交通工程学.ppt

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1、1/83,120世纪40年代美国交通工程师学会的定义交通工程学是工程学的一个分支，它研究道路规划、几何设计、交通管理和道路网、终点站、毗连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、经济和方便。2澳大利亚著名的交通工程学教授布伦敦的定义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。31983年世界交通工程师协会会员指南提出的定义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、交通管理和道路网、终点站毗连用地与其他运输方式的关系。,一、交通工程学的定义,2/83,三、

2、研究内容（范围）,交通特性（人、车、路、交通流）；交通调查（Q、K、V、D、C、OD、时空分布特性、停车、环境）；交通流理论（概率论、流体力学理论、排队论、跟驰理论和交通动力学方法）；城市公共交通系统（公共交通方式、公交车辆、公交线路规划理论）；交通规划理论与方法；交通管理与控制理论与方法；交通环境保护；通行能力；交通安全；停车规划、管理；自行车交通（特性、通行能力、管理）；道路交通立法、条例；新交通体系及各种交通设施。,3,（一）驾驶员的交通特性,道路交通系统中的人包括车辆(机动车和非机动车)驾驶员、乘客和行人，他们都是道路的使用者和交通参与者。1驾驶员的任务(Drivers tasks)2

3、、驾驶员的职责和要求3、驾驶员的信息处理过程(The process of information disposal)4视觉特性(Vision characteristics)5反应特性(Reaction characteristics)6驾驶员的心理特点和个性特点7驾驶员的疲劳与兴奋,中华人民共和国道路交通安全法第九十一条：根据中华人民共和国道路交通安全法第九十一条之规定，饮酒后驾驶机动车的，处暂扣13个月机动车驾驶证，并处200500元罚款；醉酒后驾驶机动车的，由公安机关交通管理部门约束至酒醒，处15日以下拘留和暂扣36个月机动车驾驶证，并处5002000元罚款。饮酒后驾驶营运机动车的，处

4、暂扣三个月机动车驾驶证，并处500元罚款；醉酒后驾驶营运机动车的，由公安机关交通管理部门约束至酒醒，处15日以下拘留和暂扣6个月机动车驾驶证，并处2000元罚款。一年内有前两款规定醉酒后驾驶机动车的行为，被处罚两次以上的，吊销机动车驾驶证，五年内不得驾驶营运机动车。,2004年5月31日起，车辆驾驶人员血液、呼气酒精含量阈值与检验（GB19522-2004）国家标准正式出台。新标准对车辆驾驶人员血液酒精含量临界值作了调整，饮酒驾车由原来的30mg/100ml调整为20mg/100ml，醉酒驾车由原来的100mg/100ml调整为80mg/100ml，国家标准的出台无疑增加了处罚的面。据专家估算

5、：20毫克/100毫升大致相当于一杯啤酒；80毫克/100毫升则相当于3两低度白酒或者两瓶啤酒；而100毫克/100毫升就大致相当于半斤低度白酒或者3瓶啤酒。,6,人的感觉器官可以接收到各种各样的刺激，如驾驶员的眼睛可以看见车内的仪表、车外的道路、车辆、行人、交通信号和标志，耳朵可以听见发动机和喇叭的声音，鼻子可以闻到异常气味，手脚可以感觉到振动等。所有这些可以被人直接或间接感知到的各种刺激，都是信息；车辆在行驶过程中，驾驶员通过视、听、触觉器官从交通环境中获取信息，经过大脑进行处理，作出判断和反应，再支配手脚（运动器官）操纵汽车，使其按驾驶员的意志在道路上行进。这就是信息处理过程，见后图；在

6、这一过程中，驾驶员要受到自身一系列生理、心理因素的制约和外部条件的影响，如果在信息的采集、判断和处理的任何一个环节上发生差错，都会危及交通的安全和通畅。,3、驾驶员的信息处理过程*(The process of information disposal),7,1)信息感知阶段(The phrase of information perception)信息感知阶段即收集并理解信息的阶段。即感觉器官获取的信息在头脑中的反映。过程是：信息先由感觉器官接收，再经传入神经传到大脑皮层，产生相应的映象。如果这一过程出现某种意外，就会造成感知迟缓、感知错误。发生感知迟缓或感知错误的原因，除了刺激方面的原因（

