通行能力分析经典讲义(1).ppt

第五章道路通行能力分析,道路通行能力是道路规划、设计及交通管理等方面的基本参数，其具体数值的变化随道路等级、线形、路况、交通管理与交通状况的不同而有显著的变化。城市道路通行能力实际上主要受交叉口通行能力的制约，如交叉口管理不善致使通行能力不高，路段上通行能力再大也无法发挥作用。因此，除研究路段上通行能力外，主要应研究与提高各种类型交叉口的通行能力。道路的通行能力和服务水平从不同的角度反映了道路的性质与功能，通行能力主要反映道路服务数量的多少或能力的大小，服务水平主要反映了道路服务质量或服务的满意程度。通行能力和服务水平两者是不能分开的。,第一节 道路通行能力和服务水平,一、道路通行能力概述(一)基本概念道路通行能力是道路能够疏导或处理交通流的能力。日本道路通行能力定义为：在一定时间内能通过道路某截面的最大车辆数。美国定义为：一定时段和通常的道路、交通与管制条件下，能合情合理地希望人或车辆通过道路或车行道的一点或均匀路段的最大流率，通常以人h或辆h表示。我国的定义：道路通行能力是指道路上某一点、某一车道或某一断面处，单位时间内可能通过的最大交通实体(车辆或行人)数，亦称道路通行能量，用辆h或用辆昼夜或辆秒表示的，车辆多指小汽车，当有其它车辆混入时，均采用等效通行能力的当量车为单位(pcu)。,第一节 道路通行能力和服务水平,城市道路和公路中的高速公路、一级公路采用小客车为基本单位，其它车辆均换算为当量小客车(pcu)。其它各级公路均以中型货车为基本单位，其它车辆均换算为中型货车。通行能力是一般指所分析的道路、设施没有任何变化，还假定其具有良好的气候条件和路面条件下的通过能力，如条件有任何变化都会引起通行能力的变化。总之，道路通行能力不是一个一成不变的定值，是随其影响因素变化而变动的疏解交通的能力。,第一节 道路通行能力和服务水平,(二)影响因素通行能力影响因素：1)道路条件，是指街道或公路的几何条件，包括交通设施的种类、性质及其形成的环境，每个方向车道数、车道和路肩宽度、侧向净空以及平面纵面线形等。2)交通条件，是指使用道路的交通流特性设计速度、客车、货车、大车、小车、长途、短途等交通组成和分布，车道中交通密度、流量，流向及方向分布，横向干扰等。3)管制条件，是指道路管制设施装备的类型、管理体制的层次，交通信号的位置、种类、配时等影响通行能力的关键性管制条件，其它还有停车让路标志、车道使用限制，转弯禁限等措施。4)其它条件，有气候、温度、地形、风力、心理因素等。,第一节 道路通行能力和服务水平,(三)道路通行能力的作用道路通行能力是道路交通特征的一个重要方面，也是一项重要指标，确定道路通行能力是道路交通规划、设计、管理与养护的需要，也是道路交通工程技术经济管理人员的一项重要任务，同时也是解决以下诸课题的基础和依据：1)规划方面。道路通行能力可以作为铁路、公路、水运、空运等各种方式的方案比选依据；线形改善方案；交通枢纽的规划、设计改建及交通设施配置；城市街道网规划、公路网设计和方案比选的依据。2)道路设计方面。通过道路通行能力和设计交通量的具体分析，可确定新建道路的等级、性质、主要技术指标和线形几何要素；老路或旧街改建的主要依据。3)交通管理方面。,第一节 道路通行能力和服务水平,(四)道路通行能力的类别（按所处部位分类）1)较长路段畅通无阻的连续行驶车流的通行能力，一般称为路段通行能力，它是所有道路交通系统都必须考虑的；2)在有横向干扰条件下，时通时断、不连续车流的通行能力，如具有平面信号交叉口的城市道路的通行能力；3)在合流、分流或交叉运行状态下的通行能力，如各类匝道收费口及其附近连接段的通行能力；4)交织运行状态下的通行能力，如立体交叉的各类匝道、常规环道上车流的通行能力。,第一节 道路通行能力和服务水平,(四)道路通行能力的类别（按通行能力的性质和使用要求）1950年版的美国道路通行能力手册(下简称手册)中按通行能力的性质和使用要求，将其划分为基本通行能力、可能（实际）通行能力和设计（实用）通行能力。1965年版手册提出了“服务水平”这一概念，就将通行能力与服务水平联系起来。