道路通行能力分析新课件.ppt

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1、交通工程(Traffic Engineering),授课人：王智超土木工程与力学学院,2023/1/25,交通工程,第五章,道路通行能力分析,2023/1/25,交通工程,目 录(contents),5-1 道路通行能力和服务水平5-2 道路路段通行能力5-3 交织区与匝道的通行能力5-4 平面交叉口的通行能力,2023/1/25,交通工程,5-1 道路通行能力和服务水平,通行能力主要反映了道路服务的数量或负荷能力;服务水平主要反映了道路服务的质量或满意程度,5-1-1 道路通行能力(道路容量）,基本概念在一定的时间段内和在通常的道路、交通、管制条件下，能合理的期望人和车辆通过道路某一断面或地

2、点的最大交通体数量。,2023/1/25,交通工程,通行能力和交通量两者都是单位时间内通过道路某断面的交通体数量。通行能力反映了道路的容量,是道路容纳性能的一种量度；交通量反映了道路实际负荷交通的数量大小，是交通体根据实际情况在道路上运行的具体体现。,道路通行能力分析的主要目的确定某道路设施在通常条件下能容纳的最大交通量确定在保持与规定运行特性相适应的条件下，某道路设施所能容纳的最大交通量,2023/1/25,交通工程,道路通行能力分析的作用确定新建道路的等级、性质、主要技术指标和线形几何要素确定现有道路系统或某一路段所存在的问题，针对问题提出改进方案和措施，为道路改建和改善提供依据作为交通枢

3、纽的规划、设计及交通设施配置的依据为制定交通组织、交通疏导、交通引导、交通量均衡、交通总量控制和综合治理等交通系统管理方案提供依据为制定交通管理、交通控制方案，以及交通渠化、信号配时优化方案设计及选择等提供依据,2023/1/25,交通工程,影响因素道路条件:车道宽度、车道数、侧向净空、附加车道、几何线形、视距、坡度和设计车速交通条件:车流中的车辆组成、车道分布、方向分布管制条件:交通法规、控制方式、管理措施环境条件:街道化程度、商业化程度、横向干扰、非交通占道气候条件:风、雨、雪、雾等恶劣天气规定运行条件:计算通行能力的限制条件,2023/1/25,交通工程,通行能力的分类,基本通行能力：其

4、含义是“理想条件”下，公路设施在四级服务水平时所能通行的最大小时交通量，即理论上所能通行的最大小时交通量。通常以高速公路上观测到的最大交通量为基准(理想、理论通行能力)实际通行能力：其含义是根据该设施具体的公路几何构造、交通条件以及交通管理水平，对基本通行能力按实际公路条件、交通条件等进行相应修正后的小时交通量。是现实条件道路上的最大交通量（可能通行能力）设计通行能力：其含义是设计某一公路设施时，根据对交通运行质量的要求，即在一定服务水平要求下，公路设施所能通行的最大小时交通量。因此，设计通行能力与选取的服务水平级别有关。是道路规划、设计的依据（实用通行能力）,2023/1/25,交通工程,基

5、本通行能力,可能通行能力,设计通行能力,三者间的关系,各种修正系数,指定服务水平下的V/C比,2023/1/25,交通工程,高速公路（控制进入）的基本路段；不控制进入的多车道公路路段；不控制进入的双车道公路路段；混合交通双车道公路路段；匝道，包括匝道主线连接部分；交织区；无信号控制的平面交叉；信号控制的平面交叉；市区及近郊干线道路。,需分别进行通行能力和服务水平分析的公路组成部分,2023/1/25,交通工程,5-1-2 道路服务水平,基本概念道路使用者根据交通状态，从速度、舒适、方便、经济和安全等方面得到的服务程度，即在某种交通条件下所提供运行服务的服务质量。服务流率与评价指标服务流率:在通