7、如有些信息过于突然、过于隐蔽、刺激强度过于微弱等）以外，主要是驾驶员心理和生理方面的原因。,产生知觉,3、驾驶员的信息处理过程(The process of information disposal),8,2)分析判断阶段(The phrase of analysis and judgement)信息被感知以后，驾驶员把感知到的情况与自己的知识经验进行对照、分析，然后判断出道路、前后车、行人等等情况，并根据自驾车辆的技术状况、本人的健康状况及心理机能等，决定采取相应的措施。在驾驶员的判断中，对距离的判断非常重要。在驾驶过程中，经常进行加速、减速、超车、会车、制动等行为，距离是影响这些行为的重要

8、因素。,深度知觉形成判断,3、驾驶员的信息处理过程(The process of information disposal),9,3)操作反应阶段(The phrase of operation and reaction)驾驶员处理信息的最后阶段，是肢体的操作反应阶段，即手脚按大脑决策后的指令进行具体操作，并产生效果。尽管由于操作错误造成的事故不多，但常常是一些比较严重的事故。因此要求驾驶员的操作技能必须熟练，才能在紧急情况下不致出现失误。,执行操作,3、驾驶员的信息处理过程(The process of information disposal),10,实际驾驶过程中，感知、判断、操作是有机

9、地结合的。感知是判断的前提，为判断提供材料，是分析判断的源泉。分析判断又为操作反应提供指令。操作是感知和判断的结果。操作的结果，又反馈到感觉器官，对操作进行修正、调整。如果没有反馈，难以保证动作的准确性。感知、判断、操作三位一体，构成驾驶员的信息处理过程，其中任何一项错误，都将导致整个信息处理过程的失败，这一信息处理过程通过反馈进行循环往复。所以整个驾驶过程实质上就是不断地进行信息处理的循环过程。,3、驾驶员的信息处理过程(The process of information disposal),11,5反应特性(Reaction characteristics)*,反应是由外界因素的刺激而产

10、生的知觉行为过程。反应特性是驾驶员最重要的特性之一。包括驾驶员从视觉产生认识后，将信息传到大脑知觉中枢，经判断，再由运动中枢给手脚发出命令，开始动作。知觉反应时间是控制汽车行驶性能最重要的因素。,制动持续时间,制动操作过程,反应时间,制动作用时间,制动反应时间,12,第二章 交通特性分析,人-车-路的交通特性 人的交通特性 车的交通特性 道路的交通特性交通流特性交通量(Q)特性速度(V)特性密度(K)特性交通流基本特性的相互关系,交通量的表达平均交通量交通量的随机性常用的平均交通量年平均日交通量AADT（Annual Average Daily Traffic），n=365,366月平均日交通

11、量MADT，n=28,29,30,31周平均日交通量WADT，n=7平均日交通量ADT影响交通量的因素特性道路等级和功能、地区特征、时间特征,1、交通量的月变化一年内各月交通量的变化称为月变化。交通量月变系数交通量月变图,（二）交通量的时间分布特性,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月份,月平均日交通量年平均日交通量,15,16,2、交通量的周变化指一周内各天的交通量变化，也称日变化。交通量周变系数交通量日变图,日 一 二 三 四 五 六,一周某日交通量年平均日交通量,18,19,3、交通量的时变化 一天24h中，每个小时的交通量亦在不断变化。表示各小时交通量变化的曲线称为

12、交通量的日变图，亦有采用直方图表示。交通量时变图高峰小时交通量（Peak Hour Volume）高峰小时系数（Peak Hour Factor）,交通量小时变化曲线图,交通量变化直方图,（1）交通量时变图、直方图,（2）高峰小时交通量（PHV）在城市道路上，交通量时变图一般呈现马鞍形，上下午各有一个高峰，在交通量呈现高峰的那个小时，称为高峰小时，高峰小时内的交通量称为高峰小时交通量。高峰小时的方向和存在条件。,（3）高峰小时流量比 高峰小时交通量占该天全天交通量之比。,（4）高峰小时系数（PHF）高峰小时交通量与高峰小时内最高某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之比。,（5）高峰小时系数（

13、PHF）的意义,25,26,四、交通量的构成特性,交通量构成指交通量中各种交通工具(机动车、非机动车、客车、货车；大、中、小客货车；公交车、出租车、摩托车等等)所占数量和比重。分析交通量构成特性是确定道路功能、性质和制定交通管制策略措施的重要依据。公路交通量构成城市道路交通量构成城市出入口交通量构成,27,五、设计小时交通量*,交通量的随机性对道路设施的规划设施的影响：既不要造成严重阻塞也不能造成建成后流量很低设计小时交通量设计小时交通量的取得：第三十位最高小时交通量第30位小时交通量K值稳定，K值的意义？,设计小时交通量系数,28,设计小时交通量的其它方法1、取高峰小时交通量作为设计小时交通

