2-3交通特性分析

vs 1
1
n
1
n i1 vi
vs
1 n
l
n
i 1
ti
l —行驶路段的长度 ti —第i辆车行驶 l 距离所用的时间
2
3．时间平均车速与空间平均车速的关系
由时间平均车速推算空间平均车速
vs
vt
t2
vt
t ——时间平均车速观测值的均方差
t
(vi vt )2 n
由空间平均车速推算时间平均车速
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）平面线型 （3）纵断面 （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
13
第二章 交通流特性
几个特征量 自由流速度 （Free-flow Speed）vf 阻塞密度 （Jam Density） Kj 临界密度 （Critical Density）Km 临界速度 （Critical Speed）vm 最大流量Qm 0流量
二、速度－密度关系
1、格林希尔茨（Greenshields）模型—线性模型 在通常的交通流密度条件下
图 2-15 京哈路速度分布概率曲线
10
高速公路交通流分布特性
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。 2．85％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。 3．15％位车速与速率波动幅度
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：
Rs
1 L
n i 1
li
Rs 空间占有率 li 第i辆车的长度（m）
• 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：
Rl
1 T
n
ti
i 1
Rt 时间占有率 ti 第i辆车通过观测路段所用的时间（s）
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。
速度
16 32 48 80 113 145 177 195(km/h)
图 2-12 沈盘一级路外侧车道速度分布概率曲线
0.20 0.15 0.10
小型 中型 大型
0.05
0.00
速度
16 32 48 64 80 97 129 146(km/h)
图 2-13 沈盘二级公路速度分布概率曲线
9
概率
0.35
概率
0.35 0.30 0.25 0.20
小型 中型 大型
0.15
0.10
0.05
0.00
速度
16 32 48 80 113 145 177 195(km/h)
图 2-11 沈盘一级路内侧车道速度分布概率曲线
8
概率 概率
0.35
0.30 0.25 0.20
小型 中型 大型
0.15
0.10
0.05
0.00
• 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：
vs Q / K 3.6 hs / ht
K 1000/ hs hs 平均车头间距（m） Q 3600/ ht hi 平均车头时距（s）
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
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
vs v f (1 K K j ) b aK
速度-密度关系图
二、速度－密度关系
2、格林柏（Greenberg）模型—对数模型 交通流密度很大时
vs vm ln(K j K )
速度-密度关系图
二、速度－密度关系
3、安德伍德（Underwood）模型——指数模型 交通流密度很小时
K
vs v f e Km
vs 1
1
n
1
1( 1
1 1
1 ) 32.7km/ h
n i1 vi 3 20 40 60
4
频率％
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Ⅲ型分布。
代入交通特性三参数基本关系模型，得到：
Q Kvs K j (1 vs v f )vs
例题
已知某公路畅行速度为Vf=80Km／h，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？
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。
5
速度分布特性
➢ 高速公路
沈大路和沈本路调查的各车型及各车道的速度分布 概率曲线显示。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。
• 解：由格林希尔茨线性模型：vs v f (1 K K j ) b aK
• b=Vf=80， • a=Vf/Kj=80/96， • V=80-80/96*30=55 Km／h • Q=KV=30*55=1650辆/小时 • Q=KV= K(b-aK)， • 令dQ/dK=b-2aK=0，得Km=48辆／Km，则 • Vm=80-80/96*48=40 Km／h • Qm=Km Vm=48*40=1920辆/小时
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。
vt
1 n
速 vi ——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。
二、速度－密度关系
4、其他模型
vs vf (1 K K j )n
• 伊迪模型
K
V V f e Km (自由流)
V c ln( K ) (阻塞流) Kj
• 德留(Drew)模型
V
Vf
1
(
K KJ
n1 )2
• 德雷克模型
1( K )2
V Vf e 2 Km
上述这些模型中， Greenshields是基于实测结果， Greenberg 、 Underwood 、 Drew是模仿流体力学导出的， Drew包含了Greenshields、 Greenberg函数形式在内的一 25 般的模型，德雷克模型可以较好地与实测值拟合。
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。
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*
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。 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。 4．行程车速（Travel Speed）
其他模型
vs vf (1 K K j )n
三、流量－密度关系
由Green Shields线性模型及交通流基本关系有：
Q KV Kv f (1 K K j )
平均车头时距、平均车头间距与流量、密度的关系
四、流量－速度关系
由Green Shields线性模型做变换得到：
vs v f (1 K K j ) K K j (1 vs v f )
0.35
0.30 0.25
小型 中型 大型
0.20
概率
0.15
0.10
0.05 0.00
速度 (km/h) 0 16 32 48 64 80 97 113 129 145 161 177 193 209
图 2-7 沈大高速公路内侧车道速度分布概率曲线
6
概率
0.60 0.50 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00
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：
S 85%位值15%位值 2.07
12
四、影响车速变化的因素
微观参数对许多交通分析是有用的，如在通行能力
的计算和交通流理论中的应用。
第三章 交通流特性
第五节 交通流基本特性及其相互关系
一、交通流三参数基本关系
连续流 没有外部固定因素（如交通信号）影响的不间断的交 通流。
连续交通流基本特性：Q KV
Q=KV曲线图
Q-K、Q-V、V-K关系曲线图
一、交通流三参数基本关系
小型 中型 大型
速度 16 32 48 64 80 97 113 129 145 161 177 193 209 225 (km/h)
图 2-10 沈本高速公路外侧车道速度分布概率曲线
7
➢一般公路
一般公路调查路段的速度分布概率曲线图中可以看出， 一般公路的大、中、小三种车型的速度分布比较接近， 且分布也接近正态分布。一级路内侧车道的车速期望值 略高于外侧车道。
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 vs v f (1 K K j )
格林柏（Greenberg）模型——对数模型
交通流密度很大时
vs vm ln(K j K )
安德伍德（Underwood）模型——指数模型
交通流密度很小时
K
vs v f e Km
vt
vs
2 s
vs
s ——空间平均车速观测值的均方差
s
(vi vs )2 n
3
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：
1 n 1
vt
n
i 1
vi
(20 3
40
60)
40km/ h
再求空间平均车速
第四节 密度特性
一、交通密度基本定义（Density）
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。K＝N/L
2、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。
0
小型 中型 大型
速度
32
64
80 113 145 177 (km/h)
图 2-8 沈大高速公路外侧车道速度分布概率曲线
概率
0.40 0.30 0.20
小型 中型 大型
0.10
0.00
速度
16
48
80 113 145 177 209 (km/h)
图 2-9 沈本高速公路内侧车道速度分布概率曲线
概率
0.40 0.30 0.20 0.10 0.00
0.30
小型
0.25
中型
0.20
大型
0.15
0.10
0.05
0.00
速度
10 20 30 40 50 70 90 101 (km/h)
图 2-14 102 国道速度分布概率曲线
概率
0.30
0.25
小型
中型
0.20
大型
0.15
0.10
0.05
0.00
速度
10 30 50 70 90 110 130 150 (km/h)