毕业设计（论文）XX快速路交通流时变特性分析.doc

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1、xx快速路交通流时变特性分析Freeway traffic flow analysis of time-varying characteristics摘 要 城市交通拥挤和堵塞现象严重影响到整个城市的可持续性发展和人们的日常出行，建设城市快速路来缓解城市交通压力本是解决城市交通拥挤的重要途径。但是目前看来效果并不理想，城市快速路也经常发生交通拥挤，因此如何阻止或推迟快速路产生交通拥挤并使交通拥挤尽快消散已成为目前急需解决的问题。基于等效通行能力的概念，文章重新定义了空间区域的流量、密度、速度的概念，并给出计算公式。利用已采集的快速道路交通流信息，合理确定时间段和快速路段，并运用空间区域交通流基

2、本参数分析了快速道路交通流特性,并得出各快速道路路段的交通运行状态，和交通流3参数基本模型。交通流的时变特性(即交通流参数随时间变化的特性)是交通流理论研究的重要内容，研究城市快速路的时变特性可为今后快速路及整个城市路网的管理与控制提供理论基础。本文以天津市快速路实地交通调查得到的数据为基础，绘制交通状态过程中交通流基本参数：流量、流量、时间占有率的时变图，得出交通状态中速度变化最为明显。研究认为速度变化是快速路交通流的时变特性的直接体现。城市整体规划以及城市基础性设施的建设规划对快速路存在着十分重要的影响。关键词：城市快速路；交通流；等效通行能力；交通流基本模型；ABSTRACT Urban

3、 traffic congestion and congestion is serious impact on the citys sustainable development and peoples daily travel, construction of urban expressways to ease traffic pressure on the city is an important way to solve urban traffic congestion. But now it seems the results are unsatisfactory, urban exp

4、ressway traffic jams often occur, how to prevent or delay highway resulting traffic congestion and make traffic congestion dissipated as soon as possible has become an urgent problem.The volume, density and speed of space area were defined over again based on the conception of equivalent capacity an

5、d the formulas were put forward. Making use of collected traffic flow information of urban expressway, the traffic flow characteristics of urban expressway in Shanghai were analyzed based on the essential traffic flow parameters of space area, after defining the time interval and choosing appropriat

6、e expressway sections. Then the operation situation of expressway was obtained and base models based on three basic traffic flow parameters were setup. Time-varying characteristics of traffic flow (traffic flow characteristic parameters change over time) is the study of traffic flow theory, an impor

7、tant aspect of urban expressway can be time-varying characteristics of the future highway and road network throughout the city to provide the management and control theory basis.In this paper, Tianjin expressway traffic survey data obtained from field-based, the process of drawing traffic flow traff

8、ic state basic parameters: flow, flow, time share, time-varying graph, draw traffic state the most obvious changes in speed. Studies suggest that speed of change is fast road traffic flow directly reflects the time-varying characteristics. Urban planning and urban basic facilities construction plan

9、of the highway there is a very important influence.Key words : urban expressway; traffic flow; equivalent capacity; traffic flow base model目 录第1章 绪论11.1研究背景11.2研究的目的和意义21.3国外研究的研究经验3第2章 交通流参数时变特性分析52.1参数定义52.2数据采集处理72.2.1调查方案简单说明82.2.2流量数据处理92.3交通状态转变与交通流参数时变特性分析102.3.1流量时变特性分析112.3.2速度时变特性分析162.3.3

10、 车速变化其它影响192.3.4时间占有率时变特性分析202.4本章小结22第3章 快速路路况与时变特性243.1 天津城市快速路发展的概况253.2 快速路道路段的特点对交通流影响253.2.1快速路互通立交253.2.2快速路进出口的设计影响273.2.3快速路附近居住区对时变特性的影响293.3公共交通对快速路时变特性的影响303.4总结通行能力对时变特性的影响303.4利用区域交通组织方法313.5快速路公交优先的实施32第4章 全文总结与工作展望344.1论文主要工作344.2快速路系统设计展望35致谢36参考文献37英文翻译原文及译文38毕业论文任务书研究进度计划表第1章 绪论1.