6、常的道路条件、交通条件和管制条件下，在给定时间周期内保持规定的服务水平，合理地期望人或车辆通过一条车道或道路的一点或均匀断面，所能达到的最大小时流量。评价指标:行车速度和运行时间;车辆行驶时的自由程度;交通受阻或干扰的程度,以及行车延误和每公里停车次数等;行车安全性;行车的舒适性和乘客满意的程度;经济性。,2023/1/25,交通工程,各类公路设施评价服务水平的主要参数,pcu当量小汽车（passenger car unit）ln 车道数,2023/1/25,交通工程,服务水平分级美国分为六级：A级 自由流；B级 低密稳定流；C级 中密稳定流；D级 高密稳定流；E级 接近饱和状态；F级 过饱和

7、状态。,美国道路设施服务水平标准,2023/1/25,交通工程,LOS A,LOS B,LOS C,LOS D,LOS E,LOS F,美国道路设施服务水平标准,2023/1/25,交通工程,流量,速,度,自由流,稳 定 流,强制流,0,A,B,C,不稳定流,D,E,F,2023/1/25,交通工程,我国分为四级：一级、二级、三级、四级。,LOS I,LOS III,LOS II,LOS IV,2023/1/25,交通工程,5-2 道路路段通行能力,5-2-1 基本通行能力,基本通行能力：道路与交通处于理想条件下，每一条车道（或道路）在单位时间内能够通过的最大交通量。理想道路条件：车道宽度不小

8、于3.75米，侧向余宽不小于1.75米，纵坡平缓并有足够的行车视距、良好的平面线形和路面状况。理想交通条件：车流组成为单一的标准型汽车，在一条车道上，比相同的速度连续行驶，车辆之间均保持与车速相适应的最小安全车头间隔，且流向分配均衡，无任何方向干扰。,2023/1/25,交通工程,计算的最大交通量为:,行驶车辆之间的最小安全间距为：,l安一般取用2m,t可取1s,附着系数与轮胎花纹、路面粗糙度、平整度、表面湿度、行车速度等因素有关(如表5-9)。车辆长度对于小汽车采用6m,对于解放牌汽车采用12m:,2023/1/25,交通工程,2023/1/25,交通工程,2023/1/25,交通工程,20

9、23/1/25,交通工程,5-2-2 实际通行能力,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的最大可能交通量。,式中：CP可能通行能力 CB基本通行能力 fi各项修正系数(道路和交通条件的修正系数),道路条件:1)车道数修正系数fN；2)车道宽度修正系数fw；3)侧向净空受限修正系数fcw；4)车道硬路肩宽度修正fsw；5)交通组成修正系数fHV；6)方向分布修正系数fd；7)路侧干扰修正系数ff；8)平面交叉修正系数fj；9)驾驶员条件对通行能力的修正系数fp。,交通条件:使不同类型的车辆换算为同一车型。,2023/1/25,交通工程,1）高速公路：,fN：六车道及

10、其以上取0.98一0.99；fp：通常在0.95一1.00之间。,2023/1/25,交通工程,2）一级公路路段：,fN：取0.95一0.97；fp：通常在0.95一1.00之间。,2023/1/25,交通工程,3）二级公路、三级公路：,2023/1/25,交通工程,5-2-3 设计（或规划）通行能力,设计通行能力是由不同服务水平规定条件下的通行能力，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：,在公路设计中，原则上：高速公路和一级公路采用二级服务水平进行设计；二级公路、三级公路和平面交叉采用三级服务水平设计；四级公路为支线公路和地方公路，主要提供短途的可达性运输服务，因此

11、，四级公路服务水平不作规定，可视其用途、作用、目的等需求而确定。,2023/1/25,交通工程,例5-1 某微丘地区四个道高速公路设计车速100km/h,路基宽26m，其中两侧路肩与路绿带均为0.75m,硬路肩均为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：先进行交通员换算,按表5-19,经内插计算分别为,再求算实际条件下通行能力，由表5-1得知,查修正系数:,2023/1/25,交通工程,计算实际通行能力:,近似取为:,再计算负荷度:,查表，得知二级VC0.68,故其服务水平为二级

