高速公路基本路段通行能力总结

第三章高速公路基本路段

----通行能力分析3交通工程教研室本章内容一、高速公路二、理想条件及交通流特性三、通行能力及其影响因素四、HCM通行能力分析方法五、我国通行能力分析方法六、算例一、高速公路高速公路可定义为：有分隔设施的，每个方向具有两条或几条车辆专用道，且全面控制进出口的公路。它是唯一能提供完全不间断交通流的公路设施类型。由于高速公路中没有信号灯或停车管制的交叉口，车辆进、出高速公路只能通过匝道，双方向交通流之间还有中央分隔带，因而最大程度地减少了横、纵向干扰对主线交通的影响。一般地说，高速公路是由3种不同类型的路段组成的。高速公路基本路段：不受匝道附加合流、分流及交织流影响的高速公路路段。交织区：沿一定长度的高速公路，两条或多条车流穿过彼此的行车路线的高速公路路段。交织路段一般由相距较近的合流区和分流区组成。匝道与匝道—主线连接处：进口匝道和出口匝道与高速公路的连接处。由于连接处汇集了合流或分流的车辆，因而形成一个紊流区。高速公路各组成部分的示意图高速公路基本路段处于任何匝道或交织区的影响区域之外。一般地说，匝道连接处或交织区的影响范围可认为：进口匝道：从匝道连接处起，其上游（500英尺）150m-200m，下游（2500英尺）760m-800m的范围为进口匝道影响范围。出口匝道：从匝道连接处起，其上游760m(800)，下游150m(200)的范围为出口匝道影响范围。交织区：合流点上游150m(200)为交织区的起点，分流点向下游150m(200)为交织区的终点。二、高速公路交通流特性交通组成：小型车50----80%，大中型车15----45%，特大型车1-10%。速度特性：正态分布到达特性：根据交通流状态不同而不同三要素关系图：在相当大的流量范围内，对于流率来说，速度变化比较滞缓。当车流接近通行能力时，速度急剧下降。基本路段车流特性高速公路基本路段的交通流的运行情况会因上游和下游瓶颈点压缩交通流的条件不同而有很大变化。瓶颈处包括：匝道的合流处、交织区、车道数减少地段以及正在维修保养的路段、事故发生地点和路上有交通障碍的地方。在发生交通事故的路段，不一定都是以阻塞车道的形式形成瓶颈。因为，肇事车辆即使停在路肩上或停靠在中央分隔带里，也会影响高速公路车道里的交通运行。对高速公路的研究，可以进一步理解与上、下游瓶颈影响有关的交通流特性。高速公路基本路段上的交通流可划分为三类：不饱和交通流、排队—消散交通流和过饱和交通流。不饱和流流表明交交通流不不受到上上、下游游交通条条件的影影响。这这一类型型的交通通流特征征是：中中低交通通流率时时，车速速为90km/h到120km/h；交通通流率大大时，车车速在为为70km/h到100km/h。。过饱和流流是受下下游瓶颈颈影响左左右的交交通流。。阻塞路路段的交交通流，，变化范范围很大大，其速速度取决决于瓶颈颈的压缩缩程度。。高速公公路上的的排队与与交叉口口前排队队不一样样。高速速公路上上排队，，车辆没没停下来来。高速速公路上上的车辆辆停停走走走，队队列缓慢慢行进。。排队—消散流表表明交通通流一旦旦通过瓶瓶颈，就就加速向向高速公公路的自自由流速速度恢复复。排队队—消散流的的交通特特征是：：在下游游另一瓶瓶颈的影影响还未未出现时时，交通通流保持持相对稳稳定。这这类交通通流的流流率变化化范围较较小：在在2000辆小客车车/h/ln至2300辆小客车车/h/ln之间。此此时，速速度由55km/h到基本路路段的自自由流速速，瓶颈颈下游的的车流速速度通常常比较小小。视道道路的平平面和纵纵面线形形条件，，排队—消散流一一般可在在瓶颈下下游的1-2km之内加速速到自由由流速度度。研究究表明，，瓶颈处处的排队队—消散流的的流率比比非瓶颈颈路段的的最大流流率小，，交通流流率的下下降值约约为5%左右。服务水平平对于服务务质量来来说，尽尽管驾驶驶员最关关心的是是速度，，但是，，在交通通流中的的行车自自由度以以及车辆辆间相互互靠近的的程度也也应同样样受到关关注。这这些参数数与交通通流密度度相关。。与速度度不同，，密度随随流量增增加而增增加，直直至流量量达到通通行能力力。