交通工程学ppt课件(完整版).ppt
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1、第一章 绪 论,11 交通工程学的定义,1.20世纪40年代交通工程学科作为一门独立的学科刚建立时,美国交通工程师学会下的定义是:交通工程学是道路工程学的一个分支,它研究道路规划、几何设计、交通管理和道路网、终点站、毗邻区域用地与各种交通方式的关系,以便使客货运输安全、有效和方便。 2.澳大利亚著名交通工程学家布伦敦教授则认为:交通工程学是关于交通和出行的计测科学,是研究交通流和交通发生的基本规律的科学,为了使人、物安全而有效地移动,将此学科的知识用于交通系统的规划、设计和运营。,3.1983年,世界交通工程师协会会员指南提出:交通工程学是运输工程学的一个分支,它涉及到规划、几何设计、交通管理
2、和道路网、终点站毗连用地与其他运输方式的关系。 4. 前苏联学者把交通工程学定义为:研究交通运输的规划和对交通、道路结构、人工构造物影响的科学。 5. 英国学者则认为,道路工程中研究交通用途与控制、交通规划、线形设计的那一部分称为交通工程学。,12 交通工程学科的研究范围与特点,一.交通工程学的研究范围1.交通特点分析技术2.交通调查方法3.交通流理论4. 道路通行能力分析技术5. 道路交通系统规划理论6.道路交通管理技术7.交通安全技术8.静态交通系统规划9. 交通系统的可持续发展规划10.交通工程的新理论、新方法、新技术,二. 交通工程学的特点1. 系统性2. 综合性3. 交叉性4. 社会
3、性5. 超前性6. 动态性,13 交通工程学科的产生与发展,一. 交通工具的变革与工程的发展1.步行交通时代2.马车交通时代3.汽车交通时代4.智能交通时代,二.交通工程学科的产生与发展1.基础理论形成阶段(20世纪30年代初40年代末)2.交通规划理论形成阶段(20世纪50年代初70年代初)3.交通管理技术形成阶段(20世纪70年代初90年代初)4.智能化交通系统研究阶段(20世纪年代中期开始),14 我国的交通工程现状及发展趋势,一.我国的交通现状1. 综合运输2. 公路交通3. 城市交通二. 我国交通工程学科的产生及面临的任务1. 我国交通工程学科的产生2. 我国交通工程学科面临的任务,
4、(1) 城市交通规划理论与方法研究 城市交通规划中规划化的交通调查内容、方法研究; 城市交通需求预测理论与方法规范化的研究; 城市交通网络计算机模拟技术的研究; 城市交通网络规划理论与方法的研究; 城市交通规划方案评价技术的研究; 城市公共交通系统优化理论与技术的研究; 城市交通规划快速反应系统的理论与方法的研究; 现代先进科学方法在城市交通规划中应用的研究。,(2) 区域综合交通运输规划理论与方法研究 区域交通运输系统数据收集、处理和建模技术的研究; 区域交通运输系统客、货需求预测理论与方法的研究; 区域交通运输网络规划及优化理论与方法的研究; 区域交通运输枢纽和通道布局理论与方法的研究;
5、区域交通运输系统评价理论与方法的研究; 区域交通运输系统决策理论与方法的研究。,(3) 适应我国交通特点的交通控制理论与方法研究区域交通控制软件系统开发与实施的研究;区域交通控制系统设备与配套技术的研究;高等级公路情报采集与信息传输、监控技术的研究;高等级公路与城市道路的交通管理体制、理论方法与设施的研究;高等级公路立交规划设计与评价理论与方法的研究。,(4) 交通流理论方面基础研究交通流三参数关系模型与车辆运行特性的研究;各类交叉口规划、设计与评价的理论及方法的研究;复杂交通条件下交通流模拟仿真系统的研究;不同交通组成、不同道路车头时距的分布特性与可接受间隙的研究;道路网络总体通行能力的理论
