1、第一章 城市道路交通分析 1.城市道路交通流特性 1.1 概述 城市交通分为两类：一类是市际交通（对外交通）；另一类是城市内部交通，（城市交通）。市际交通是指城市与城市、城市与城市以外地区之间的交通，由设在市区内的市际交通设施，如铁路站场、港口码头、机场、长途客货运车站及出入城市的道路系统来完成；城市内部交通是指城市市区内部交通，主要由各种交通设施如城市道路、地下铁道、高架桥以及交通控制设施等完成。 一个城市的交通运输系统，是由各种相对独立的交通形式相互协调组成的，城市道路只是其中一部分。城 市交通，要高效率、低消耗地为城市服务，必须对城市交通统一规划、统一建设、统一管理，用系统工程的理论和方
2、法解决城市交通问题，诱导和促进城市的发展。 城市内部交通又可分为客运交通和货运交通。客运交通又可分为公共客运交通、私人个体客运交通以及地铁交通等形式，货运交通亦可分为专业运输单位和私人个体运输等形式。 道路交通是由人、车、路及环境组成的一个大系统，现代城市的道路交通问题，需要综合研究在道路上行驶的车辆特征、行人及驾驶员的心理生理状况、道路的技术标准以及交通管理与控制等多方面的问题，以便协调解决。 与此相关的专门学科“交通工程学”，就是描述道路交通体系中所容纳的车流与人流的定性和定量特征。本节着重介绍交通量、车速、交通密度以及三者之间的关系，这对城市道路交通规划、设计及管理工作是必不可少的基础知
3、识。 1.2 有关概念 交通体系 道路、在道路上通行的车辆和行人以及道路交通所处环境的统称。 交通流 某一时段内，连续通过道路某一断面的车辆或行人所组成的车流或人流的统称。 交通流特性 某一交通体系中，交通流的定性或定量特征，以及在不同时空条件下的变化规律和它们之间的关系。亦称为交通流特征或交通流性质 。 交通参数一描述和反映交通流特性的一些物理量。如交通量、车速、交通密度、通行能力、行程时间、车头时距等。能从不同角度说明交通流的性质，交通流特性的变化均能从这些交通参数数值上的变化反映出来。其中交通量、车速和交通密度可以反映交通流的基本性质，称它们为基本交通参数。 1.3 交通量 1.3.1
4、交通量的定义与分类 交通量是指单位时间内通过道路某一断面 (一般为往返两个方向 )的车辆数或行人数。又称交通流量或流量。 按研究的目的不同，交通量可分为以下四类： 按交通组成分为： 1)机动车交通量。包括汽车、摩 托车、拖拉机等各类机动车辆。 2)非机动车交通量。这是目前我国交通的重要组成部分。一般有自行车、人力车和畜力车。 3)折算交通量。将机动车交通量 (或非机动车交通量 )按一定的折算比例换算成某种标准车型的交通量。 4)混合交通量。机动车折算交通量与非机动车折算交通量之和。 5)行人交通量。 按单位时间分，有最常用的小时交通量 (辆 /小时 )，日交通量 (辆日 )等。 按交通量变化分
5、类：由于交通量时刻在变化，为了表示代表性交通量，一般常用平均交通量、最大交通量、高峰小时交通量和第 30 位小时交通量等表示方法。 1)平 均交通量：取某一时间间隔内交通量的平均值作为某一期间交通量的代表。如平均日交通量 (ADT)、周平均日交通量 (WADT)，月平均日交通量 (MADT)，年平均日交通量(AADT)，年平均月交通量 (AAMT)等； 2)最高小时交通量：以小时为单位进行观测时所得结果中最高的交通量，可作为道路几何线形设计等的依据。主要有一下三种： a高峰小时交通量 (PHT)：一天 24 小时内交通量最高的某一小时的交通量。还分为上午高峰 (早高峰 )和下午高峰 (晚高峰
6、)小时； b年最高小时交通量：一年内 8760 小时中交通量最大的某 一小时交通量； c第 30 位年最高小时交通量 (30HV)：一般简称为第 30 小时交通量。将一年中所有 8760小时的小时交通量按顺序从大到小排列时第 30 位的小时交通量。研究表明，将一年 8760小时的小时交通量按从大到小顺序绘出变化曲线（ p6），可以发现在第 30 位附近曲线的切线斜率会发生很大变化。从最大值到第 30 位左右的各个小时交通量差别很大，减少的趋势十分明显，而从第 30 位以下则差别较小。 设计小时交通量：作为道路设计标准而确定的交通量，即预期到设计年限将使用的设计道路交通量。 1.3.2 交通量的
