交通流特性课件

1、第三章 交通流特性第一节 交通流要素第二节 通行能力分析第三节 排队和延误分析第四节 服务水平分析第1页，共44页。1第三章 交通流特性 载运工具在交通运输网内运行时，可类比于气体或液体分子在介质内的流动，称作交通流。 There is an analogy between the way water moves in waves and the way vehicle operates in the highway. A continuous movement or circulation of vehicles is called traffic flow.第2页，共44页。2第三章 交通

2、流特性 交通流处于稳态流动状态，这时的交通流特性，通常可用三个主要指标来表征：速度(Speed) 、交通量(volume)和交通密度(density) （常称之为交通流三要素）。 交通流处于非稳态流状态，其特性可用排队长度(queue length)和等待时间(waiting time)来表征。而排队和等待时间的长短，反映了该交通运输设施的服务水平(service level)。第3页，共44页。3第三章 交通流特性在规划、设计和管理交通运输系统及其工程设施时，必须知道载运工具在交通运输网内的流动特性：通过它来了解和评价交通运输系统或网的性能（效率和服务水平）；依据它来确定各项工程设施所需的通

3、行能力(capacity)或规模。第4页，共44页。4第一节 交通流要素 一、速度二、交通量三、交通密度四、交通量-速度-交通密度的关系第5页，共44页。5一、速度Speed - defined as a rate of motion, in distance per unit of time.第6页，共44页。6一、速度Spot speed (地点速度) Spot speed is the instantaneous speed(瞬时速度) of a vehicle at a specified location.Spot speed can be used to design the ge

4、ometry of road like horizontal and vertical curves, super elevation etc. Location and size of signs, design of signals, safe speed, and speed zone determination, require the spot speed data. Accident analysis, road maintenance, and congestion are the modern fields of traffic engineer, which uses spo

5、t speed data as the basic input. 第7页，共44页。7一、速度Spot speed can be measured using pressure contact tubes, radar speedometer or by timelapse photographic methods. Running speed (行驶速度)Running speed is the average speed maintained over a particular course while the vehicle is moving .Delays are not consi

6、dered in calculating the running speed.第8页，共44页。8一、速度Travel speed(旅行速度)Travel speed is the effective speed of the vehicle on a travel between two points and is the distance between the two points divided by the total time taken for the vehicle to complete the journey including any stopped time. Trav

7、el speed = distance /travel time Running speed = distance/running time Running time = travel time - stopped delays 第9页，共44页。9一、速度Time mean speed(时间平均速度)Time mean speed is defined as the average speed of all the vehicles passing a point on a highway over some specified time period.Space mean speed(空间

8、平均速度)Space mean speed is defined as the average speed of all the vehicles occupying a given section of a highway over some specified time period.TMS is a point measure, while SMS is a measure relating to a length of highway or lane. We have TMS SMS. 第10页，共44页。10一、速度平均速度：Standard deviation （标准差）- a m

9、easure of how far data spreads around the mean value, indicating the degree of dispersion of the data. 第11页，共44页。11二、交通量(Flow)Flow (q) or volume is defined as the number of vehicles that pass a point on a highway or a given lane or direction of a highway during a specific time interval. The the flow

10、 q expressed in vehicles/hour is given by： q=n/T Tpassing a particular point in one lane in a defined period（h，day，） nthe number of vehicles第12页，共44页。12二、交通量(Flow)Time headway(车头时距) is defined as the time difference between any two successive vehicles when they cross a given point.第13页，共44页。13二、交通量(

11、Flow)平均车头时距为：第14页，共44页。14二、交通量第15页，共44页。15三、交通密度Density k is defined as the number of vehicles (n) occupying a given length (L) of highway or lane and is generally expressed as vehicles per km. k=n/LSpace headway(车头间距s ) is defined as the distance between corresponding points of two successive vehic

12、les at any given time.第16页，共44页。16三、交通密度High densities indicate that individual vehicles are very close to each other, while low densities imply great distances between vehicles.Direct measurements of density can be obtained through aerial photography, which is an expensive method.Density is an impo

13、rtant measure of the quality of traffic flow.第17页，共44页。17四、交通量-速度-交通密度的关系如果在交通流中各车辆的行驶速度相同，即：则在T时段或L长度内通过的车辆数n为：第18页，共44页。18四、交通量-速度-交通密度的关系 通常在交通流中各车辆的速度并不相同。将车辆按速度分组，对于每组速度的车辆有：则总的交通量为：式中：m速度分组数 平均车速，即各组车速乘以该组车辆的密度占总密度的比例（权数）。第19页，共44页。19四、交通量-速度-交通密度的关系1. 平均速度-交通密度关系图式中： 交通密度为零时的速度，称作自由流速度(free f