密度度对交通通流大范范围的变变化很敏敏感，是是有效度度量服务务水平的的参量。。规定服务务水平是是为了表表示三个个关键性性变量的的合理范范围。这这三个关关键变量量是：速速度、交交通流密密度和交交通流率率。HCM高速公路路理想条件件最小车道道宽度为为3.6米；最小右侧侧侧向净净空为1.8米，即行行车道边边缘到最最近的障障碍物或或影响交交通行为为的物体体之间的的距离；；中央分隔隔带最小小侧向净净空为0.6米；交通流中中全部为为小客车车；一个行车车方向至至少有五五条车道道（仅限限于城市市地区））；立交间距距至少为为3千米；平原地形形，坡度度不大于于2%；驾驶员总总体主要要由经常常使用该该设施的的正式驾驾驶员组组成。国内高速速公路理想条件件高速公路路基本路路段的理理想条件件包括理理想的道道路条件件和交通通条件。。理想道路路条件是是指双向向四车道道高速公公路，设设计速度度为120km/h，车道宽宽度为3.75m，硬路肩宽宽度为3.5m，左侧路路缘带宽宽度为0.75m，中央分分隔带宽宽度为3.0m，纵坡为为0，具有良良好的线线形；理想交通通条件是是指交通通组成是是100%的小客车车，司机机都是职职业驾驶驶员等。。HCM服务水平平服务水平密度范围（小客车/千米/车道）A

0-7B＞7-11C＞11-16D＞16-22E＞22-28F＞28标准服务水平ABCDE自由流速度=120千米/小时最大密度（小客车/千米/车道）711162228最小速度（千米/小时）120.0120.0114.699.685.7最大V/C比0.340.550.770.921.00最大服务流率（小客车/小时/车道）8401320184022002400自由流速度=110千米/小时最大密度（小客车/千米/车道）711162228最小速度（千米/小时）110.0110.0108.597.283.9最大V/C比0.330.510.740.911.00最大服务流率（小客车/小时/车道）7701210174021352350自由流速度=100千米/小时最大密度（小客车/千米/车道）711162228最小速度（千米/小时）100.0100.0100.093.882.1最大V/C比0.300.480.700.901.00最大服务流率（小客车/小时/车道）7001100160020652300自由流速度=90千米/小时最大密度（小客车/千米/车道）711162228最小速度（千米/小时）90.090.090.089.180.4最大V/C比0.280.440.640.871.00最大服务流率（小客车/小时/车道）630990144019552250理想条件件下的通通行能力力参数设计速度（km/h）通行能力（小客车/h/车道）临界密度（小客车/km）临界速度（km/h）120220045481002100454780200045456018004540设计速度度120km/h的高速公公路服务务水平分分级服务水平等级密度（小客车/km/车道）速度（km/h）V/C最大服务交通量（小客车/h/车道）一级（自由流）≤7≥1090.34750二级（稳定流上段）≤18≥910.741600三级（稳定流）≤25≥780.881950四级（饱和流）≤45≥48接近1.002200（强制流）＞45＜48>1.00设计速度度100km/h的高速公公路服务务水平分分级服务水平等级密度（小客车/km/车道）速度（km/h）V/C最大服务交通量（小客车/h/车道）一级（自由流）≤7≥920.31650二级（稳定流上段）≤18≥790.671400三级（稳定流）≤25≥710.861800四级（饱和流）≤45≥47接近1.002100（强制流）＞45＜47>1.00设计速度度80km/h的高速公公路服务务水平分分级服务水平等级密度（小客车/km/车道）速度（km/h）V/C最大服务交通量（小客车/h/车道）一级（自由流）≤7≥740.25500二级（稳定流上段）≤18≥660.601200三级（稳定流）≤25≥600.751500四级（饱和流）≤45≥45接近1.002000（强制流）＞45＜45>1.00设计速度度60km/h的高速公公路服务务水平分分级服务水平等级密度（小客车/km/车道）速度（km/h）V/C最大服务交通量（小客车/h/车道）一级（自由流）≤7≥580.22400二级（稳定流上段）≤18≥500.50900三级（稳定流）≤25≥450.671200四级（饱和流）≤45≥40接近1.001800（强制流）＞45＜40>1.00三、通行能力力影响因因素通行能力力：在当当前通常常的道路路和交通通条件下下，高速速公路某某一点或或某一均均匀路段段所能容容许通过过的最大大持续交交通流率率。