6、与计算方法的研究;混合交通条件下的交通流理论、运行与管理的研究。,(5) 交通综合治理方面的理论、方法与措施适应现代交通要求的城市形态与规模的研究;减少客、货出行与运输距离的土地利用合理布局研究;城市交通网络形态与性能的优化与评价的研究;城市交通方式的合理结构研究;城市交通治理的理论模式、规范化方法及程序的研究;城市交通管理体制理论模式与方法的研究;自行车交通特征、适用条件及其路网的规划设计原则与评价方法的研究;停车场需求(机动车与自行车)预测规划设计理论与方法的研究。,(6) 可持续发展的城市交通运输系统研究可持续发展的城市交通系统模式研究;高度信息化社会条件下的城市交通需求预测技术研究;城
7、市交通的资源(能源、土地)消耗预测及评价技术研究;城市交通系统的环境(气环境、声环境)影响预测及评价技术研究;可持续发展的城市交通系统规划理论与方法研究;城市公共交通(公交、地铁、轻轨)优先发展保障体系研究;城市交通系统可持续发展保障体系研究。,(7) 智能交通系统(ITS)基础理论研究 在我国,全面开展ITS研究的条件尚不成熟,可针对我国的实际情况,开展以下几个方面的研究工作: 城市公共交通系统信息化管理技术研究; 城市交通车辆线路诱导技术研究; 城市交通出行信息管理与服务系统的技术开发; 城市交通区域信号控制技术的改进; 高速公路电子收费(不停车收费)技术开发; 高等级公路交通管理技术的开
8、发。,第二章 交通特性,21 人-车-路基本特性,一. 人的交通特性,(一)驾驶员的交通特性驾驶员的职责和要求驾驶员的反应操作过程驾驶员的生理、心理特性 (1)视觉特性 视力 视野 色感 (2)反应特性 (3)驾驶员的心理和个性特点4. 驾驶疲劳,(二)乘客的交通特性 1. 乘客的交通需求心理 2.乘车反应 3.社会影响(三)行人交通特性 1. 行人交通流特性 2. 行人交通特征及相关因素,二.车辆交通特性 三.道路基本特性,(一)汽车基本特性 1. 设计车辆尺寸 2. 动力性能 (1) 最高车速 (2) 加速时间t (3) 最大爬坡能力 3. 制动性能(二)自行车交通特性 1. 自行车的基本
9、特性 2. 自行车的交通特性,1. 路网密度 2. 道路结构 3. 道路线形 4. 道路网布局,22 交通量特性,一. 交通量的定义,交通量 是指在单位时间段内,通过道路某一地点、某一段面或某一条车道的交通实体数。按交通类型分,有机动车交通量、非机动车交通量和行人交通量,一般不加说明则指机动车交通量,且指来往两个方向的车辆数。,1. 年平均日交通量(AADT)2. 月平均日交通量(MADT)3. 周平均日交通量(WADT),二. 交通量的时间分布特性,1. 月变化 一年内各月交通量的变化称为月变化,以一年为周期,统计12个月的交通量,每个月的交通量均不相同。2. 周变化 交通量的周变化是指一周
10、内各天的交通量变化,也称为日变化。3. 时变化 一天24h中,每个小时的交通量亦在不断地变化。,(1)高峰小时交通量 高峰小时内的交通量称为高峰小时交通量。高峰小时交通量占该天全天交通之比称为高峰小时流量比(以%表示)。(2)高峰小时系数PHF 高峰小时系数就是高峰小时交通量与高峰小时内某一时段交通量扩大为高峰小时后的交通量之比。,三. 交通量的空间分布特性,1. 城乡分布 2. 在路段上的分布 3. 交通量的方向分布 4. 交通量在车道上的分布,四. 设计小时交通量及其应用,所谓第30位最高小时交通(30HV)就是将一年中测得的8760个小时交通量,从大到小按序排列,排在第30位的那个小时交