11、1研究背景 在国际上将高速道路分为两类，一类服务承担城市间交通为主的高速道路，我们称之为高速公路（Expressway or Freeway） ；另一类是建设于城市内部的高速道路，成为城市高速公路，我国通常称其为城市快速路（Urban Expressway）。近些年，我国国民经济飞速发展，城市规模不断扩大，城市公路建设也在快速进行。伴随着我国机动车数量和道路交通量得猛烈增加，造成了许多大中城市出现了高峰时段交通拥挤现象和短暂时刻拥挤现象，并且随着交通问题衍生出了交通事故增多，能源消耗加大和城市环境污染加剧等一系列相关急需解决的问题。为了有效缓解交通压力，适应城市整体和谐的发展。国内许多大中城市

12、选择了建设城市快速路来提高车辆行驶速度解决道路通行能力，亦能满足城市客运，货运的需求。因此快速路的建设是未来城市交通的发展趋势。作为国民经济的基础产业之一的道路交通，它伴随着社会的发展而发展，在某种程度上标志着一个国家的经济发展水平。对于正处于改革开放、快速发展的重要时期的中国，在交通基础设施建设方面我们取得了举世瞩目的成就。但是在道路交通行业蓬勃发展的今天，我国道路交通行业暴露出存在基础理论不足、依赖国外研究成果等一些问题。对于我国的通行能力研究，真正适合我国道路交通特色的完整的道路通行能力分析方法还没有找到，尤其是在城市快速路分合流区通行能力的研究方面。道路基础设施建设主要依据之一是道路通

13、行能力，如果不科学的对道路通行能力进行分析，就会造成决策失误，道路资源分配不均衡会非常明显的出现-建设标准过高的地方造成资源浪费；建设标准过低的地方造成交通拥堵。这给我国交通运输行业自身发展带来了非常不利的影响，还会影响国民经济的总体提高。因此，道路交通基础设施建设中的关键是科学合理的确定道路交通基础设施建设的规模和标准，而确定道路交通基础设施建设规模和总体设计方案的重要依据之一是道路通行能力。 目前，天津市已经建设了中环线，和外环线的城市快速路，但此种类型的快速路属于传统类型的快速路。而2000年后设计施工通车了天津快速路系统，采用新的设计理念和控制手段，并期待用环路数到市中心区交通。快速路

14、的建成通车，对疏导贯通中心城区的车流以及郊区过路车，外省市过境车通过行驶，对减轻了中心城区的交通压力起到了很大的作用。由于所在地理位置局限性决定了城市快速路自身特有的运行行驶特点：例如进出口的间距，就形成了快速路上的交织区域；在制定城市快速路系统解决方案时，也出现了市区的征地费用高昂的影响，以及已有城市地形布局路段对快速路建设的影响，城市快速路与城市普通道路在出入口直接进行连接，也就使一些出入口成为城市快速路发展的阻碍，所以解决好快速路出入口的问题也是突破交通问题的瓶颈。 就城市整体路网系统中，快速路应该是主干性道路，扮演着骨干道路的角色。城市快速路在设计上就应该具通行顺畅，行驶速度快，视角良

15、好适宜驾驶等优点，但就目前而言在天津，我们所提出的城市快速路的这些优势正在逐渐消失，并没有体现出设计时的巨大作用以及运行初期时的通行优势。快速路早晚高峰期间经常出现交通拥堵现象。为了使城市整体路网系统高效有序进行，充分发挥城市路的特点功能，合理的交通管理和控制的实施有助于保障城市快速路与辅路的有机结合。而这种科学的交通管理与控制的主要基础是对交通流运行情况与交通流参数变化情况的分析，进而通过对快速路及其辅助道路的交通流调查研究，体现出城市快速路发生拥挤之前之后时段交通流参数的特点及规律，为解决城市快速路管理控制，城市路网系统的动态显示管理与控制提供科学的理论基础。1.2研究的目的和意义长期以来