针对对于单向向车流而而言，以以辆/h表示。。实际高速速公路的的道路、、交通条条件往往往不是理理想条件件，其中中对通行行能力构构成影响响的主要要因素包包括：车车道宽度度及侧向向净空、、车道数数量、设设计速度度、交通通组成和和驾驶员员总体特特性，这这些条件件的变化化都将引引起速度度—流率率—密度度关系发发生变化化。1）车道宽宽度及侧侧向净空空影响——当车道宽宽度不足足3.75m时，车辆辆行驶时时的横向向间距比比在理想想条件下下小。为为此，驾驾驶员将将拉大与与同向车车辆间的的行驶间间距，或或者降低低行驶速速度，以以保证安安全，因因此，该该路段的的通行能能力有所所下降。。当左侧侧路缘带带宽度和和右侧路路肩宽度度受限时时，也会会导致类类似的情情况发生生。车道数量量影响——当单向车车道数量量从理想想条件下下的2车道变为为3车道或4车道之后后，其通通行能力力不会按按车道数数成倍增增加。原原因在于于车道增增多，将将使交通通量在各各车道上上的分布布发生显显著的变变化，即即使在拥拥挤的情情况下，，交通量量分布也也不均匀匀，设计速度度影响——当设计速速度低于于120km/h时，高速速公路的的运行条条件将产产生变化化。因此此，在任任何特定定的交通通量条件件下，车车速观测测值都低低于120km/h，其速度度—流量—密度关系系曲线和和通行能能力值也也将发生生相应的的变化，，交通组成成影响——由于中型型车、大大型车和和拖挂车车在外形形尺寸和和车辆行行驶性能能上与小小客车存存在显著著差别：：（a）中型车车、大型型车和拖拖挂车比比小客车车占用更更多的道道路行驶驶空间。。（b）中型车车、大型型车和拖拖挂车的的加速、、减速和和保持速速度的能能力低于于小客车车。因此此，中型型车、大大型车和和拖挂车车会在交交通流中中占用更更大的动态空间间。驾驶员总总体特征征影响——理想条件件之一是是驾驶员员都是职职业驾驶驶员，当当驾驶员员由职业业和业余余驾驶员员组成，，或者驾驾驶员的的技术熟熟练程度度、遵守守交通法法规的程程度、高高速公路路驾驶经经验、对对所在高高速公路路的熟悉悉程度以以及驾驶驶员健康康状况与与理想条条件存在在差别时时，都将将使交通通流的速速度降低低，导致致速度—流量—密度关系系曲线和和通行能能力发生生变化。。四、通行能力力分析方法服务水平的确确定HCM的分析程序国内分析程序序规划设计高速公路基本本路段运行状状况分析步骤骤1、自由流车速速自由流速度(free-flowspeed)：（1）交通流的理理论速度，单单位为km/h，是交通密度度趋于零时的的速度，也就就是几乎没有有车辆时的速速度；（2）在交通量很很小的条件下下，车辆通过过没有信号交交叉口的城市市干道的路段段平均速度；；（3）交通量很小小的条件下（（中低流量，，小于1300pc/h/ln)，高速公路基基本路段或多多车道公路路路段上，小客客车的平均速速度。实测得到：在在低峰时间，，测量100辆车的速度2、自由流速度度的修正FFS:自由流速度BFFS:基本自由流速速度城市110，乡村120Flw-----车道宽度修正正Flc-----右肩宽度修正正Fn-----车道数修正Fid----立交密度修正正车道宽度（米）自由流速度下降值，fLW（千米/小时）3.603.51.03.42.13.33.13.25.63.18.13.010.6车道宽度对速速度的修正右侧侧向净空（米）自由流速度下降值，fLC（千米/小时）单向车道数234≥5≥1.80.00.00.00.01.51.00.70.30.21.21.91.30.70.40.92.91.91