11、通量。 有了较准确的预测交通量、设计通行能力及设计小时交通量,可用公式计算车道数及路幅宽度。,式中:DHV设计小时交通量(辆/h); K设计小时交通量系数(%); n车道数; C1每一车道设计通行能力(辆/h); AADT规划年度的年平均日交通量(辆/d); W路幅宽度(m); W1条车道宽度(m)。在考虑方向不均匀系数的情况下,单向设计小时交通量为:式中:DDHW单向设计小时交通量(辆/h); KD方向不均匀系数(%)。,23 行车速度特性,一. 基本定义,地点车速(Spot speed):车辆通过某一地点时的瞬时车速。 行驶速度(Running speed):从行驶某一区间所需时间及其区间
12、距离求得的车速。运行车速(Operating speed):中等技术水平的司机在良好的气候条件、实际道路状况和交通条件下能保持的安全车速。 行程车速(Overall speed):车辆行驶路程与通过该路程所需的总时间之比。 临界车速(Critical speed)道路理论通行能力达到最大时的车速。 设计车速(Design speed):在道路交通与气候条件良好的情况下仅受道路物理条件限制时所能保持的最大安全车速。,二. 行车速度的统计分布特性,1. 中位车速2. 85%位车速3. 15%位车速与速率波动幅度,三. 时间平均车速与 空间平均车速,1. 时间平均车速在单位时间内测得通过道路某断面各
13、车辆的地点车速,这些地点速度的算术平均值,即为该断面的时间平均车速,即:式中: 时间平均车速(km/h) Vi第i辆车的地点车速(km/h) n单位时间内观测到车辆总数(辆),2. 区间平均车速 在某一特定瞬间,行驶于道路某一特定长度内的全部车辆的车速分布平均值,当观测长度为一定时,某数值为地点车速观测值的调和平均值,其计算公式为:式中: 区间平均车速(m/s); s路段长度(m); ti第i辆车的时间(s); N车辆行驶于路段长度s的次数; Vi第i辆车行驶速度(m/s)。,3.时间平均车速与区间平均车速之间的相互关系 时间平均车速可以推算区间平均车速:式中:t时间平均车速观测值的均方差。
14、由区间平均车速推算时间平均车速:式中:s区间平均车速观测值的均方差。,四. 影响车速变化的因素,1. 驾驶员对车速的影响2. 车辆对车速的影响3. 道路对车速的影响(1)街道类型及等级(2)平均线型(3) 纵断面线型(4)车道数及车道位置(5)视距(6) 侧向净空(7)路面,4. 交通条件对车速的影响(1) 交通量(2) 交通组成 (3) 超车条件(4)交通管理(5) 交通环境的影响,24 交通密度特性,一. 交通密度的定义,密度 是指在一条车道上车辆的密集程度,即在某一瞬时内每单位长度一条车道上的车辆数,又称车流密度,常以K表示,其单位为辆/km,(如为多车道,则应除以车道换算成单车道的车辆
15、数然后再计算,于是有: 式中:K车流密度(辆/km); N单车道路段内的车辆数(辆); L路段长度(km)。 Q单车道上交通量(辆/h); 区间平均车速(km/h)。,二. 车头间距与车头时距,在同向行驶的一列车队中,相邻两辆车的车头之间的距离称为车头间距(或间隔)。路段中所有车头间距的平均值称为平均车头间距(hs)。 道路上车流的车头间距也反映交通密度,根据定义,车头间距hs和密度之间的关系为:hs=1000/K 式中:hs车头间距(m/辆); K密度(辆/km)。,车头时距和交通量之间的关系为: ht=1000/Q 式中:Q道路的交通容量(辆/h); ht平均车头时距(s/辆)。 车头时距