12、。,2023/1/25,交通工程,例5-2 一四车道高速公路，设计速度为100km/h，单向高峰小时交通量=1800veh/h，大型车占40%，车道宽 3.50m，侧向净空为1.75m，紧挨行车道两边均有障碍物，重丘地形。分析其服务水平，问其达到可能通行能力之前还可增加多少交通量。实地观测的平均速度为56km/h。,解：为求服务水平要计算VC：（l）查表5-1220，得诸修正系数,（2）计算VC,（3）该公路服务水平属三级,2023/1/25,交通工程,4）求算达到可能通行能力前可增加的交通量行车道的可能通行能力:,达到可能通行能力前可增加的交通量V：,2023/1/25,交通工程,5-3 交

13、织区与匝道的通行能力,5-3-1 交织区基本概念,1.定义：交织路段是指两股或两股以上交通流运行总方向基本相同的车流，先实现合流而后分流的整个运行过程所需的路段。,交织路段图示,(50m交织区长度600m),2023/1/25,交通工程,2.交织区分类：简单交织区和多重交织区两类。,简单交织区：由单一汇合点连着单一分离点形成；多重交织区：由1个汇合点连着2个分离点，或2个汇合点连着1个分离点。,通常也可简单分类和类：,类交织区示意图,类交织区示意图,2023/1/25,交通工程,3.交织运行特性,交织区的车流运行关键在于车辆运行的交织操作，它影响到行驶车速、车头时距以及行车安全。交织长度和交织

14、断面车道数是交织运行效率的2个主要参数。随交织流量的增加，交织区的运行效率会下降。,交织区流量之和为：Q总=Q01+Q02+Qw1+Qw2,交织流量比：VR=(Qw1+Qw2)/Q总,设：Qw1Qw2，则,交织比：r=Qw1/Qw2,2023/1/25,交通工程,5-3-2 交织区通行能力和速度计算,1.通行能力的计算,交织区的通行能力和运行速度同交织区长度、车道数、交织流量比、总交通量及交织区车道构造等因素有关。,式中：rs 交织区类型修正系数，其中：类交织区rs=0.95，类交织区rs=1.0。rN 交织区内车道数修正系数；rL 交织区长度修正系数。0.128ln(L)+0.181rVR

15、交织流量比修正系数,2023/1/25,交通工程,2.速度的计算,公式表明：交织区运行速度同交织区长度、车道数正相关，与交织流量比、总交通量负相关。,式中：SW 交织车辆的平均行驶速度 SnW 非交织车辆的平均行驶速度 VR 交通量比值，V 交织区内总流量 N 交织区内车道总数 L 交织区段长度,2023/1/25,交通工程,3.交织区段服务水平,评价交织区运行质量的因素有密度、流速和流率，但最重要的是行车密度和V/C。,2023/1/25,交通工程,5-3-3 匝道的通行能力,1.匝道的定义：是联系不同高程上两条交叉线路、供两线路车辆实现方向转换的连接道路。一般有一个入口和一个出口，由于线形

16、变化较大且常有纵坡和小半径的转弯，故通行能力较正常路段要低。,2匝道的形式、类型基本形式：右转、左转特殊形式：定向 对角线 单向单车道 单向双车道,3.运行特征：有出入口车辆的运行及其在匝道上的运行，包括分流、合流、交织运行，亦有加速、减速运行，上坡、下坡，小曲线甚至反向曲线的运行。单向单车道匝道不允许超车。,2023/1/25,交通工程,4.匝道的通行能力计算,1)实际条件下，自由流速度FV的可按下式计算：,FV0按匝道转弯半径计算的行车速度（km/h）；FFVW行车宽度修正系数（km/h）；FFVV视距修正系数（km/h）；FFVSL纵坡修正系数（km/h）；FFVS分隔带修正系数（km/