16、，我国城市人均道路面积一直处于低水平的状态，最近十年城市道路建设才有较快发展。整体人均面积由2.8m上升到6.6 m 。但我国道路面积的人均占有率仍达不到发达国家的。特别是大中城市人均道路面积水平更低在32个百万人口以上的大城市中有27个城市低于全国平均水平13。人均道路低水平使城市道路长时间处于饱和、超饱和状态，北京、上海、天津、广州等大城市中心区交通饱和、超饱和道路平均已接近80。特别是北京市，上海市50以上的道路高峰小时饱和度已经达到惊人的95。而全天饱和度也是超过70。道路高负荷运行时间也明显延长，据相关统计数字显示，机动车交通流量变化趋势已由原来的“M”型向“凹” 型转变14。因此城

17、市快速路的定位应运而生，但究其特性仍需要进一步的调查与研究。本文的研究目的就是利用城市快速路实测数据对城市快速路交通流参数的时变特性进行细致的分析，总结城市快速路交通参数的变化规律，尤其是城市快速路发生拥挤前后各时段交通流参数的时变特性，为城市快速路交通管理与控制提供参考和理论基础。本文的研究意义在于:1、通过对实测的城市快速路交通流参数数据进行分析，深入了解交通状态转变过程中及同一交通状态下各交通流参数随时间变化的规律，为利用交通流的时变特性来控制交通流:阻止或推迟交通拥挤的产生和尽快使交通拥挤消散奠定基础。2、运用数学方法处理实测数据得到城市快速路的时变特性，将我国城市快速路的时变特性与国

18、外高速公路的时变特性进行比较，分析我国城市快速路与国外高速公路在时变特性上的异同。3、得出城市快速路交通流参数的时变特性，对交通流基本理论研究具有重要的理论意义和实用价值。1.3国外研究的研究经验国外城市快速路系统的研究有着悠久的历史，一些欧洲各国对城市高速路的交织区及其他交通流特点的其他国家进行了广泛的研究。尽管取得了重大成就，结果是对交通量，速度具有很强的针对性，但对交通流区域特征性特征的研究则相对较少。合流的区分，国内的区分在高速公路上的交通流，主要包括交通量，车头时距，变道等集中交通流的特点，对区域性的理解，主要集中在公路依次区域融合，以及研究在高速公路交通流进入系统然而，要得到进一步

19、改善。欧洲和美国，美国“人力资本管理”的手册的国家能力的基础上编写的，是用来在一个大量的调查数据，通过统计分析，形式，然后创建子能力模型合并区域，或突变理论间隙接受理论和理论体系，是难以推广使用。在相关子回归模式的研究经验就通过合并领域的主要型号容量，该模型是建立在第一线与主流程和回归模型坡道合并（分割）流流量的能力作为主线坡道及服务的连接部位的分析水平的基础上，根据调查数据的大规模的全国性调查的大量数据还没有，以及作为一种快捷方式无信号交叉口，间隙接受理论的交汇区使用匝道路口能力研究，难以确定的进展分布模拟参数，利用交通仿真分析能力，意味着将找出一个模型解决不可靠的现象，一般认为，对小高速公

20、路出口匝道的能力，但是当高速公路交通流量变大，会出现之前，出口匝道排队的情况下，出口匝道将在快速道路的通行能力有较大的影响，但是，在这方面比较的研究很少。1.4论文框架图城市快速路交通流时变特性研究快速路公共交通对城市快速路交通流的影响快速立交对城市快速路交通流的影响同一交通流参数下交通流参数的分析交通状态转变时交通流参数（流量、速度、时间占有率）时变特性分析天津快速路黑牛城道交通调查采集数据图1-1论文框架图1.5论文的章节安排结合论文的结构框架图，论文的研究内容主要分为四章: 第一章:绪论。简要介绍研究背景、研究目的与意义、研究内容及思路。 第二章:交通流参数时变特性分析。包括交通调查、数