1985年手册将道路通行能力分为理想条件下的通行能力、受各种条件限制下的实际通行能力、在一定服务水平条件下的最大服务流率。1994年及2000年版手册，在公共交通城市道路交通方面有所加强，还增加了交通走廊与区域交通的分析，对部分修正系数进行了调整和简化，国情不同，不可能生搬硬套，还须结合我国的具体条件，采用适合我国当前道路交通实际状况的指标，但其研究方法和思路可以参考借鉴。,第一节 道路通行能力和服务水平,二、道路服务水平概述(一)服务水平概念服务水平是指道路使用者从道路状况、交通与管制条件、道路环境等方面可能得到的服务程度或服务质量。如可以提供的行车速度、舒适、方便、驾驶员的视野，以及经济安全等方面所能得到的实际效果与服务程度。不同的服务水平允许通过的交通量不同，称之为服务流率或服务交通量。服务等级高的道路车速快，延误少，驾驶员开车的自由度大，舒适性与安全性好，但要求提供相应的服务交通量就小；反之，允许的服务交通量就大，则服务水平低。,第一节 道路通行能力和服务水平,二、道路服务水平概述目前服务水平大体按下列指标划分：1)行车速度和运行时间；2)车辆行驶时的自由程度(通畅性)；3)交通受阻或受干扰的程度，以及行车延误和每公里停 车次数等；4)行车的安全性(事故率和经济损失等)；5)行车的舒适性和乘客满意的程度；6)最大密度，每车道每公里范围内车辆的最大密度；7)经济性(行驶费用)。,第一节 道路通行能力和服务水平,二、道路服务水平概述由于实际确定服务等级时，难以全面考虑和综合上述请因素，往往仅以其中的某几项指标作为代表。如行车速度及服务交通量与通行能力之比，作为路段评定服务等级的主要影响因素。同时，由于这几项指标比较易于观测，而且车速和服务交通量也同其它因素有关，所以取此二者作为评价服务水平的主要指标是有一定根据的。同时，也因评价设施的性质和车辆运行情况的不同而异，如评价信号交叉口采用每辆车的平均延误时间(秒辆)，无信号交叉口采用储备通行能力，市区干道采用平均行程速度等作为主要服务水平评价的依据。又如2000年版美国手册中高速公路采用最大密度，最小速度，最大服务流率和VC比，作为服务水平的指标。,第一节 道路通行能力和服务水平,(二)道路服务水平分级服务水平亦称服务等级，是用来衡量道路为驾驶员、乘客所提供的服务质量的等级，其质量可以从自由运行、高速、舒适、方便、安全满意的最高水平，到拥挤、受阻、停停开开、难以忍受的最低水平。服务等级各国划分不一，一般均根据本国的道路交通的具体条件划分为36个服务等级。日本分为三个等级，我国分为四个等级，前苏联亦分为四个等级，美国定为6个等级。,美国将服务水平分为A至F六级描述摘要如下：服务水平A：交通量很小，为自由流，使用者不受或基本不受交通流中其他车辆的影响，有非常高的自由度来选择所期望的速度和进行驾驶，为驾驶员和乘客提供的舒适便利程度极高。服务水平B：交通量较前增加，交通在稳定流范围内的较好部分。在交通流中，开始易受其他车辆的影响，选择速度的自由度相对来说还不受影响，但驾驶自由度比服务水平A稍有下降。由于其他车辆开始对少数驾驶员的驾驶行为产生影响，因此所提供的舒适和便利程度较服务水平A低一些。,服务水平C：交通量大于服务水平B，交通处在稳定流范围的中间部分，但车辆间的相互影响变得大起来，选择速度受到其他车辆的影响，驾驶时需相当留心部分其他车辆，舒适和便利程度有明显下降。服务水平D：交通量又增大，交通处在稳定交通流范围的较差部分。速度和驾驶自由度受到严格约束，舒适和便利程度低下。当接近这一服务水平下限时，交通量有少量增加就会在运行方面出现问题。,服务水平E：此服务水平的交通常处于不稳定流范围，接近或达到水平最大交通量时，交通量有小的增加，或交通流内部有小的扰动就将产生大的运行问题，甚至发生交通中断。此水平内所有车速降到一个低的但相对均匀的值，驾驶自由度极低，舒适和便利程度也非常低，驾驶员受到的挫折通常是大的。此服务水平下限时的最大交通量即为基本通行能力(理想条件下)或可能通行能力(具体公路)。服务水平F：交通处于强制流状态，车辆经常排成队，跟着前面的车辆停停走走，极不稳定。