17、h）；FFVUD驶入道路修正系数（km/h）。,式中：,2023/1/25,交通工程,2)按匝道转弯半径计算的行车速度FV0,利用线性设计的基本公式：,R 匝道最小曲率半径（m）；i 匝道最大超高横坡度（%）；最大侧向力系数，一般采用0.12。,式中：,3）匝道通行能力计算,2023/1/25,交通工程,合流 两股分开的车流运行于同一方向，合并成一股车流的过程；分流 一股单独的交通流分成两股或多股车流；合流、分流部分的通行能力是指高速公路与匝道连接部分的通行能力。,5-3-4 匝道与主线连接处的通行能力,合流、分流、交织示意图,2023/1/25,交通工程,高速公路组成和影响范围,2023/1

18、/25,交通工程,匝道交通量Vr驶入匝道上游主路单向交通量Vf主路单向最大交通量Vf与相邻上游和（或）下游匝道的距离Du、Dd相邻上游和（或）下游匝道的交通量Vu、Vd匝道型式（驶入还是驶出、在连接处的匝道车道数等）,分合流点通行能力的相关因素分析：,一般分析计算连接处通行能力时，要分析三个关键交通量：,汇合交通量Vm：用于驶入匝道分离交通量Vd：用于驶出匝道主线交通量Vf：用于任何汇合或分离点,2023/1/25,交通工程,合流部分的通行能力：,V1=136+0.345Vf-0.115Vr式中：V1高速公路外侧车道交通量 Vf高速公路总交通量 Vr匝道交通量适用条件：4车道高速公路上单车道驶

19、入匝道(不是环形)，有或没有加速车道；在610米范围内没有相邻上游驶入匝道存在时；使用交通量范围：Vf=4003400pcu/h,Vr=50 1500pcu/h。,2023/1/25,交通工程,分流部分通行能力：,V1=165+0.345Vf+0.52Vr式中：V1高速公路外侧车道交通量 Vf高速公路总交通量 Vr匝道交通量适用条件：4车道高速公路上单车道驶出匝道，有或没有减速车道在975米范围内没有相邻上游驶入匝道存在时使用交通量范围：Vf=4004200pcu/h,Vr=50 1500pcu/h,2023/1/25,交通工程,5-4 平面交叉口的通行能力,5-4-1 概述,基本概念两条不同

20、方向的车流通过平交路口时会产生车流的交叉,平交路口可能通过的最大交通量就是平面交叉口的通行能力.它不仅与交叉口所占面积、形状、入口引道车道条数、车道宽度、几何线形及环境条件有关，而且受相交车流通过交叉口的运行方式交通管理措施等方面的影响。,分类根据车流的运行方式,平交路口分为不加任何交通管制的交叉口、中央设圆形岛的环形交立口和设置色灯信号叉口。,2023/1/25,交通工程,5-4-2 无信号管制的交叉口通行能力,无信号交叉口的交通控制方式多运用优先规则控制，因此，可以根据可插间隙理论计算此类交叉口的通行能力。,十字形交叉路口通行能力计算方法：,式中：Q非非优先的次干道上可以通过的交通量 Q优

21、主干道优先通行的双向交通量 主干道车辆到达率 可供次干道车辆穿越主干道车流的临界车头时距 次干道上车辆间的最小车头时距,2023/1/25,交通工程,次干道通行能力*（pcu/h）,*次干道通行能力超过主干道双向交通量的一半是很少出现的,美国规定的主干道优先时支路通行能力的经验值,2023/1/25,交通工程,T行交叉路口交通流向图,式中：次干道车辆可穿越汇入主干道车流的车头时距 1优先车流的最小车头时距 2非优先车流的最小车头时距,2023/1/25,交通工程,5-4-3 环形交叉口通行能力,常规环形交叉口 中心岛为圆形或椭圆形，直径一般在25米以上，交织段长度和交织角大小有一定要求，入口引

