分明 的交叉口处，此种交叉口类似于国外的四路停 车交叉口。 二、无信号交叉口车型分类及车辆折算系数 1. 通过交叉口的车型划分 2.通过交叉口的车辆的折算系数 通过实际观测所得数据，用车头时距发计

47、算的PCE如 表8-1（P123）所示。 坡度对于车辆性能的影响是明显的，由于坡度 的影响，车辆行车速度会降低，车辆的比功率也会 下降。 不同坡度下各种车型的PCE值 表8-2（P123） 一、无信号交叉口交通状况研究 1.无信号交叉口的几何特点 （1）大部分公路无信号交叉口都是2/2相交（两相交 道 路均为二车道），其主路宽度为915m，支 路宽度为912m； （2）一部分公路无信号交叉口是4/2相交（两相交道 路中，主路为四车道、支路为二车道），其主路宽 度为1517m，支路宽度为912m； （3）无信号交叉口处都无明显的交通标志与交通标线； （4）无信号交叉口处视距较好； （5）行人、非

48、机动车、拖拉机和慢行车辆等的干扰很 大。 2.无信号交叉口车辆组成和速度特征 （P124） 与交叉口连接道路等级相关 3.无信号交叉口车流运行特征 与无信号交叉口的类型有关 主次道路或等级相当 如果主次路上都有左右转车流， 一般各向车流遵循以下的优先规则通过交叉口， 即：次要道路上的右转车流、主要道路上的左 转车流、次要道路上的直行车流、次要道路上 的左转车流。 二、无信号交叉口交通特性分析 1.车头时距及其分布 负指数分布 式中： -车流量；=Q/3600 t车头时距 适用范围：车流量较少 移位负指数分布 最小车头时距， T-平均车头时距， T=3600/Q。 t etf )( t t e

49、T tf T t 0 1 )( M3分布的概率密度函数为： 式中：最小车头时距； 衰减常量； 自由车流的概率 在交叉口处，由于安全原因、几何条件的限制、 车辆交汇等因素的影响，车辆一般不会超车，因 而交叉口前车辆的到达分布采用M3分布描述更合 适。 0 0 0 )( )( t t e tf t 2.临界穿越间隙与车头时距tf的确定 （1）临界穿越间隙与车头时距tf的基本概念 临界间隙或临界穿越间隙tc（Critical gap）是指 交叉口主路车流允许支路一等待穿越车辆通过主 路的最小间隙，因此临界间隙是指主要车流中出 现的驾驶员能接受的最小间隙。 车头时距tf,也叫随车时距（followin

50、g up time），是指支路排队车辆连续通过交叉口时相 邻两车之间的时间间隔。 在位移负指数和M3分布中，曾引用一个位移值 和最小的车头时距，在此，我们引入一个最小 车头时距的概念tmtm，它是指主路运行车流中两 相邻车辆间的最小车头时距。 临界间隙与车头时距tf间隙接受理论的两个重 要参数，两个参数值的大小对通行能力计算有 很大的影响。且参数值具有一定的地域特性。 （2）临界间隙与随车时距的计算方法 临界间隙计算方法 临界间隙并不是一个常值，是一个随机分布量。 临界间隙的特性（P128），非负，偏态 观测不饱和条件下的临界间隙时非常复杂的， 着主要是因为临界间隙不能直接测量。在一般情 况下

51、，对于支路车辆驾驶员，可以假设其临界间 隙是大于最大的拒绝间隙且小于接受间隙。 阿什沃思得出如下的结论： 式中： tc-支路车流的临界间隙（S） ta-支路车流车辆接受主路车流间隔 的平均值（S） Vp-主路的车流量（veh/s） sa2-接受间隙的方差（S2） 108 2 saVtt pac 随车时距的估算方法 随车时距可以直接观测到。在一个连续排队的 车流中，利用同个间隙穿越交叉口车队的相邻两 车之间的车头时距即为随车时距。为保证数据的 精度和可靠性，至少应用N个观测数据，根据数据 统计原理可得如下公式： 式中：nf-必要的数据观测个数； f-置信概率的函数 rf-相对误差 关于f的可以参

52、照表8-5（P129） 118 1 2 f ff r an 临界间隙与随车时距的关系 临界间隙与随车时距有着一定的关系，可以通 过随车 时距与临界间隙之比来表达，两者具有相当的稳定 性，比 值的均值在0.500.500.600.60之间波动。 随车时距与临界间隙之比的均值 表8-6 （P129） 随车时距与临界间隙之比的标准差 表8-7 （P129） 临界间隙与随车时距的影响因素 （自学 P130） 交通流量 穿越难度 临界穿越间隙与随车时距的建议值 临界间隙和随车时距的推荐值如表8-8和表8-9所示 对于两车道与四车道相交的交叉口，其临界间隙推荐值 如 表8-10（P131）所示。 在通行能

53、力的计算中，最小跟车时距也是一个非常 重 要的参数，在此给出相应的推荐值，见表8-11（P131） 所示。 3.车辆在交叉口的延误 （1）交叉口延误的基本概念 延误是指运行车辆不能以期望的速度运行而产生 的时间损失。 （2）全部车辆延误的分析计算 延误就是指实际运行时间与理想条件下运行时间 的差值。 在实际的计算过程中，设交叉口不存在时车辆通 过此段路段的时间为理想通过时间，有以下两种计 算理想运行时间。 单车运行时间计算法 TT1=Lin/Vin+Lout/Vout(8-12) 式中：Vin,Vout-进口和出口断面观测点测定的单 车运行点速度（在不受干扰情况下）； Lin，Lout-进口和