14、量不是全年中最大的小时交通量。应是在全年中经常出现并且具有代表性的交通量，而不是偶然出现的最大小时交通量。在选定观测日期时，应尽可能兼顾到不同季节、月份和一周中的不同工作日。2、参照城市规划资料3、参照其它类似城市规模的道路交通量资料 改建道路根据1，参考2；新建道路根据2，参考3。设计小时交通量的修正1、方向分布不均匀系数2、车辆换算系数,29,设计小时交通量的作用 对于多车道公路，运用设计小时交通量可确定车道数和路幅宽度，取得良好的经济效益。对于双车道公路，由于车道数已定，设计小时交通量主要用于计算各不同时期的高峰小时和交通量，并据以评价道路服务水平、使用品质等。有了较准确的预测交通量、设

15、计通行能力及设计小时交通量，则可以用下列公式计算车道数及路幅宽度。,30,第三节 速度特性,第二章 交通流特性,1地点车速（Spot Speed）车辆通过某一地点时的瞬时车速。2行驶车速（Running Speed）由行驶某一区间所需时间(不包括停车时间)及其区间距离求得的车速。评价该路段线形顺适性和通行能力和成本效益分析3运行车速（Operating Speed）指中等技术水平的驾驶员在良好的气候条件、实际道路状况和交通条件下所能保持的安全车速。评价道路通行能力和车辆运行状况4行程车速（Travel Speed）行程车速又称区间车速，是车辆行驶路程与通过该路程所需的总时间(包括停车时间)之比

16、。评价道路畅通情况，估计行车延误。5临界车速（Critical Speed）指道路达到理论通行能力时的车速，对于选择道路等级具有重要作用。6设计车速（Design Speed）指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，用作道路线形几何设计的标准。,一、基本定义*,33,二、时间平均车速与区间平均车速*,1时间平均车速（Time Mean Speed，TMS）单位时间内测得通过道路某断面各车辆的点车速，这些点速度的算术平均值，即为该断面的时间平均车速。,时间平均车速第i辆车的点速度,2空间平均车速（Space Mean Speed，SMS）在某一特定瞬间，行

17、驶于道路某一特定长度内的全部车辆的车速分布的平均值，当观测长度为一定时，其数值为地点车速观测值的调和平均值。,34,例1设有3辆汽车，分别以20、40、60km/h的速度通过长度为10km的路段，试求时间平均车速和空间平均车速。,解：先求时间平均车速：再求空间平均车速,35,三、行车速度的统计分布特性,行车速度与交通量一样，也是一个随机变量。研究表明，在乡村公路和高速公路路段上，运行车速一般呈正态分布，在城市道路或高速公路匝道口处，车速分布比较集中，一般呈偏态分布，如皮尔逊型分布。对行车速度进行统计分析，一般要借助车速分布直方图和车速频率、累计频率分布曲线，如图示。,频率,36,速度分布特性高

18、速公路 图2-7图2-10给出了沈大路和沈本路调查的各车型及各车道的速度分布概率曲线。车速分布规律基本一致，都大致服从正态分布，三种车型的速度期望值也大致相等。另外，由内侧与外侧车道的速度分布曲线可知，内侧车道的车速明显高于外侧车道。,37,三、行车速度的统计分布特性,表征车速统计分布特性的特征车速*常用：1中位车速 也称50位车速，是指在该路段上在该速度以下行驶的车辆数与在该速度以上行驶的车辆数相等。在正态分布的情况下，50位车速等于平均车速。285位车速 在该路段行驶的所有车辆中，有85的车辆行驶速度在此速度以下，只有15的车辆行驶速度高于此值，交通管理部门常以此速度作为某些路段的限制车速

19、。315位车速与速率波动幅度 意义类前。在高速公路和快速道路上，为了行车安全，减少阻塞排队现象，要规定低速限制，因此15位车速测定是非常重要的。85位车速与15车速之差反映了该路段上的车速波动幅度，同时车速分布的标准偏差S与85位车速和15车速之差存在着下列近似关系：,第四节 密度特性,第二章 交通流特性,1、概念：指在某一瞬间内单位长度道路上的车辆数，又称车流密度，单位为：辆km。KN/L2、意义：车流密度大小反映一条道路上的交通密集程度。对于同一条道路，可不考虑车道数；对于具有不同车道数的道路，为使车流密度具有可比性，车流密度应按单车道定义，单位：辆km车道。密度是交通流中重要的参数，因为