在此服务水平中，交通量与速度同时由大变小，直到零为止，而交通密度则随交通量的减少而增大。以上六级服务水平描述针对非中断性交通流的公路设施。我国公路服务水平现分为四级，一级相当于美国的AB两级，二、三级分别相当于美国的C级及D级，四级相当于美国的E、F两级。,第二节 道路路段通行能力,按照交通流运行特性变化，可将快速路、高速公路分为基本路段、交织区、匝道或通道连接点三个部分，按道路结构物造型分为路段、交叉口和匝道，按车辆运行形态不同则有分流、合流、交织与交叉等，现公路技术标准和惯例均按基本路段、交织、匝道和连接处四个部分，城市则按路段和路口分析。所谓基本路段系指道路不受立交匝道及其附近合流、分流、交织、交叉影响的路段，它是道路的主干和重要组成部分：,第二节 道路路段通行能力,一、基本通行能力 基本通行能力或称理想通行能力是指道路与交通处于理想情况下，每一条车道(或每一条道路)在单位时间内能够通过的最大交通量。理想的道路条件主要是车道宽度应不小于3.65m，(我国公路则定为3.75m)路旁的侧向余宽不小于1.75m，纵坡平缓，并有开阔的视野、良好的平面线形和路面状况。理想的交通条件主要是车辆组成为单一的标准型汽车，在一条车道上以相同的速度，连续不断地行驶，各车辆之间保持与车速相适应的最小车头间隔，且无任何方向的干扰。在这样的理想条件下，建立的车流计算模式，所得出的最大交通通过量，即基本通行能力，亦称理论通行能力，其公式推导如下：,第二节 道路路段通行能力,最大交通量为：,t0时刻,t1时刻,t2时刻,t时刻前车开始减速位置,前车完全停止位置,后车完全停止位置,后车开始减速位置,匀速运动,匀减速运动,二、实际（可能）通行能力 实际通行能力是在实际的道路和交通条件下，单位时间内通过道路上某一点（或某一断面）的最大可能交通量。(一)概述影响通行能力的因素很多，只能择其影响大的主要因素修正。各国根据本国国情和交通实况，对不同等级的道路选用不同的修正项目。如：一般公路通行能力的修正，主要考虑行车道宽度、方向分布、横向干扰、交通组成等；高速公路只考虑行车道宽度、左侧路肩宽度与交通组成。美国2000年版手册修正因素为车道宽度，侧向净空，重车混入率，驾驶员素质等。基本通行能力，各国所定的指标比较接近，而实际通行能力，因国情不同，认识不同，修正的因素不同，相差较大。实际通行能力CCo宽度修正重车修正纵坡修正。,(二)影响通行能力的修正系数,1道路条件的修正系数 道路条件影响通行能力的因素很多，不能一一修正，只能选择其影响大的主要方面予以修正。1)车道宽度修正系数 根据国内外对道路宽度影响通行能力的实际观测均认为，当车道宽度达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。我国规定为3.75m，美国规定该宽度为3.65m，小于此宽度应修正。2)侧向净空受限的修正系数 侧向净空是指车道外边缘至路侧障碍物(护墙、桥栏、挡墙、灯柱、临时停放的车辆等)的横向距离，根据实际调查表明，当侧向净空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。当侧向净空不足时，应予以修正。,(二)影响通行能力的修正系数,1道路条件的修正系数 3)纵坡度修正系数 道路纵坡的大小对行车速度有很大的影响，特别是对于载重货车、拖挂车，当纵坡越大，车速降低越多，通行能力亦随之而降低。国外均以小汽车为标准车型，由于小汽车后备功率大，当纵坡小于7时，车速降低很少，因而可不予修正。但我国当前在街道上行驶的多为大客车和载重货车，在坡道上行驶，车速降低很多，因此应予以修正。通过国内行车的实践我们认为，坡度大小和坡道长短对车速和通行能力均有影响，故两者应同时考虑。采用当量法，将一辆载货汽车换算成多少辆小汽车，然后用小汽车的当量值来计算。修正系数可按下式计算：,(二)影响通行能力的修正系数,1道路条件的修正系数4)视距不足修正系数 道路线形的几何要素应满足设计车速的条件，按公路路线设计规范(JTJ1194)的要求，但由于客观原因视距不足，往往不能满足行车要求，特别是超车的要求。