7、变化规律 交通量的生成与人们的生产、生活及各种社会活动有关，不同的道路在同一时间、同一条道路在不同时间或同一条道路在同一时间而在不同路段，其交通量都可能是不同的，且这种差异和变化具有一定的规律性。交通量随时间和空间的不同而发生的这种变化被称为交通量的分布特性。研究交通量的变化规律，就能了解和掌握交通特性，对进行道路交通规划、道路交通设施的经济分析与设计、交通管理与交通安全都具有重要意义。 交通量随时间的变化规律 交通量的空间变化规律：交通量的空间变化，是指同一时间交通量在不同路段、不同车道、不同方向上的变化。 1)路段分配：由于车辆行驶的随机性，反映在一个城市各条道路上的交通量是不同的，就是同
8、一条道路不同的路段上，交通量也是不同的。这种不同路段上交通量的差异可用路段分配系数来表述。 2)车道分配：当同向车行道的车道数在两条以上时，由于受到纵向及横向交通的干扰，各条车道的通行能力是不同的，靠边车道比内侧车道的通行能力低。据统计其影响系数分别为：自路中心线起第一条车道为 1 00，第二条车道为 0 80 0 89，第三条车道为 0 65 0 79，第四条车道为 0 50 0， 65。 3)方向分配：道路同一断面往返两个方向的交通 量在某一时段内总是会有一定差异的。交通量大的方向为主要方向，并用交通量方向不均匀系数来表示： 往返方向交通量主要方向交通量 在道路设计时必须考虑方向不均匀的影
9、响，验算道路通行能力要以满足主要方向交通为标准。道路设计标准的设计小时交通量 (DHV)可由下式求得： DHV AADT D 式中： D 为设计高峰小时流量比，为为方向不均匀系数， AADT 为设计年限的年平均日交通量。 交通量资料的应用 1)交通规划：进行交通规划和道路网规划时，都必须对交通量进行充分的调查和分析，以获得交通量的现状并预测远景交通量，使交通规 划和道路网规划真正建立在客观可靠的基础上。 2)道路设计：有了客观可靠的交通量数据，才能正确地确定道路等级、交叉口类型、道路的横断面形式、停车场规模等。 3)交通管理：根据交通量的大小，可以确定交叉口的控制方式和交通信号配时，也可以采取
10、各种相应的交通管理措施以提高通行能力和保障交通安全。如根据交通量判断道路上是否已达到饱和程度，以指导驾车者选择最佳路线，实行单向交通、可变交通等。 4)交通事故评价：道路上所发生的交通事故的数量和严重程度与交通量的大小有一定的关系，根据事故次数与交通量的比值确定的道路交通事故发生率就可对道路服务质量作出评价。 5)经济分析：根据所承担的交通量的大小，可对交通设施带来的经济效益作出分析，以评估该设施的建设必要性与合理性。 1.4 车 速 车速是车辆行驶的距离对时间的变化率，与物理学中的速度是同一概念。根据所涉及到的交通问题不同，不同车速的含义也略有不同。 1.4.1 车速的分类与定义 地点车速：
11、又称瞬时车速及点车速。指车辆通过道路某一点或某一断面时的瞬间 速度。 行驶车速：车辆通过某路段的行程与有效运行时间 (不包括停车损失时间 )之比所得的速度。用于评价该路段的线形和通行能力或作经济效益分析之用。 区间车速：又称行程车速，是车辆通过某路段的行程与所用总时间 (包括有效行驶时间、停车时间、延误时间，但不包括客、货车辆装卸货时间和在起点、终点的调头时间 )之比。是评价道路通畅程度、估计行车延误的依据。区间车速总低于行驶车速，要提高运输效率，必须努力提高区间车速 (即应努力缩短停车时间 )。 运行车速：是具有一定技术水平的驾驶员，在实际的道路和交通环境条件下所能维持的 最大车速，一般不超
12、过设计车速，也可称为实际车速。 临界车速：道路通过交通量最大时的速度，一般供交通流理论分析时用。 设计车速：作为道路几何线形设计所依据的车速。在道路几何设计要素具有控制性的路段上，设计车速是具有平均驾驶水平的驾驶员在天气良好、低交通密度时所能维持的最高安全速度。 1.4.2 车速变化的影响因素 车速的变化特性是反映交通基本特征的一个重要方面，它能说明车速在人、路和环境等因素及交通量和交通密度等交通基本参数影响下所产生的变化。主要如下： 驾驶员条件：与驾驶者的技术水平高低、行车时间长短有 关外，还与驾驶者的生理、心理特性有关。 车辆条件：车型和车龄对地点车速有显著影响，载货车其载重量的多少也将对
13、速度产生影响，单辆车、车队及车队的车辆组成对速度也会产生影响。 道路条件：道路类型、平纵横线形、坡长、路面类型等对车速有明显的影响；而地理位置、视距、车道位置、侧向净宽和交叉口也均影响到车速。 环境条件：交通量的大小及组成、时间与气候条件均对车速产生一定的影响。 1.4.3 车速资料的应用 交通规：道路使用者总是希望以最少的行程时间、最佳的速度来达到出行目的，因此，路段上的行驶车速与行程车速是 交通规划和道路网规划的重要依据。 道路几何设计：道路的线形设计指标 (如平曲线半径、超高、纵坡及坡长、视距等 )均与车速有关。一定的车速要求一定的几何线形标准，因此车速资料可用以检验已有道路的几何标准，