21、据采集及数据的处理，并对包含交通状态转变的交通流参数数据进行分析，总结状态转变过程中的参数变化规律。 第三章:快速路路况与时变特性。利用第三章得到的交通状态转变时刻确定拥挤状态与非拥挤状态，本探讨了引起城市快速路交通流时变的客观因素，通过对城市整体布局的研究，分析城市大型居住区高峰时段出行对快速路交通流的影响，以及快速路基础设施的建设和快速立交的设计对交通流的影响。 第四章:全文工作总结与展望。城市快速路应运用系统工程理论来完善规划设计理念，并且新型快速路的建设，并不仅是简单的为道路系统建设。第2章 交通流参数时变特性分析研究交通流参数的变化规律及其相互影响并受到反作用的关系，对研究城市快速路

22、交通流的特性以及改善当前城市道路拥堵状态具有深远意义。交通流运行状态的定量、定性特性合称之为交通流特性。交通流参数是描写交通流特性的一些物理量的总称。交通流参数的变化规律即反映了交通流的基本性质1。城市快速路上通常存在两种交通运行状态: 拥挤状态与非拥挤状态也称为畅通状态，要使城市快速路的大部分时间均处在非拥挤状态下运行，这就需要通过利用城市快速路交通流的时变特性来管理与控制交通流，本章主要分析了交通状态转变过程中城市快速路交通流参数随时间变化的特性，即交通流参数的时变特性。交通流理论的三个基本参数即速度、流量、时间占有率。通过对这三个交通流基本参数的分析，来解决城市快速路交通状态转换过程中交

23、通参数的时变特性的规律分析。 依据交通流理论的定义，研究方向从空间与时间两个变量来把握，并认识交通流的衡量尺度问题。在空间上的观察规模上可以把交通流分为宏观、中观和微观。此种方法同样适应于时间上都交通流的划分，同样可将其分为宏观、中观、微观。此外，交通流理论的研究内容也大体上分为两类，第一累是交通流产生的原因和规律。是通过科学的预测并能描绘出从城市土地的分配利用到城市人口居住区的分布特点，继而从居民的分布到出行的需求，进而产生交通流这一衍生过程;第二是根据交通流的运行机理，即通过使用模拟模型的方法来揭示快速路网络的点、线、面、的联动特征来显示交通流特性及其相互间的联系。2.1参数定义道路上的行

24、人或运行的车辆构成非机动车流和机动车流，非机动车流和机动车流同称为交通流，没有特指时交通流一般指机动车流。交通流的基本参数有三个：交通流量、速度和密集度，也称为交通流三要素1。1、流量流量是指在单位时间内，通过道路某一点、某一断面或某一条车道的交通实体数(对于机动车流而言就是车辆数)，一般用q表示，通过下式得到： （2-1）公式中： T观测时段长度; N观测时段内的车辆数。2、速度设单位行驶距离为l，所需要时间为t，则速度可通过l/t表示。按照l和t的定义、取值不同，即可定义各种不同类型的车速，这里所使用到的地点速度和平均速度。A. 地点速度地点速度也称为瞬时速度、即时速度，为车辆通过道路某一

25、点时的速度，一般用表示，通过下式得到： （2-2）2公式中和分别代表时刻，和的车辆位置。雷达和微波调查的速度与此定义的规定和要求非常相似，此外该车辆地点速度的近似值也可以通过一定较短的路段调查获得，即通过间隔一定距离的感应线圈来调查获得15B. 平均速度平均速度为一定车辆地点速度的某种平均值，可分为时间平均速度和区间平均速度两种。(1)时间平均速度，就是观测时间内通过道路某断面所有车辆地点速度的算术平均值，一般用表示，通过下式获得： （2-3）式中： 第i辆车的地点速度;N 观测的车辆数。 (2)区间平均速度，即车辆行驶一定距离D与该距离对应的平均行驶时间的比，通过变换可转变为观测路段内所有车

26、辆行驶速度的调和平均值15般用表示，通过下式得到：= （2-4）式中： 车辆i行驶距离D所用的行驶时间; 车辆i行驶距离D的行驶速度;N 观测的车辆数。(3)时间平均速度和区间平均速度的关系对于非连续交通流，区分如含有信号控制交叉口的路段或严重拥挤的高速公路上的平均速度尤为重要，而对于自由流，区分这两种平均速度意义不大。当道路上车辆的速度变化很大时，这两种平均速度的差别明显15。得到时间平均速度和区间平均速度的关系如下:= （2-5）2公式中:= ； ;第股交通流的密度; 交通流的整体密度。 相关研究人员曾用实际进时间平均速度和区间平均四度的关系公式行回归分析，并得到两种平均速度的如下线性关系