如平曲线或竖曲线路段，可按其占道路全长的百分数进行修正。视距不足的路段越长，则其影响越大。视距不足的修正，只适用于双车道道路，其修正值见表520。对于匝道视距修正可参阅表521。,5)沿途条件修正系数 沿途条件是指道路两旁街道化程度，和横向干扰，由于道路两侧有建筑物，常产生行人和非机动车流对汽车的干扰，从而迫使汽车降速和通行能力降低。攻关组将街道化程度列于对速度的影响，而将横向干扰列入对计算的通行能力的影响予以修正(表522),2交通条件修正系数 交通条件的修正主要是指车辆的组成，特别是混合交通情况下，车辆类型众多，大小不一，占用道路面积不同，性能不同，速度不同，相互干扰大，严重影响了道路的通行能力。为了使不同类型的车辆换算为同一车型，一般根据所占道路面积和行车速度的比值进行换算，亦有用平均车头时距的比值进行换算。我国公路工程技术标准(JTJ00197)规定，车辆换算系数见第三章(表3-2)。,例5-1 某一道路上坡坡度为4，坡道长度为341mile，载货汽车占交通量的20，求坡度修正系数。解：当坡长341mile，坡度为4，货车占20，由表5-15，得ET=4.5已知PT20，代入式(5-3)则得：例5-2 某微丘地区四车道高速公路设计车速100kmh，路基宽27.5m，其中两侧土路肩与路缘带均为0.75m，硬路肩亦各为3m，中央分隔带2m，纵坡为1，设计小时交通量为小汽车2400辆，大中型汽车480辆，特大型汽车70辆。试求该路有无超过其通行能力，如无，其服务水平如何?,解：先进行交通量换算，按表5-19不同纵坡与交通量其换算系数不同。大中型车480辆，纵坡为1，换算系ET在1.5与2.8之间，特大型车为70辆，纵坡为1，换算系数ET在2与9之间。经内插计算分别为ET 2.149，ET特2.490，则：当量交通量2400十4802.149十702.493594，取3600(pcu)h。方向分布，高速公路取5050，车道分布采用4060，则得负荷较重右侧车道Q右3600260pcuh1080pcu h，再求算实际条件下通行能力，由表5-11得知V100kmh，基本通行能力C。2200pcuh，查修正系数fcw、fsw、fHV，fcw因车道宽3.75故为1，fsw因硬肩宽度3m亦为1；,计算实际通行能力：最大负荷Q右为1080pcu/h实际通行能力(C实=1600)，可以通过。再计算负荷度QC108016000.67。查表5-1，得知二级VC0.68，故其服务水平为二级。,则：,三、规划（或设计、实用）通行能力 设计通行能力或称规划通行能力，是指道路根据使用要求的不同，不同服务水平条件下所具有的通行能力，也就是要求道路所承担的服务交通量，通常作为道路规划和设计的依据。只要确定道路的基本通行能力，再乘以给定服务水平的服务交通量与通行能力之比，就得到规划(设计)通行能力，即：上例中服务交通量与通行能力之比VC0.68，故上列中 N规划22000.681496pcuh，大于负荷较重右侧车道的1080pcuh，若以实际交通负荷计算其服务水平，108022000.49，则介于表5-1一级0.32与二级0.68之间，交通流状态处于自由流与稳定流之间的状态，超车速度选择基本自由状态，延误与干扰很少。,对于高速公路，左侧为超车道，右侧通行车道，故右侧车道行驶的车辆常较左侧为多，实际设计时如有实测数据，最好以实测值为据。若为一般公路则由内侧车道驶出通过外侧车道，这种车道转移常常影响正常行驶的汽车，主要是外侧车道受干扰最大，故处于不同位置的车行道所受干扰不同，受影响的程度也不同。通常以靠近路中线或中央分隔带的车行道为第一条车行道，其通行能力为1(即100)，第二条车行道的通行能力为第一条车道的0.80.9，第三条车道的通行能力则为 0.650.8，第四条车道的通行能力则为0.50.65。这样，多车道的总通行能力可以写成：式中：N1-为第一条车道的通行能力(辆h)；Kn-为相应于各车道的折减系数。具体选用的范围，可根据街道性质、车辆出入与转移车道的频率、两旁慢行车辆的影响情况等合理选定。,