20、它直接反映了交通需求量。密度还可以近似地用来衡量驾驶员操纵车辆的舒适性和灵活性。密度是瞬间值，随着观测的时刻、路段长度而变化，是平均值。3、密度的应用：管制、事故探测、服务水平,一、交通密度基本定义（Density）,二、车道占有率（Occupancy）,由于密度是瞬时值，随观测的时间或区间长度而变化，而且反映不出与车辆长度和速度的关系，尤其当车辆混合行驶时，密度的高低，并不能明确地表示交通流的状态，所以在交通工程中又引用了车道占有率的概念来表示车流密度。车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。1、空间占有率 在道路的一定路段上，车辆总长度与路段总长度之比称为空间占有率，通常以百分数表示。车

21、流密度只能表示车流的密集程度，而空间占有率则能反映某路段上车队的长度。其表达式如下：2时间占有率：在道路的任一路段上，车辆通过时间的累计值与观测总时间的比值称为时间占有率，通常以百分数表示。其表达式如下：,三、车头间距和车头时距,1、车头间距(Spacing):是指一条车道上前后相邻车辆之间的距离，用车辆上有代表性的点来测量，如前保险杠或前轮。2、车头时距(Headways):是前后两辆车通过车行道上某一点的时间差，也是用车辆上有代表性的点来测量。对观测路段上所有车辆的车头时距和车头间距取平均值称为平均车头时距和平均车头间距。平均车头间距和平均车头时距与宏观参数的关系如下：微观参数对许多交通分

22、析是有用的，如在通行能力的计算和交通流理论中的应用。另外，微观参数的使用，还可以单独分析交通流中各种相同类型车辆的运行状况，也就是说，既可以单独分析混合车流中前后跟随的轿车车流的密度和流率，也可以单独计算货车或其他交通体的密度和流率。,二、速度密度关系,格林希尔茨（Green Shields）模型线性模型在通常的交通流密度条件下格林柏（Greenberg）模型对数模型交通流密度很大时安德伍德（Underwood）模型指数模型交通流密度很小时其他模型,例题,已知某公路畅行速度为Vf=80Kmh，饱和密度为Kj=96辆Km，且已知速度与密度具有V=b-aK，求该路段在密度为30辆Km时的路段平均交

23、通量？该道路的最大交通量为多少，对应的速度和密度值是多少？解：由格林希尔茨线性模型 有：b=Vf=80，1分a=Vf/Kj=80/96，1分V=80-80/96*30=55 Kmh2分Q=KV=30*55=1650辆/小时2分Q=KV=K(b-aK)，令dQ/dK=b-2aK=0，得Km=48辆Km，则1分Vm=80-80/96*48=40 Kmh 1分Qm=Km Vm=48*40=1920辆/小时 2分,第六节 间断流特性,第三章 交通流特性,间断流有外部固定因素影响的周期性中断的交通流。信号交叉口处车辆通行分析,信号交叉口的间断流,信号交叉口的交通流描述饱和车头时距饱和流率启动损失时间信号

24、交叉口的交通流是周期性停止的。当信号变为绿灯时，车辆由停止状态开始运动，前几辆车的车头时距是大于h1的。因此，对于前几辆车，应增加其时距(h1)，从而得到一个增量值，称为起动损失时间，用l1表示清尾损失时间清尾损失时间l2是指从一个方向最后一辆车进入交叉口的时刻与另一方向变为绿灯的时刻之间的时间差。有效绿时 饱和流率与损失时间之间的关系是很重要的。对于饱和流李来说，有效时间被每辆车以h1秒的车头时距利用着。“有效时间”是在一个信号周期的基础上，不但扣除了红灯时间，而且扣除了起动和清尾损失时间。,信号交叉口的间断流,47,下面的例于可以帮助理解这一概念。对于给定的交叉口某一方向车道的交通信号，有

25、下列参数：h1=2(s辆)，l11.5(s)，l2=1.5(s)在60s的信号周期内，这个车道的绿灯信号时间是27s，黄灯时间3s，红灯时间30s。假设在绿灯和黄灯时间内，车辆可以通行，则在每个60s内，有30s是可通行时间。所以，在一个小时的期间内，可通行的时间为：360030601800s 假设每辆车通过交叉口需2s，车道的饱和流率很容易算出。但是一小时内总的起动损失和清尾损失时间必须从1800s中减去。当每次交通流起动时，就失去1.5s，每次交通流停止时，又失去1.5s。每个信号周期内交通流起动、停止各一次，若每个周期是60s，则lh内有60个这样的周期，所以总损失时间为：60(1.5+