.00.60.63.92.61.30.80.34.83.21.61.10.05.83.91.91.3侧向净空对自自由流速度的的修正车道数（单向）自由流速度下降值，fN（千米/小时）≥5042.4324.87.3车道数对自由由流修正每千米的立交数自由流速度下降值，fID（千米/小时）≤0.30.00.40.51.12.10.60.70.80.93.95.06.08.11.09.21.110.21.212.1立交密度对自自由流修正2实际道路条件件对设计速度度的修正按照式（3-1）计算实实际道路条件件对理想设计计速度的修正正。式（3-1））其中，———实际道路条条件下的设计计速度，km/h；——理想条件件下的设计速速度，km/h；——车道宽度度和路侧净空空对设计速度度的修正值，，km/h；；——车道数对对设计速度的的修正值，km/h；1）车道宽度和侧侧向净空对设设计速度的修修正值道路条件宽度（m）（km/h）120车道宽度3.5-2.03.750.0左侧路缘带0.25-3.00.5-1.00.750.0右侧路肩1.0-3.01.5-1.0≥2.00.02）车道数对设设计速度的修修正值车道数（单向）（km/h）≥403-3.02-5.03、流率修正Vp：15分钟当量流率率(pc/h/ln)V：高峰小时流流量（veh/h）PHF:高峰小时系数数，N：车道数FHV：重车调整系系数FP：驾驶员总体体特征系数高峰小时系数数（PHF）高峰小时系数数（PHF）表征一小时时内交通流的的变化。对交交通流的持续续观察表明在在一个小时内内高峰15分钟的流率在在小时内并不不是持续不变变的。式23-2中高峰小时系系数的应用说说明了这一现现象。在高速公路上上，典型的高高峰小时系数数的范围为0.80到0.95。较小的高峰峰小时系数反反映了乡村高高速公路或非非高峰时段的的情况。较大大的高峰小时时系数代表了了城市和郊区区高速公路高高峰时段的情情况。如果可可能，应使用用现场实测数数据求得代表表当地情况的的高峰小时系系数。重型车修正式中：ET-----------交通流中货车车/公共汽车的小小客车当量ER-----------交通流中休闲闲车辆的小客客车当量PT-----------交通流中货车车/公共汽车的比比例PR-----------交通流中休闲闲车辆的比例例fHV----------重型车修正系系数对交通流中重重型车辆的修修正应用于三三种车型：货货车、公共汽汽车、和休闲闲汽车。重型车对交通通流的影响取取决于纵坡状状况和交通组组成。针对三三种状况选择择小客车当量量：高速公路路绵延路段、、上坡路段和和下坡路段。。如果一个路路段中大于或或等于3%的纵坡不超过过0.5千米，或小于于3%的纵坡不超过过1.0千米时，就可可以将该路段段作为绵延路路段分析。高速公路基本本路段小客车车当量系数地形类型平原丘陵山岭ET（货车和公共汽车）1.52.54.5ER（休闲车辆）1.224下坡坡度(%)坡段(千米)ET货车百分比5101520＜4所有情况1.51.51.51.54-5≤6.41.51.51.51.54-5＞6.42.02.02.01.5＞5-6≤6.41.51.51.51.5＞5-6＞6.45.54.04.03.0＞6≤6.41.51.51.51.5＞6＞6.47.56.05.54.5下坡路段上货货车和公共汽汽车的小客车车当量上坡路段上货货车和公共汽汽车的小客车车当量上坡坡度(%)坡段(千米)ET货车和公共汽车的百分比2456810152025＜2所有情况1.51.51.51.51.51.51.51.51.5≥2-3

0.0-0.41.51.51.51.51.51.51.51.51.5＞0.4--0.81.51.51.51.51.51.51.51.51.5＞0.8-1.21.51.51.51.51.51.51.51.51.5＞1.2-1.62.02.02.02.01.51.51.51.51.5＞1.6-2.42.52.52.52.52.02.02.02.02.0＞2.43.03.02.52.52.02.02.02.02.0＞3-4