16、hs、车头时距ht及速度V三者之间关系为 :式中:V汽车行驶速度(km/h)。,第三章 交通调查,第三章 交通调查,定义:是一种用客观的手段,测定道路交通流以及与其有关现象的判断,并进行分析,从而了解与掌握交通流的规律。目的:为了向交通城建规划与环保以及公安交通管理等部门 提供改善、优化道路交通的实际参考资料和数据。,31 交通量调查,一.交通量调查目的为了获得车和(或)人在街道或公路系统的选定点处运动情况的真实数据。,交通量分类: 年交通量(辆/a) 日平均交通量(ADT) 年平均日交通量(AADT) 小时交通量(辆/h) 短时流量(min),二. 交通调查,不分流向调查 分流向调查 转向调
17、查或交叉口调查 分车种调查(获得交通流中各车种的交通量) 车辆占用调查 行人交通调查 境界出入调查 分隔查核线调查,三.交通量计数方法,四种方法:人工计数法浮动车法机械计数法录像法浮动车法: (1)调查方法 需要有一辆测试车,一人记录与测试车同向行驶的车辆中,被测试车超越的车辆数和超越测试车的车辆数;另一人报告和记录时间及停驶时间。,(2)调查数据计算 测定方向上的交通量,平均行程时间,平均车速,四. 调查时间常用的调查时间24h交通量调查 周一中午至周五中午之间任何一个连续24h进行观测。16h交通量调查 从上午6时至下午10时。12h交通量调查 从上午7时至下午7时。高峰交通量调查 高峰交
18、通量调查:调查时间视城市规模、与主要交通源(如中心商业区或工业区)的距离 和交通充施的类型(高速公路、幅射干道等)而异。通常为上午79时和下午46时。 周末交通量调查 从星期五中午(或最晚从下午6时)开始至星期一中午(或最早至上午6时 )结束。,五.调查方案,郊区交通量调查方案 郊区交通量调查方案随拟调查地区的类型和规模的不同而有很大的差别。为了得到交通量随季节的变化规律,每种类型的公路上都要设立控制性观测站。每类道路上设十个控制性观测站,每站两个月观测一次,每次一周,一年共观测六次。所有的公路路段上都要设普查性观 测站,每年或两年观测一次,每次观测24或48h,在工作日进行。,城区交通量调查
19、方案 (1)制定调查方案的第一步是将道路系统归类。 (2)控制性观测对通常调查的交通量数据进行必要的控制。 (3)普查性观测用于估算整个道路系统的日平均交通量。 (4)中心商业区的境界出入交通量调查用于观测由中心商业区生成的运输活动。这种调查每隔一年应重复一次。 (5)分隔查核线调查用于考察由于土地使用和出行方式的重大改变而引起的交通量和流向的 大范围变化情况。分隔查核线调查应每隔一年进行一次。,六. 交叉口的流向流量调查,交叉口的流量流向观测 交叉口各观测点的布置交叉口交通量的表示法,32 车速调查,一.车速调查的目的,1. 地点车速调查的目的(1)掌握某地点车速分布规律及速度变化趋势;(2
20、)作为交叉口交通设计的重要参数;(3)用于交通事故分析;(4)判断交通改善措施的成效;(5)确定道路限制车速;(6)设置交通标志的依据;(7)局部地点如道路弯道、坡度、瓶颈等处的交通 改善设计的依据;(8)交通流理论研究中的重要参数。,2. 区间车速调查的目的(1)掌握道路交通现状,作为评价道路服务水平的主要指标;(2)路线改善设计的依据;(3)作为衡量道路上车辆运营经济性(时间和车辆耗油)的重要参数;(4)作为交通规划中路网交通流量分配的重要依据;(5)确定交通管理措施及联动交通信号配时的重要依据;(6)判断道路工程改善措施前后效果对比的重要指标;(7)交通流理论研究中的重要参数。,二.地点