14、low speed)； 交通堵塞时的交通密度(jam density)。第20页，共44页。20四、交通量-速度-交通密度的关系对于道路交通，可用线性函数表示为：第21页，共44页。21四、交通量-速度-交通密度的关系2. 交通量-交通密度关系图The peak of the density flow curve occurs at the theoretical maximum flow (i.e., capacity) of the facility.第22页，共44页。22四、交通量-速度-交通密度的关系3. 平均速度-交通量关系图第23页，共44页。23四、交通量-速度-交通密度的关系

15、1) 自由流：速度高于最大交通量qm处的平均速度vm的交通流，此时车速可由车辆自己确定。2) 强迫流：速度低于vm的交通流，交通流因事故等原因而受到约束，车辆被迫以小于vm的速度行驶，一旦约束撤除，车辆便会加速恢复到曲线的上半部。第24页，共44页。24第二节 通行能力分析一、定义二、分析方法第25页，共44页。25一、定义1. 通行能力是一定时段内通过线路某断面的最大车辆数。 Capacity is defined as the maximum rate of flow that can be achieved on roadway facilities under prevailing r

16、oadway, traffic, and control conditions. 第26页，共44页。26一、定义2. 交通量与通行能力的区别： 交通量反映的是交通流的实际车辆数，它是对交通运输的需求同所提供的交通运输设施条件之间相平衡的结果；而通行能力则表示在规定的运行条件下交通运输设施所能承担的交通流最大车辆数或容量。也即，一个是交通运输设备上实际发生的交通状况，另一个是该交通运输设施潜在的最大可能的能力。第27页，共44页。27一、定义Highway capacity is defined by the Highway Capacity Manual as the maximum hou

17、rly rate at which persons or vehicles can be reasonably expected to traverse a point or a uniform segment of a lane or roadway during a given time period under prevailing roadway, traffic and control conditions. 第28页，共44页。28一、定义The highway capacity depends on certain conditions as listed below:Traff

18、ic conditions: It refers to the traffic composition in the road such as the mix of cars, trucks, buses etc in the stream. It also include peaking characteristics, proportions of turning movements at intersections and the like.Road way characteristics: This points out to the geometric characteristics

19、 of the road. These include lane width, shoulder width, lane configuration, horizontal alignment and vertical alignment.Control conditions: This primarily applies to surface facilities and often refer to the signals at intersections etc.第29页，共44页。29一、定义3. 分析和估算设施通行能力的用途：评价现有设施满足交通运输需求的程度，以判别是否需要进行改善

20、，并评价各项改善措施的改善效果。设计有关交通运输设施时，确定满足预期交通需求和服务水平要求所需的设施规模或尺寸。第30页，共44页。30二、分析方法道路的车道通行能力：平均车头时距：平均车头间距=车辆长度+司机制动反应距离+制动距离+车辆间安全距离第31页，共44页。31二、分析方法示例1：一地铁环线，长40km。沿线设20个站，每站平均相隔2km。列车全长100m，平均行驶速度为70km/h，在每个车站停留30s。考虑到制动时的安全距离，规定列车间的最小净间距（前车的尾端到后车的头端）为1km。请分析其通行能力，也即最大可能的服务频率，并确定所需的车辆数。第32页，共44页。32二、分析方法

21、第33页，共44页。33第三节 排队和延误分析 研究排队特性，主要是分析排队量和长度及等待或延误时间，以便考虑提供排队等待所需的设施或空间，衡量服务水平和经济的损失。第34页，共44页。34第三节 排队和延误分析排队长度：等待时间：排队从开始出现到消失期间的车辆总等待时间：第35页，共44页。35第三节 排队和延误分析第36页，共44页。36第三节 排队和延误分析 示例3：一沥青混合料拌料场，每天8：00开始工作，每4分钟完成一辆装料车的装料工作。装料车7：45开始到达等待装料。第一小时为每3分钟到达一辆，而后每5分钟到达一辆，按先到先装料原则。确定车辆的最长等待时间和拌料厂应设置的停车场面积

22、。第37页，共44页。37第三节 排队和延误分析平均排队长度平均等待时间泊松分布负指数分布第38页，共44页。38第四节 服务水平分析一、交通量与服务水平二、交通量与延误第39页，共44页。39第四节 服务水平分析服务水平(service level)用于描述在交通量低于设施通行能力时交通流的运行状况，或者通过率低于设施最大服务率时交通流的运行状况。对于不间断的交通流，度量服务水平的常用指标是运行速度。对于间断的交通流，则采用总的（或平均）的延误时间(the total (or mean) delay)来度量服务水平。第40页，共44页。40一、交通量与服务水平第41页，共44页。41一、交通量与服务水平Based on the changing of traffic and speed, the area is divided into three zones.In the zone of free flow, drivers actuate vehicles at an expected rat