27、: =1.026一1.890 （2-6） 3、密集度密集度是指道路上车辆的密集程度，常用时间占有率和密度这两个指标表示。2:1.3.1时间占有率 时间占有率，即车辆的时间密集度，是在一定的观测时间T内，各辆车通过检测器时所占用的时间之和与观测时间的比值，一般用o表示，通过公式获得:O= （2-7） 密度 交通密度代表车辆的空间密集度，就是某一瞬间单位道路长度上L存在的车辆数N，一般用k表示，通过下列公式获得:K= （2-8）22.2数据采集处理在数据采集前，综合天津市快速路系统的特点选定点或选定路段，收集有关车辆(或行人)运行情况数据而进行的调查分析工作称之为交通调查。交通工程学作为一种试验性

28、的研究工作，交通工程学的发展在一定程度上依靠合理交通调查工作开展和数据资料的积累及分析利用，资料的准确性与实时性尤为重要。3交通流的特性分析与研究更离不开对实际道路上的交通数据的采集，通过一定的现场调查，来探求交通流运行的基本规律与特性，所以需要采集实际的交通流参数数据作为交通流特性的理论研究的基础与保证。选择观察时间段，需要综合性考虑，早晚高峰期特点，节假日的交通流特点均不相同，但存在一定的规律性。行驶车辆的分类则能说明不同类型对快速路系统的使用，以及其车辆类型构成对快速路的影响。目前，高架道路交通信息采集系统的实时数据经过系统处理后用于多途径的信息发布，支撑高架道路的动态交通运行管理另一方

29、面，系统长期积累的数据经过规律统计和分析评价，可以从宏观层次把握城市道路交通状况、变化规律、发展趋势、为道路规划、交通政策的制定提供决策依据12。交通调查的对象主要是交通流现象，而与交通流有关的诸如国民经济的快速发展、经济结构转变、运输状况改善、城乡规划的调整、新建道路等交通设施的完善、交通环境的改变、汽车的行驶特性、海拔地形、地域性气候差异、气象及其他安全设施和措施等等均可作专项调查。主要调查有交通量、行车速度、密度、延误OD调查、停车、行人、自行车调查、交通事故、交通环境、交通流调查等4。根据研究的需要本文只采集了流量(车辆数)、速度和时间占有率这三个交通流基本参数。2.2.1调查方案简单

30、说明 交通调查指利用客观的手段，对对道路交通流及有关的交通现象进行调查，并且对调查资料惊醒分析与判断，从而了解掌握交通状态及有关的交通现象规律的工作过程。在此定义中使用交通现象的提法，是由于交通现象是一种范围广且随着时间变化的复杂现象，因此很难给一个综合性的描述。交通调查只能在有限的地点区域和有限的时间内，客观地探求与具体对策有关的资料。本文研究方向主要针对城市快速路交通状态变换过程中与同类交通状态下交通流参数的时变特性进行研究，用实测的交通流参数数据来探讨交通流参数的内在规律，而本章主要探讨交通状态转变过程中交通流参数的变化规律，为以后城市快速路交通管理与控制提供参考和理论基础。在天津城市快

31、速路系统上，根据本文的数据收集要求选择了有代表性的地点建立观测站。观测站附近应没有大出入口，视距通畅，道路条件与整个路段相似，没有人流的干扰，并且观察地点不会对行驶车辆产生阻碍或干扰等影响。本文所需调查是针对车辆连续性的调查。1交通调查方式的选择 一般流量的统计通常有两种方法，即手工计数和自动计数。而车速是交通流理论研究中的重要参数，是交通运行状况的基本量度。道路设计，交通规划，交通控制和管理，交通设计及道路质量评价均以车速作为最基本的资料。因此车速调查成为交通工程中最重要的调查项目之一。时间占有率是指在道路的观察断面上，车辆通过时间累计值与测定时间的比值。对流量、速度以及时间占有率的微观变化