26、1.5)180(s)则车辆通行的有效时间是：1800-180=1620(s)当车头时距为2s时，车道的饱和流率应为：1620 2810(辆h),第三章 交通调查,概述交通量调查速度调查密度调查,（三）交通量调查的方法,二、交通量调查,1、人工观测法(1)在选定的地点及时间，按规定的测时时段由测量人员计测和记录通过实测断面的车辆数。测定时可分行车方向、车道、车种进行，也可对整个道路的全部车辆进行测量。人工测量只需用秒表计时，用记数器测量来车数即可。(2)优点：简单、易行，且不需要复杂的设备。(3)缺点：需要较多的人力。且在长时间观测时由于工作单调易于疲劳，故很难保证实测质量。,1人工观测法2车辆

27、感应器测定法3气压管式检测器4超声波检测器5录像法6 试验车移动调查法,2、车辆感应器测定法,二、交通量调查,车辆感应器是应用磁感应感知车辆通过，并可根据感知时间和范围同时测定车种和车辆通过速度，并可自动记录。这对使用计算机进行数据处理提供了方便条件。优点：使用车辆感应器测定交通量安全可靠，且适用于常年连续观测。缺点：购置仪器费用较高，而且需对仪器经常进行检验、维修及电源保证，对测设人员技术水平的要求也较人工测定时高。,三、速度调查,2、试验车观测法（浮动车法）试验车在已知区间内作往复行驶调查，并记录通过区间的时间，对面车道来车数及本车道超车与被超车数量。平均行程时间：区间速度：该法不如牌照法

28、精确，不适宜于城市中交叉口间距短的路段。,三、速度调查,5、跟车法 用图纸量测路段全长及各交叉口间及特殊地点（如道路断面宽度变化点）间的长度，并在实地上做好标记。测速时，测试车辆必须跟踪道路上的车队行驶。车上有两名观测人员，一人观测沿线交通情况，并用秒表读出经过各标记的时间、沿线停车时间及停车原因，另一人记录。优点：能量测全程各路段间的行程车速、行驶车速、停车延误时间及原因，便于综合分析与车速有关的因素；所需的观测人员少，劳动强度低，适用于交通量大、交 叉口多的城市道路上。缺点：测量次数受行程时间的影响，次数不可能很多，一般只能往返 68 次；当交通量大时，测量数据能代表道路上的实际行车速度，

29、但当交通量小时，试验车较难跟踪到有代表性的车辆；所测车速受到试验车性能及驾驶员行车习惯的影响。,四、密度调查,（二）密度调查的方法 1.出入量法(1)出入量法的基本原理 在道路上选择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)，从t0 到t一段时间内从A处驶入的车辆数为QA，从B处驶出的车辆数为QB，则t时刻时，AB路段内存在的现有车辆数应为初始车辆数与从t0 到t一段时间内AB路段的车辆数改变量之和。即：密度：出入量法是一种为了测定道路上两断面间无出入交通的路段内现有车辆,以便计算该路段交通密度的方法。,四、密度调查,(2)初始车

30、辆数E(t0)的求法设试验车在观测开始(t=t0)时从A 驶向B，t1 时刻到达B。从t0到tl 时刻之间，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to时刻A B 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=to)时在A B 路段内的初始车辆数应为q 从 to 到 t1 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。,四、密度调查,(4)出入量法的优缺点 优点：方法简便；无须很多设备；适用于各种交通状况，既能保证精度又实用有效。缺点：通过A、B两端车辆数的测量误差随时间而累加。为了

31、防止误差的累加，除应增加试验车的观测次数外，要把试验车每次经过A端的时刻都作开始时刻(to)，且该时刻的现有车辆都作为每次的初始车辆数值。,第四章 交通流理论例题重要,二、离散型分布,在一定的时间间隔内到达的车辆数，或在一定的路段上分布的车辆数，是所谓的随机变数，描述这类随机变数的统计规律用的是离散型分布。1 泊松分布(1)适用条件：车流密度不大，其他外界干扰因素基本上不存在，即车流是随机的。(2)基本公式：式中：在计数间隔 内到达 辆车的概率；平均到达率(辆s)；每个计数间隔持续的时间(s)；若令，则 为在计数间隔 内平均到达的车辆数，又称为泊松分布的参数。,2二项分布(1)适用条件：车辆比

32、较拥挤、自由行驶机会不多的车流。(2)基本公式：式中：在计数间隔 内到达 辆车的概率；平均到达率(辆s)；每个计数间隔持续的时间(s)；其中若令，则二项分布可写成 称为二项分布的参数。,三、连续型分布,车流到达的统计规律除了可以用计数分布来描述外，还可用车头时距分布来描述，这种分布属于连续型分布。1负指数分布(1)适用条件：车头时距到达是随机的、有充分的超车机会的单列车流和密度不大的多列车流的情况。或者说车辆的到达符合波松分布，则其车头时距分布就是负指数分布。(2)基本公式：式中：到达车头时距 大于 秒的概率；车流平均到达率(辆s)；负指数分布的基本公式可以用泊松分布公式推导出来。设车流对于任