22、道一般不扩大成喇叭形;小型环形交叉口 中心岛的直径小于25米，引道入口处适当加宽成喇叭形，便于车辆进入交叉口;微型环形交叉口 中心岛直径一般小于4米，不一定作成圆形或高出路面，可以在路面上施划各种标志和设置交通岛，主要起引导与分隔作用。,2023/1/25,交通工程,常规环形交叉口计算图示,常规环形交叉口通行能力计算,式中：Qm交织段最大通行能力，pcu/h l 交织段长度，m W交织段宽度，m P交织段内参与交织车辆占全部车辆的比例 e入口引道平均宽度，m，e=(e1+e2)/2,沃尔卓普公式：,2023/1/25,交通工程,英国环境部暂行公式：,适当折减公式：,2023/1/25,交通工程

23、,小型环形交叉口通行能力计算用图,(1)英国运输与道路研究所(TRRL)在所有进口引道交通量均呈饱和状态情况下，经多次实验后得出小型环形交叉口总通行能力的简化计算公式:,小型环形交叉口通行能力计算,式中：Q环形交叉口总通行能力W所有引道基本宽度总和 A引道拓宽所增加的总面积，A=a K1计算系数,2023/1/25,交通工程,(2)纽卡塞(New Castle)根据TRRL公式作进一步简化，将A、W两参数均归纳为内接圆直径D，然后根据交叉道路条数选取K2值来进行调整，即,式中：Q交叉口实用总通行能力 D内接圆直径(m)K2计算参数,Q=K2D,2023/1/25,交通工程,5-4-4 信号交叉

24、口机动车的通行能力,停车线法,原理：计算信号控制交叉口通行能力时应以停车线为控制断面，即认为无论左转、直行还是右转，只要在有效绿灯时间内通过停车线，就视为通过了交叉口。,2023/1/25,交通工程,一条直行车道的通行能力,式中：T信号灯周期，一般取用6090s，亦有用到120sCs一条直行车道的设计通行能力，veh/h tG周期内绿灯时间，s t0绿灯亮后，第一辆车启动、通过停车线的时间，s，平均取t0=2.3s ti直行车通过停车线的车头时距，s折减系数，建议采用0.9,混合车与车辆组成有关：,2023/1/25,交通工程,混合行驶车道的通行能力,混行车道有3种组合方式，即直左车道、直右车

25、道和左直右车道，其通行能力分别用CSL、CSR、CLSR来表示，计算公式为：,式中：KL左转车影响系数 PL左转车占进口交通量比例,CSR=CSCLSR=CSLCSL=CSKL=CS(1-0.5PL),2023/1/25,交通工程,专用左转和专用右转车道的通行能力,CE=CS/(1-PL-PR)CL=CEPLCR=CEPR,式中：CE进口通行能力CL专用左转车道通行能力CR专用右转车道通行能力CS 进口左右直行车道通行能力PL 左转车占进口交通量比例PR 右转车占进口交通量比例,2023/1/25,交通工程,交叉口设计通行能力,式中：C交叉口设计通行能力 Cei某进口设计通行能力 n交叉口进口

26、道数,2023/1/25,交通工程,冲突点法认为计算信号交叉口通行能力应以直行和左转冲突点为控制断面，即认为车辆只有通过冲突点之后才视为通过交叉口;冲突点法提出以直行和左转车辆通过冲突点的通行能力与右转通行能力之和作为通过交叉口的通行能力.,冲突点法,2023/1/25,交通工程,式中：Ci通过第i冲突点的（直行+左转）的周期通行能力 C交叉口设计小时通行能力 G周期内绿灯时间 m该进口道的直行车道数 hmm条直行车道时车辆通过冲突点的车头时距m穿越空当所引起的损失时间 g直行车流中一次绿灯时长内出行可让左转车穿越空当的次数,冲突点法计算公式:,2023/1/25,交通工程,5-4-5 信号交叉口的服务水平,信号交叉口的服务水平通常是以平均延误时间作为评价标准的，国际上一般将信号交叉口的服务水平分为3级我国目前没有统一的评价标准，北京市城市规划设计院建议采用4级服务水平,车辆的平均延误时间(s),2023/1/25,交通工程,北京市市政规划设计院建议的服务水平,