32、分析同时要求参数的细微变化在数据上有相应的体现。而为了检验从数据得出的结论是否与实际情况相符，需要对当时的各个细节有明确的记载4。对于本文要求的观测数据，自动检测仪器就很难满足要求，因此在调查方式的选择上选取了实地拍摄与后期人工记录与处理的调查方法。2交通调查地点的选择由于本篇论文是对城市快速道路可能发生拥挤的情况下交通流时变特性的研究，因此选择合理的观测地点就应位于快速道路上含有交织区的路段。而对城市快速路交织区的定义则是受匝道（出入口）附近的合流、分流以及交织流影响的高速公路路段。其理想位置为进口匝道的上游150-200米，下游600-650米之间，出口匝道的上游600-650米，下游15

33、0-200米之间的路段。城市快速路同普通高速公路相比，城市道路结点多，出入口多并且出入口之间距离较短，且在城市快速路的出入口会与其它城市道路或辅路直接连接，有些没有匝道缓解或匝道缓解路程很短，因此可以认为在城市快速路德出入口的附近均属于交织区。此外还有一些公共交通设施的停靠与清洁环卫车等车辆的作业，都会对交通流产生一定的影响2。本论文将针对调查方式的要求选取含有出入口而形成交织区的城市快速路路段进行调查。 城市快速路与辅路有比较大的速度差别，出口车辆在主路的减速车道上虽然已经降低了车速，但与辅路还是存在一定的差别，而且车辆需要汇入辅路，寻找空挡变换车道，这时辅路车流的运行状态将对出口车流能否顺

34、利汇入辅路车流产生影响。如果不能及时汇入辅路车流，在出口附近产生阻塞排队现象将对快速路出口附近产生影响，甚至波及快速路出口的上游区，影响快速路的正常运行。所以，就有必要对辅路车流对快速路出口交通流产生的影响进行分析11。天津城市快速路建设以来，经过几年的建设，黑牛城道（曙光里）市场门口路段已经成为城市交织区典型路段。特选择此处作为调查路段，此路段包含一个入口匝道和一个出口匝道，通常称之为上匝道和下匝道，并且这两个路口有充足的交通需求，能够全面的反映出交通流时变的特性差异。直观的高处俯视观察快速路能得到更合理更准确的数据，在高处统计。因此，观察点选择了尖山路口的过街天桥作为观察点。3交通调查时间

35、的选择根据调查目的需要选定合理的调查时间，其应该具有典型性、代表性以及针对性。交通流量是衡量道路通行状态的一个关键因素。短时预测是微观意义上的，与其他中观和宏观意义上的以小时，天，月甚至是年计算的基于交通整体规划的战略性预测有本质上的区别，因此其主要内容为依据道路交通信息，应用恰当的方法去检测未来不超过15分钟的交通情况。根据本文的要求是讲每个观察时间段分为15分钟，如果统计时间过短则不能明显的显示出相邻时段的交通流时变特性，反之如果将统计时间段设置为超多15分钟则该时间段内就可能发生多次状态转换，不利于结果的说明和现象的分析。本文主要研究方向是城市快速道路发生拥挤的情况下交通流的时变特性，因

36、此调查时段是具有代表性的时段，是可能发生交通拥堵最严重的时段，特别是容易发生拥挤的工作日的早晚高峰期间。为了获得较为详细的交通流参数数据，调查时间既要包括拥挤阻塞的时刻如高峰期，又要包括交通量较低的时段。综上所述，结合论文要求，最终选择了黑牛城道（曙光里市场）快速路路段。观察时间为2011年5月17-19日7:00-9:00自西向东方向车流以及17:00-19:00由西向东方向车流，根据此路段符合观察要求，具有所需特点。2.2.2流量数据处理经过三个连续三个工作日的观察统计，得到了当时完整的统计数据。为了获得较为准确的交通流数据，并对实时交通流进行拍摄，从中提取每辆车的信息并转化为一定时间间隔