33、意间隔时间 的到达服从泊松分布，则对任意时间 内如果无车辆到达，就是上一次车到达至下一次车辆到达之间的时间差大于，即,到达k辆车（主路）的概率：,主路车辆到达的车头时距大于 t 秒（即t时间内无车通过）的概率：,则,第二节 排队论的应用MM1 或MMN考一个,第四章 交通流理论,三、M/M/1系统单通道服务系统,例3.一加油站，今有2400辆/h的车流量通过4个通道引向4个加油泵，平均每辆车加油时间为5s，服从负指数分布，试按多路多通道系统（4个M/M/1系统）单路多通道系统（M/M/4系统）计算各相应指标。解：按4个M/M/1系统由题意可知：,按单路多通道系统M/M/4计算：,第四章 交通流

34、理论,第五节 交通流的流体力学模拟理论例题重要,2、波速（集散波集结和消散的速度）这个车队从速度V1、密度K1，(对应于车间距离l1)转变到速度V2、密度K2(对应于车间距离l2)。O为第一辆车的变速点，A为第二辆车的变速点、虚线OA的斜率就是集散波的波速。设变速点A的时刻为t，位置为x，则：,（5-5）,故集散波从第一辆车传到第二辆车所需时间为:,图5-3 车队前三辆车运行轨迹,t,x,V1t,V2t,如果车流前后两行驶状态的流量和密度非常接近，则：,（5-6）,波速:,（5-7）,集散波总是从前车向后车传播的，把单位时间内集散波所掠过的车辆数称为波流量。,（5-8）,三、车流波动理论的应用

35、 例1：知某快速干道上车流速度(KM/h)与密度(辆/KM)具有：之关系。现知一列u1=50KM/h的车流中插入一u2=12KM/h的低速车，并不能超车而集结形成速度为u2拥挤车流。此低速车在行驶2KM后离去，拥挤车队随之离散形成具有速度u3=30KM/h的状态。试求:1拥挤车队消散的时间ts；2拥挤车队持续的时间tj；3拥挤车队最长时的车辆数Nm；4拥挤车辆的总数N；5拥挤车辆所占用过的道路总长度L；6车流速度从Vl降低至V2而延误的总时间T。,解：把车流经历的疏散一密集一疏散这三个阶段的状态记为状态l、2、3，相应的流量、速度、密度分别记为Qi，ui，Ki；i1，2，3。则由已知车流模型可

36、算出：Q1=1000，u1=50，K120 Q2=1200，u2=12，K2100 Q3=1500，u3=30，K350由状态1转变到状态2形成集结波，记其波速为wl由状态2转变到状态3形成消散波，记其波速为w2,车辆运行时间-空间轨迹图,受拥挤的N辆车的时间空间运行轨迹线如图中的N条折线所示。虚线OB的斜率等于w1，虚线AB的斜率等于w2，以xB、tB表示图中B点的空间坐标和时间坐标，其它各点亦然。从图看出，从t0到tA，拥挤车队愈来愈长，最长时占路长度等于xA-xc，过了时刻tA，拥挤车队愈来愈短，到时刻tB拥挤完全消除，很自然应把时段tB-tA称为消散时间ts.由于N条折线的斜率表示车速

37、，易得,由图可知拥挤车队从A点开始消散，所以落在路段AC上的车数就是拥挤车队最长时的车数Nm，它等于波wl在时段tc-t0内掠过的车数，根据波流量公式，可得：,又：,解得：,所以：,w1掠过的车辆总数就是拥挤过的车辆总数N。由图可知拥挤车辆所占用过的道路总长度L即AD长。LLAD2Km由于表示车辆行驶轨迹的各折线是分段等距平行的，不难得知遭遇拥挤的那些辆车的延误构成等差级数，于是总延误D的计算为:,例题2：一条单向道路的一端伸进学校与居住区中，在此路段中车速限制为13Km/h，对应的通行能力为3880辆小时，高峰是从上游驶来的车流速度为50Km/h，流量为4200辆小时，高峰持续了1.69小时