0.0-0.41.51.51.51.51.51.51.51.51.5＞0.4--0.82.02.02.02.02.02.01.51.51.5＞0.8-1.22.52.52.02.02.02.02.02.02.0＞1.2-1.63.03.02.52.52.52.52.02.02.0＞1.6-2.43.53.53.03.03.03.02.52.52.5＞2.44.03.53.03.03.03.02.52.52.5＞4-5

0.0-0.41.51.51.51.51.51.51.51.51.5＞0.4--0.83.02.52.52.52.02.02.02.02.0＞0.8-1.23.53.03.03.02.52.52.52.52.5＞1.2-1.64.03.53.53.53.03.03.03.03.0＞1.65.04.04.04.03.53.53.03.03.0＞5-6

0.0-0.42.02.01.51.51.51.51.51.51.5＞0.4--0.54.03.02.52.52.02.02.02.02.0＞0.5-0.84.54.03.53.02.52.52.52.52.5＞0.8-1.25.04.54.03.53.03.03.03.03.0＞1.2-1.65.55.04.54.03.03.03.03.03.0＞1.66.05.05.04.53.53.53.53.53.5＞6

0.0-0.44.03.02.52.52.52.52.02.02.0＞0.4--0.54.54.03.53.53.53.02.52.52.5＞0.5-0.85.04.54.04.03.53.02.52.52.5＞0.8-1.25.55.04.54.54.03.53.03.03.0＞1.2-1.66.05.55.05.04.54.03.53.53.5＞1.67.06.05.55.55.04.54.04.04.0驾驶员总体特特征系数用修正系数fP来反映驾驶员员总体特征的的影响。fP的范围为0.85-1.00。除非有足够够的数据表明明应使用较小小的fP值，一般取fP为1.00，以反映通勤勤交通（如家家庭车辆）。。如果需要较较高的精度，，建议对通勤勤车辆和休闲闲车辆的交通通流和速度进进行现场调查查加以比较。。4、服务水平的的确定D=VP/S式中：D--------------------密度（pc/km/ln）vp-------------------交通流率（pc/h/ln）S--------------------平均小客车车车速（km/h）当90＜FFS≤120并且（3100-15FFS）＜VP≤（1800+5FFS）时，速度当90＜FFS≤120并且VP≤（3100-15FFS）时，5、服务交通量和可能通行能力力计算实际道路路、交通条件件对最大服务务交通量和可能通行行能力的修正。----实际道路、交交通条件下，，i级服务水平对对应的单方向向条车道的服服务交通量，，辆/h；----理想条件下，，i级服务水平对对应的单车道道最大服务交交通量，辆小小客车/h/车道；------受限车道宽宽度和侧向净净空影响修正正系数——驾驶员总总体特性影响响对流率的修修正系数；——车道数对对流率的修正正系数；——交通组成成影响对流率率的修正系数数，见公式；；N——高速公路路单向车道数数。fw侧向净宽单侧有障碍物双侧有障碍物车道宽度（米）车道宽度（米）3.753.53.753.54车道6或84车道6或84车道6或84车道6或8>=1.751.001.000.970.961.001.000.970.961.600.990.990.960.950.990.990.960.951.200.990.990.960.950.980.980.950.940.90.980.980.950.940.960.970.930.930.60.970.970.940.930.940.960.910.920.30.930.950.900.920.870.930.850.8900.900.940.870.910.810.910.790.87驾驶员总体特特性对流率的的修正系数地形条件东部地区中部地区西部地区全国平均平原微丘0.9350.9260.9280.927山岭重丘0.9010.8750.8460.874高速公路分段段通行能力分析析或服务水平平分析要求高高速公路路段段有一致的交交通条件和道道路特性。