37、的流量，速度和时间占有率，具体如下：1获取每辆车的时间信息与基本信息根据城市快速路白线长度，统计车辆车头通过白线两个短点时时刻以及车尾通过白线末端的时刻,。这样就可以通过下公式得出每辆车通过6m白线的地点速度。 （2-9）2 2统计间隔的选择 获得每辆车的车型、速度与时间信息后，就要利用这些信息统计出一定时间间隔的流量、速度和时间占有率，因此首先要确定的是统计间隔。统计间隔的确定是十分重要的，它直接影响到交通流各种参数曲线的形状特点，特别是车流变化较大时参数曲线的形状。根据一般的经验，当统计间隔增加时，观测点分布的离散性将降低，此时能较好地确定一个适合于这些数据的平顺而连续的的曲线统计，而个别

38、行驶较慢的车辆及交通流的随机因素的影响就越明显。 国内外交通工程学者在研究交通流统计模型时，通常将15min作为分析交通流统计模型的统计间隔。而本论文研究的并非是交通流的统计模型，研究的是交通流的时变特性，研究方向是时常发生交通状态的转变，当流率接近通行能力时，交通流处于比较不稳定状态中，状态转变仅发生在极短时间内，因此不能将15min作为统计间隔5。国外研究城市快速路公路的交通流时变特性时统计间隔一般取20s或30s，综合考虑我国的城市快速道路交通流所受因素影响较多，交通量在短时间内容易剧增或剧减，因此本论文统计数据时将采取更短的20s作为的数据初步处理的统计间隔。2.3交通状态转变与交通流

39、参数时变特性分析 经过对天津快速路持续一周的实地观察，快速路上发生拥挤以及消散的主要原因有以下两种情况。 第一种情况，是由于某个路段发生了交通事故导致其上游路段的通行能力逐渐降低，甚至出现排队现象，下游发生的交通事故衍生的交通拥堵波及范围较大，如果交通事故地点与快速路的下游出口较远，则拥堵现象就表现的更为严重。当排队现象消散是因为交通事故处理完毕，城市快速路也恢复了通行能力。 第二种情况，相对于第一种情况的突发性和无规律性，产生拥堵的原因可能是其辅路或者匝道造成的。快速路上行驶的车辆并不是很多，但是其辅路却由于一些原因产生排队现象，这些原因可能是出入口设计的不合理，各主要的原因是周围有大型设施

40、或者商业圈吸引车辆的涌入涌出，造成辅路排队。从快速路驶出的车辆不能及时从快速路行驶到辅路，就产生了占用快速路车道排队现象的出现。而此时对快速路的影响又可以分为两种现象：1快速路上车辆较少，车辆行驶在内侧车道和中间车道上，并没有因为外侧车道的排队而影响整体车辆的通行，随着外侧车道上的车辆排队现象的消散，外侧车驶出，整个快速路恢复畅通。2当外侧车道的驶出车辆排队现象严重就逐渐波及到中间车道行驶的车辆，如果现象更为严重则会导致内侧车道通行能力严重下降。此时如果不能及时使排队车辆驶出，拥堵现象就会出现。当快速路上的车流量和辅路车流量下降时，快速路外侧车道的拥堵现象缓解中间车道与内侧车道也随之缓解的滞留

41、车辆开始消散，直至快速路恢复正常的通行能力。3、得出每20s统计间隔内的流量、速度和时间占有率 速度是在20s统计间隔内通过观测区域所有车辆的平均速度。利用公式得到20s间隔内通过观测区域所有车辆的时间平均速度与区间平均速度。这里跨时间间隔的车辆在统计速度时在两个时间间隔各算一次。 流量是在20s统计间隔内通过观测区域所有车辆转化为标准车辆的总数，由于统计时车辆类型的判断会有一些误差，因此也统计了20s统计间隔内通过观测区域的车辆总数来做一些辅助研究。在这里跨时间间隔的车辆在统计流量与车辆数时按车辆在此时间间隔时间内时间的比例分配流量与车辆数6。时间占有率是在20s统计间隔内观测区域上车辆占据