38、，然后上游车流量降到1950辆小时，速度为59Km/h。是估计此路段入口的上游拥挤长度和拥挤持续时间。解：高峰时上游车流密度：居住区路段上的密度：在这两股车流之间形成了一集结波其波速为：,车辆运行时间-空间轨迹图,这是一后退波，表示居住区路段入口处向上游形成一列密度为298 辆Km的拥挤车流队列。图中tF-tH=tE-t0=1.69，则tE=1.69小时，OF为W1的轨迹。在F处高峰流消失，出现流量为1950辆小时，速度为59Km/h的低峰流。,集结波波速：,它的轨迹为FG,根据时间-空间轨迹图可获得如下方程组：,即拥挤流向上游延长的距离为2.453km，共包含车辆为：2.453298731辆

39、。集结波W2推进到G的历时为：,则拥挤持续的时间为：,例3：某信号灯交叉口的一条进口道上，车流服从V-K线性模型，饱和车头时距为2s，停车排队的车头空距为8m，到达流量为720辆h，红灯时长48.1s，绿灯足够长，求停车排队最远至几米?解：利用例1中的公式，可算出停车排队达到的最远距离为 根据题设条件计算上式中各个量：,则：,所以K-V关系为：,由已知条件，得：,求式中的K1、V1：,解得：,则：,又：,式中：Vs为饱和流量所对应的车速，ks为对应密度。于是：,拥挤过的车辆总数：,停车排队最远距离：,第六章 交通规划,交通规划的定义、分类、主要内容及工作程序交通规划的基础信息调查交通需求预测（

40、四阶段法）路网规划方案评价,3、四步骤法阶段（集计模型）,四步骤法是将个人的交通活动的数据资料按交通分区进行统计处理的，是以分区为单位的模型，将分区中个人、家庭的调查数据进行统计处理，如求平均值、求比例等，再用这些统计值来标定模型参数。这个过程中关于个人和家庭的原始数据在统计时被集中处理了，也就是被集计化了，这种方法称为集计方法，得出的模型叫集计模型。该法以居民出行OD和机动车出行OD调查为基础进行，包括四个阶段：交通生成预测、交通分布预测、交通方式选择预测和交通分配预测。,通过对城市社会经济资料、人口、土地利用性质等的分析，建立分区产生的交通量与分区土地利用、社会经济特征等变量间的定量关系，

41、预测各交通区的出行发生量及吸引量，得到0D矩阵中的行和（交通发生量）及列和（交通吸引量）。预测交通小区的出行产生量和出行吸引量，常用的方法有回归分析法和聚类分析法，一般用回归分析法。模型形式：Y=a+bX Y=aXb Y=aebX,四、交通规划预测第一阶段 出行生成预测,增长系数法 增长系数法需给定一个OD矩阵(历史的、或抽样调查的)，并假设预测的OD矩阵与先验的OD矩阵具有基本相同的分布形式，模型的计算主要是解决了交通需求的增长及交通区之间的平衡。常用的模型有平均增长系数模型、Fratar模型和Furness模型、重力模型。,五、交通规划预测第二阶段 出行分布预测方法,重力模型法 重力模型考

42、虑交通区间的吸引强度与吸引阻力，认为交通区间的出行吸引与出行发生、吸引量成正比，与交通区间的交通阻抗成反比。与万有引力类似，故称做重力模型。与增长系数法相比，重力模型预测考虑的因素比较全面，强调了局部与整体之间的相互作用，比较切合实际，即使没有完整的OD表，也能预测OD矩阵。重力模型的缺点是短程OD分布偏大，尤其是区内出行。(交通阻抗参数是反映交通区间交通便利程度的指标，是对交通区间交通设施状况和交通工具状况的综合反映。对于交通分布，交通阻抗参数应反映交通区之间交通便利程度的总体差异。),五、交通规划预测第二阶段 出行分布预测方法,无约束重力模型双约束(修正)重力模型,五、交通规划预测第二阶段

43、 出行分布预测方法,K常数；一般采用Tiji区到j区的OD量；Fi、Kj运算参数；Ajj区的吸引量；Pii区的发生量；Ziji到j区的阻抗值；f(Zij)-i区与j区之间的阻抗函数;模型参数。（由样本标定）双约束重力模型需要通过叠代计算才能获得满足精度的OD矩阵。,交通方式划分就是把前面预测的总的交通量分配给各种交通方式。建立交通方式划分模型的依据是观测到的交通方式划分、居民出行特征、交通方式选择和各种交通方式的运营特性。影响出行者对交通方式选择的因素有很多，如各种交通方式的可靠性、舒适性和安全性、方便性，出行者的社会经济特征及他的态度和出行类型等。由于建模者从不同的角度来考虑交通方式选择问题