21、车速调查,1. 观测地点的选择 地点车速是表征汽车通过某个地点的瞬间速度。因此,观测地点应选择在交叉口之间、地 形平直、间距较大而又无干扰的路段,一般指无公共汽车站或临时停车站等侧旁停车影响,也不受行人过街道、支街出入口的车辆和行人横向干扰影响的路段,也就是对车速观测者没 有多大影响的路段。,2. 调查时间的选择 调查时间决定于调查的目的和用途,调查车速限制、收集基础资料等一般性的调查,应选择非高峰时段,国外常选用下列三个时段中一个小时。 (1) 9:0017:30 (2) 14:3016:00 (3) 19:0021:00,3. 样本大小的选择 (1)总是选择车队中的第一辆汽车 (2)选择某
22、一车种的比例过大 (3)选取高速车辆比例大4. 地点车速的测量方法 (1)人工量测方法 在观测地点划线量测 用反射镜观测 (2)自动量测方法 道路检测器法 雷达速度计的方法 用光电管方法 摄影量测法。,三.行驶速度与区间速度调查,行驶速度 是指车辆行驶在某一区间时的运行车速,它等于区间距离除以在该区间运行所需要的时间(不包括停车时间)。 区间车速 是指车辆行驶在某一区间时根据道路交通状况而确定的综合车速,是用区间距离除以车辆行驶在该区间的总时间(包括停车时间)求得的。区间车速与行驶车速的区别在于停车时间,两者调查方法一样,只是前者需计入停车时间。,量测行驶时间和行程时间的方法很多,常用的三种:
23、 1.牌照法 2.流动车法 3.跟车法,33 交通密度调查,一. 出入量法,1. 出入量法的基本原理 在某道路上选择A、B两点间的路段为观测路段,车流从A驶向B。观测开始(t=t0)时,AB路段内存在的初始车辆数为E(t0),t时刻内从A处驶入的车辆数为Q(t)。从B处驶出的车辆数为QB(t),则t时刻AB路段内存在的现有车辆数应为初始车辆数与t时刻内AB路段的车辆数改变量之和。即:,t时刻AB路段内的交通密度为:,式中:E(t)t时刻AB路段内存在的现有车辆数; QA(t)从观测开始(t=t)到t时刻内从A处驶入的累计车辆数; QB(t)从观测开始(t=t)到t时刻内从B处驶入的累计车辆数;
24、 E(t0)从观测开始(t=t)时,AB路段存在的初始车辆数; LABAB路段长度(km)。,初始车辆数E(t)的求法: 求初始车辆数E (t)的方法有车牌号码法、照相观测法等。这里介绍一种最简易的方法即试验车法。 设试验车在观测开始(t=t)时从A驶向B。t时刻到达B。从t0到t时刻,通过B处的车辆数为q。若试验车在行驶期间没有超越别的车,也没有被别的车超越时,则q就是t0时刻AB路段内的初始车辆数;如果试验车在行驶期间存在超车和被超车 的现象时,则观测开始(t=t)时在AB路段内的初始车辆数应为:,式中:q从t0到t时刻通过B处的车辆数; a被试验车超越的车辆数; b超越试验车的车辆数。,
25、2. 测定方法(1)用出入量法测定交通密度,适用于高速公路上立交之间无出入交通的路段。由于实测密度均方差为实测时段和区间长度的减函数;为了保证有足够的精度,调查时必须选用路段长度尽量大于800m,时段延续5min以上。(2)在测定路段的两端设置车辆情况示波器或动态录像机,从开始时刻(t0)开始。测定通 过这两端的车辆数,同时还要测定试验车在测定路段内的超车和被超车的车辆数。为了记取试 验车通过AB路段两端的时刻,必须在试验车上标以特殊的记号。此时,若使用车辆情况示波器进行测定。当试验车通过两端时,要按动显示器把具有特殊记号的试验车记录在记录纸上;若使用动态录像机,也要对准试验车的记号摄影,以便
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