54、出口观测点距交叉口中心的距 离。 单车延误计算如下： D1=TTiTT1(8-13) 车型平均运行时间计算法 TT2=Lin/Vin+Lout/Vout(8-14) 延误D2计算如下： D2=TTi-TT2(8-15) 三、主路有限交叉口通行能力的分析方法：间隙分 析法 1.1.两路车流的通行能力 2.2.交叉口的通行能力 （1）交叉口处交通流的等级划分 图8-4（P135）交叉口车辆的运行状态图 （2）冲突交通流 交叉口每一流向都面临与其他不同运行方式的冲 突，所有的流向冲突，均称之为冲突交通流。而所 有冲突交通流的车流量总和就是冲突交通流。 六、无信号交叉口的服务水平 目前，国际上常用车辆

55、在交叉口处的延误来描 述交叉口处交通设施对车辆的服务水平。根据交叉 口实际通行能力及交通量确定交叉口车辆的平均延 误，有服务水平与厌恶的对应关系确定交叉口的整 体服务水平。 美国无信号交叉口服务水平划分标准 表8- 13（P141） 是用于我国公路无信号交叉口服务水平的划分 标准 表8-14（P141） 七、交叉口实际通行能力及影响因素分析 1.交叉口适应交通量 在一定得通行能力水平下，应用车辆平均延误与车流 量的关系，在三级服务水平（延误为45S）下，不同方法 计算的交叉口一车道车流的适应交通量。如表8-15（P142） 作为参照标准的交叉口车道车流的适应交通量（pcu/h） 表8-16（P

56、142） 使用表8-16结果可得出不同型式交叉口的基本通行能力 不同类型交叉口的基本交通量（pcu/h） 表8-17 （P142） 2.交叉口类型及其特征 交叉口的标准几何特征 表8-18（P142） 3.交叉口基本通行能力 不同类型交叉口的基本通行能力（pce/h） 表 8-20（P143） 4.影响因素分析 （1）主支路流量不平衡影响系数（见表8-21） （2）大型车混入率修正系数（见表8-22） （3）左转修正系数（见表8-23） 左转向对交叉口通行能力有很大影响，左转影 响修正系数FLT与左转车比例X的关系为： FLT=1-0.4X （8-54） （4）右转修正系数（见表8-24） 右

57、转向对交叉口通行能力有一定影响，其影响 修正系数FRT与右转车比例X的关系为： FRT=1+0.1X （8-55） （5）横向干扰修正系数（见表8-25） 考虑行人、非机动车以及机动车辆等对机动车 速度造成的影响，对交叉口通行能录进行修正。 横向干扰修正系数FFR 表8-25（P144） （6）实际通行能力 实际通行能力C即为基本通行能力Co与各个影 响系数的连乘积： 5.交叉口实际延误与服务水平分析 验算证明，交叉口通行能力与交叉口总平均延 误呈非线形关系。随着通行能力增加，延误快速增 长，可将其描述为指数类型模式。 568 0 FRRTLTLAEQo i i FFFFFCFCC 6.计算示

58、例计算步骤如下: （1）确定交叉口类型及基本通行能力； （2）确定交叉口各流向交通量、个类车型数量以及总 的交通量； （3）确定各影响因素的修正系数。计算交叉口的实际 通行能力 （4）确定交叉口的延误及服务水平 例8-1某城市附近有一国道与其环城路相交的交叉口， 是一个典型的二路与二路相交的交叉口，其日交通量为 70009000veh/d，交叉口处的道路条件一般，有一进 口道处还有一定得弯角。试确定该交叉口的服务水平， 评价其运行状况。 交叉口通行能力影响因素修正系数确定 表8-26 （145） 环形交叉口是中央设置中心岛，使进入交 叉口 的所有车辆按同一方向饶岛行驶。车辆行驶过程 一 般为合

59、流、交织、分流，避免了车辆的交叉行驶。 国内外在研究环行交叉口通行能力时，都 以进 环车辆能够进入交叉口的最大流量作为交叉口的 通 行能力。以间隙接受理论为基础，分析在各种 道 路和交通条件下进环车辆的通行能力是目前普遍 采 用的方法。 一、分析步骤 步骤如下：弄清环形交叉口上车辆运行的实 际 情况，找出与实际情况相符的理论模式，这是环 形 交叉口通行能力的计算的前提。 表定交通流参数。交通流参数主要研究车头 时 距分布及可穿插间隙研究，车头时距的分布反映 了 车辆的到达规律；可插间隙及随车时距决定了车 辆 可以进行穿插或交织的能力。 二、环行交叉口类型及基本通行能力的确定 1.分类 环行交叉口按中心岛直径可分为三类： （1）常规环行交叉口（如图8-8所示）。中心直径 大于25m （2）小型环行交叉口（如图8-9所示）。中心岛直 径为425m （3）微型环行交叉口（如图8-10所示）。中心岛 直径一般小于4m 2.常规环行交叉口的通行能力计算 常规环行交叉口的通行能力计算，较著名的和 使用较广泛的公式有：沃尔卓普公式 式中： QM交织段上的最大通行能力（veh/h） L交织段的长度（m） W交织段的宽度（m） 578 1 11354 e w s p w e w QM e环行交叉口引道的平均宽度（m） e1入口引道长度（m） e2环道突出部分宽度（m） p交织段内交织车辆与全部车辆