44、，因此建立了各种各样的交通方式划分模型。自由类交通方式以人们的出行目的为主要因素条件类交通方式以经济水平和交通工具为主要因素竞争类交通方式以政策、环境、时间、费用、舒适程度、生活水平等多种因素通过比较便利程度而确定。,六、交通规划预测第三阶段 出行方式划分预测,所谓交通分配是把各种出行方式的空间OD分配到具体的交通网络上。通过交通分配所得的路段、交叉口交通量资料是检验道路规划网络是否合理的主要依据之一。交通分配需考虑到以下几个因素：(1)交通方式，即出行者所采取的交通形式。(2)行程时间，即在某起点之间采用某一交通方式所需时间。(3)路段上的速度与流量之间的变化关系。分配交通量的目的是推求具有

45、起讫点的交通(OD)，在道路网图上究竟沿哪些线路运行，相应的交通量的大小，并根据已知图上一定区间的交通量来鉴定网状图是否妥当。国内外对交通分配进行过较多的研究，通常把交通分配方法分为平衡模型与非平衡模型两大类，并以Wardrop第一、第二原理为划分依据。,七、交通规划预测第四阶段 交通分配预测,该法是从计算费用最少出发，通常以各区矩心之间的行程时间为基准。从某一区的矩心出发以最短路径(最少费用、时间)到达其他各区的矩心的一组路线称为最短通路，当所有的起讫点交通量在道路网图上都通过最短通路，即完成了全有全无分配。静态交通分配方法。该分配方法假设路权(两交叉口之间的出行时间)为常数，即车辆的路段行

46、驶车速、交叉口延误不受路段、交叉口交通负荷的影响。每一OD对对应OD量被全部分配在连接该OD对的最短线路上。其他道路上分配不到交通量。这种分配方法的优点是计算相当简便，其致命缺点是出行量分布不均匀，出行量全部集中在最短路上。这种分配是其他各种交通分配方法的基础。,1、最短路（全有全无）分配,最短路的缺陷：运行费用和交通流量之间存在着某种平衡关系，原来最小费用的道路，当大量出行集中于该路时，速度就会慢，而变成不是最小费用路段。容量限制分配，就是应用现状的车速与流量间的关系来解决交通分配问题，是一种动态的交通分配方法，它考虑了路权与交通负荷之间的关系，即交叉口、路段的通行能力限制，比较符合实际情况

47、，该法在国际上比较通用。采用容量限制增量加载分配模型分配出行量时，需先将OD表中的每一OD量分解成K部分，即将原OD表(nn阶，n为出行发生、吸引点个数)分解成k个OD分表(nxn阶)，然后分K次用最短路分配模型分配OD量，每次分配一个OD分表，并且每分配一次，路权修正一次（路权采用路阻函数修正），辨识一次最短路径，直到把K个OD分表全部分配到网络上，在具体应用时，视道路网的大小，选取分配次数以及每次分配的OD量比例，一般取5级分配就能满足精度要求。,2、容量限制增量加载分配,3、多路径概率分配,在城市区域里起讫点之间有许多条线路可通行，实际情况是出行者将布满于这些路线上。由出行者的路径选择特

48、性可知，出行者总是希望选择最合适(最短、最快、最方便、最舒适等)的路线出行，称之为最短路因素，但由于交通网络的复杂性及交通状况的随机性，出行者不可能精确地判断哪条道路是费用最少的，出行者在选择出行路线时往往带有不确定性，称之为随机因素，所以不同出行者将有不同的选择。多路径概率分配就是企图模拟这种实际情况。这两种因素存在于出行者整个出行过程中，两因素所处的主次地位取决于可供选择的出行路线的路权差(行驶时间差或费用差等)。根据实际路线费用分布函数提出某条道路的运行费用，假定出行者不知道所使用路线的实际费用。给出一个偏差值，调整出行者对这种道路运行费用判断的不精确性，尽可能将所有的出行均匀地分配到路网上。各出行路线被选用的概率可采用logit型的路径选择模型计算。,4、容量限制多路径交通分配法,在多路径分配模型中，认为路段行驶时间为一常数，这与实际的交通情况有一定的出入。实际上，路段行驶时间与路段交通负荷有关，在容量限制多路径分配模型中，考虑了路权与交通负荷之间的关系及交叉口、路段通行能力的限制，使分配结果更合理。与容量限制增量加载交通分配方法类似，采用多路径增量加载方法分配出行量时，需先将OD表(nxn阶)分解成及个OD分表(nn阶)，然后分K次用多路径分配模型分配OD量，每次分配一个OD分表，并且，每分配一次，路权修正一次，直到把K个OD分表全部分配到网络上。,