14、也可用以确定需要的几何标准。 经济效益分析：提高道路的车速，节约时间和运输成本的降低。利用车速资料即可对道路交通设施可能产生的经济效益进行分析和评价。 交通管理：对有关道路或路段上的车速进行长期观测和分析以确定限速的范围，检验交通控制措施的效果，合理设置交通信号、标志、标线及设计信号灯配时和交通事故分析等也 都要应用车速资料。 道路现状评价与改善：道路或路段上车速的快慢，反映了车辆的拥挤程度。根据车速资料即可分析是否需要改建或新建道路，解决的先后次序，应采取的措施，以及如何将部分车流量转移到其它邻近道路上去。 1.5 交通密度 1.5.1 交通密度定义 交通密度是指一条道路上车辆的密集程度，即
15、在某一瞬时，单位长度内一个车道或向或全部车道上的车辆数。常用 K 或 D 表示，其单位是辆公里。可用下式求得： K LN （辆 /小时） 式中： N 为指定路段上的车辆数； L 为路段长度。 1.5.2 车头间距与车头时距 车头间距 同向连续行驶的两车车头之间间隔的距离即为车头间距，记为 hd，单位为米辆。所有车头间距的平均值称为平均车头间距；可保证车辆安全行驶的最短车头间距叫做极限车头间距，是同向行驶车辆交通安全管理的重要依据，也是交通流理论和通行能力计算的重要依据。 交通密度又可用车头间距表示： K dh1000 (辆公里 ) 车头时距 当车头间距的间隔用时间 (秒 )表示时则为车头时距，
16、记为 ht，单位为秒辆，是交通流理论中十分重要的指标。 车头时距与交通量之间的关系为： ht NT3600 (秒辆 ) 车 头时距与车头间距的关系为： ht vhd (秒辆 ) 1.5.3 车道占有率 空间占有率 ：即某一瞬时，单位长度路段上行驶的车辆总长占该路段长度的百分比，用 Rs表示， Rs Llnii1100% 由上式可见交通密度除与交通量有关外，还与车辆的类型有关，另外还与空间平均车速有关。 时间占有率 ：单位观测时间内，车辆通过某一断面的累计时间所占单位观测时间的百分比，用 Rt表示， Rt Ttnii1100% 由上式可见时间占有率与车型及地点车速有关。 1.5.4 交通密度资料
17、的应用 用来判定交通拥挤情况，从而 决定采取何种交通管理措施； 作为划分某些道路交通设施服务水平的标准； 对于预告关于某一地点的车辆到达，或对于调整交通信号时间等都很有用处。 1.6 交通量、车速和密度问的相互关系 1.6.1 基本关系式 如果车流中所有车辆均以相同的车速通过某一段路程，则有下列关系： K VQ 式中： K 为交通密度 (辆公里 )； Q 为交通量 (辆小时 )； V 为车速 (公里小时 )。 上式也常写作： Q K V 1.6.2 车速与密度的关系 车速与密度之间的关系，是呈线性关系，如 p12 图 2 4 所示。 图 2 4 可见，当密度逐渐增大则车速逐渐减小，当达到阻塞密
18、度 Kj 时，车速为零，交通停顿。 1.6.3 交通量与密度的关系 为二次方程，作出 Q K 关系曲线图如 p12 图 2 5， 可见，在 K。之前，交通量随密度的增加而增加；而在 K。之后，交通量将随密度的增加而减小。 1.6.4 交通量与车速的关系 也为二次抛，作出 Q V 关系曲线图如 p13 图 2 6。其中 V。为交通量最大时的车速，称为临界车速。 1.6.5 结论 综上所述，将 Q K、 Q V 及 V K 关系图作于同一平面上，如 p13 图 2 7，全面分析可得到如下结论： (1)当密度 很小时，交通量亦小，而车速很高 (接近自由车速 )。 (2)随着密度逐渐增加，交通量亦逐渐增加，而车速逐渐降低。当车速降至 V。时，交通量达到最大，此时的车速 V。称为临界车速，密度 K。称为最佳密度。 (3)当密度继续增大 (超过 K。 )，交通开始拥挤，交通量和车速都降低。当密度达到最大 (即阻塞密度 )时，交通量与车速都降至为零，此时的交通状况为车辆首尾相接，堵塞于道路上。 (4)最大流量 Qmax、临界车速 V。、和最佳密度 K。是划分交通拥挤与否的特征值。 （ 5）容量和速度不可兼得。故为保证高等级道路（快速路、主干路）上 的速度，就应该对其行车密度加以限制，而一般性的道路着重考虑满足较大的交通容量，因此对车速要求不能太高。