因因而，通常将将交通或者道道路条件发生生改变的地点点作为分析路路段的终点。。高速公路的一一些地点形成成不同路段的的自然分界点点。任何进口口匝道或出口口匝道就是这这样的分界点点，因为此处处高速公路交交通流量发生生变化。简单单或组合纵坡坡的起终点也也是路段分界界点。任何交交通或道路条条件发生改变变的地点都是是不同路段的的分界点，应应该分别分析析每个分界点点。除了由进口匝匝道和出口匝匝道形成的自自然分界点之之外，出现现下列情况的的地点也是分分析路段的分分界点：车道数发生变变化，右侧侧向净空空发生变化，，坡度变化2%或更多或者连连续上坡超过过1200米，速度限制发生生变化。五、算例算例1已知：四车道道高速公路，，平原地形，，设计速度为为100公里里/小时，单单向高峰小时时交通量568辆/小时时，路段2公公里，坡度0%，车道宽宽2m*3.75m,内内侧路肩0.75m，外外侧路肩2.7m；大中中型车占34%，特大型型车占1%。。试分析其服服务水平，问问其到达可能能通行能力之之前还可增加加多少交通量量。国内标准解：理想通行行能力用设计计车速求得：：CB=2100计算可能通行行能力：C=2100*1*0.80*1*2=3360计算v/c=568/3360=0.16服务水平：100公里设设计速度，一一级增加交通量3360-568=2792VR=100-5=95VP=V/FHV/FW/FP/FN=568/1/1/0.8/2=355D=VP/VR=355/95=3.7<7LOS一级HCMFFS=BFFS-FLW-FLC-FN-FID=100-7.3=92.7VP=V/FHV/FP/N=568/0.8/1/2=355根据速度----流量图，交交通处于A区S=FFS=92.7（568<3400-30*92.7=619）D=VP/S=355/92.7=3.8LOS:A算例2若其年平均均日交通量量为80000辆，，高峰小时时系数取0.9，其其服务水平平为3级，，高峰小时时占年日平平均交通量量的0.09，方向向系数推荐荐为0.55，平原原地区，大大型车占25%，需需要几车道道。解：定向设设计小时交交通量：80000*0.09*0.55=3960120:3960/1950/0.9=2.3=3100:3960/1800/0.9=2.4=380:3960/1500/0.9=2.9=3算例3高速公路基基本情况：：现有的四四车道高速速公路，乡乡村地区，，几何线型型受限制，，丘陵地形形，限速110千米米/小时求解：高峰峰小时服务务水平如何何？已知条件：：单单向双双车道货货车5%车道宽度3.5米高高峰峰小时系数数0.92侧向净空0.6米每每千米米0.6个个立交通勤交通丘丘陵地形高峰小时交交通量2000辆/小时（单单向）算例4高速公路基基本情况：：设计中的新新建郊区高高速公路求解：为保证高峰峰小时能达达到D级服务水平平，应设多多少条车道道已知条件：：交通量为单单向4000辆/小时高高峰小时系系数0.85平原地形每每千米0.9个立交货车15%休闲车辆3%车道宽度3.6米侧侧向净空空1.8米说明：假定为通勤勤交通，因因此fP为1.00假定基本自自由流速度度为120千米/小时因为该高速速公路正在在设计，且且位于郊区区，假定车车道数会影影响自由流流速度。算例5发展中的城城市地区的的六车道高高速公路求解：现在在的高峰小小时服务水水平等级？？三年后的的服务水平平？为避免免交通需求求超过通行行能力应在什么时候候为各方向向增设第四四车道？已知条件：：现有交通通量为单方方向5000辆/小小时六六车道、平原地形、货车10%、三年后的交交通量为单单向5600辆/小小时，高峰小时系系数0.95超过3年后后，交通量量每年增加加4%自自由由流速度为为110km/h（（现场测得得）算例6高速公路基基本情况：：乡村地区区现有的四四车道高速速公路求解：高峰峰小时上坡坡和下坡方方向的服务务水平等级级？已知条件：：单向2车车道高高峰小小时交通量量为230