42、的时间与时间间隔的比值。由于在交通拥挤状态下时常发生在指定范围内有两辆车的情况，因此比较每辆车驶出指定范围的时刻与下辆车驶入指定范围的时刻，如果前者小于后者则说明此时指定范围上同时存在两辆车，就需要将一辆车重叠的那部分时间去除，然后再累计每辆车在每个统计间隔内所占的时间，并与统计间隔时长作比得出每个统计间隔内的时间占有率。2.3.1流量时变特性分析图2-1 快速路黑牛城道段的交织区上游路面组织场景。天津快速路黑牛城道路段的设计标准： 车道宽度：两种车道（小车道与小车道）结合使用，其中大车道作为外侧车道使用而小车道作为中间车道内侧车道使用。车道的组成为双向八车道设计，本路段车道内侧布置3个小车道

43、道宽是3.5米，外侧布置1个大车道是3.75米。黑牛城道是连接西青区河西区河东的道路，对天津市的交通起着十分重要的作用，同时图2-2 快速路黑牛城道段的交织区上游路面组织线路。通过标出黑牛城道行车路线，水印的标示，显示出了快速路进出口功能的体现，图片显示由东向西方向行驶来的车辆的出口道，以及由西向东行驶车辆的入口道。研究城市快速路时变特性分析将此区域作为交织区的上游。图2-3 快速路黑牛城道段的交织区下游路面组织线路交织区下游的车道数设置和交织区上游略有不同，在由东向西方向行驶的车辆在驶出的快速路的出口道由两个车道连接，但整体的交织区内还是以四车道为主只是在即将到出口的前100米处外侧车道变为

44、双车道，以便使车辆能从出口更快更迅速的驶出。图2-4 快速路黑牛城道段的交织区下游路面组织线路通过标出黑牛城道行车路线，水印的标示，显示出了快速路进出口功能的体现，图片显示由西向东方向行驶来的车辆的出口道，以及由东向西行驶车辆的入口道。研究城市快速路时变特性分析将此区域作为交织区的下游。关于本文对内侧车道，中间车道，外侧车道的规定及含义需要做如下一些说明，由于天津城市快速路黑牛城道段是属于双向八车道类型的快速路。将车道合理分配是统计流量时变的关键，在车道划分方面有两种情况，第一种是将靠近中间绿化带的两条车道统称为内侧车道，然后依次为中间车道，外侧车道。第二种是中间两条车道为中间车道，然后外侧最

45、宽的为外侧车道，内侧为内侧车道。因为外侧车道比其他三条车道要宽些，所以外侧两条车道不能合称为外侧车道，不符合本论文的研究方向。而第一种情况也不符合本文的考虑范围，原因是我们通过对车辆行驶的变道情况表明，在最内侧行驶的车辆不会经常发生变道，而中间两个车道的车辆会随着自身要求变化车道，如果是长距离直行那么会将变更到内侧车道行驶，如果准备驶出快速路则会向外侧车道变道。因为中间两个车道行驶车辆类型更为相似，所以采用将中间两个车道合称为中间车道来研究快速路的时变特性分析。在进行流量时变特性分析之前，我将其中的中间两个车道默认为一个车道统称为中间车道，而并不是采用两个车道上车流量累加作为研究数据，为了得到

46、和内侧车道外侧车道合理对比的曲线，就将中间两个车道车辆行驶数量除以车道数以获得平均数再和内侧车道、外侧车道车辆数进行曲线对比获得快速路的交通流流量时变特性。（1）快速路车辆类型特点表2-1 快速路黑牛城道主路流量统计自西向东主路时段小汽车出租车大客车小货车大货车7:00-7:159973411110107:15-7:309624999277:30-7:459865476477:45-8:0010633649438:00-8:15118750271648:15-8:30117466281548:30-8:4589240151928:45-9:007485014221117:00-17:15573582926217:15-17:30575622714417:30-17:45538552310317:45-18:0048432117218:00-18:15469995118:15-18:3044864212418:30-18:45373