道路通行能力手册HCM2000-第7章-交通流参数

第7章交通流参数目录7.1 引言 (2)7.2 连续流 (2)7.2.1 交通量和流率 (2)7.2.2 速度 (4)7.2.3 密度 (7)7.2.4 车头时距和车头间距 (8)7.2.5 基本参数之间的关系 (9)7.3 间断流 (11)7.3.1 信号控制 (12)7.3.2 停车或让路控制交叉口 (14)7.3.3 速度 (15)7.3.4 延误 (16)7.3.5 饱和流率和损失时间 (16)7.3.6 排队 (18)7.4 参考文献 (22)图表目录图表7-1 时间平均速度和区间平均速度之间的典型关系图 (6)图表7-2 连续流设施上速度、密度和流率之间的一般关系 (10)图表7-3 信号交叉口引道车道中交通间断情况 (13)图表7-4 饱和流率和损失时间概念图 (14)图表7-5 信号交叉口排队图 (20)7.1 引言交通量或流率、速度和密度这三个基本变量可描述各种道路上的交通流。

本手册中，交通量或交通流量是连续流和间断流两类交通设施共用的参数，而速度和密度主要用于连续流。

一些与流率相关的参数，如车头间距和车头时距，也都适用于两种类型的交通设施；其他参数，如饱和流量或间隙，只用于间断流。

7.2 连续流7.2.1 交通量和流率交通量和流率是量化给定时间间隔内，通过一条车道或道路上某一点车辆数的两个指标，其定义如下：交通量——在给定时间间隔内，通过一条车道或道路某一点或某一断面的车辆总数。

交通量可以按年、日、小时或不足1小时的时间间隔来计量。

流率——在给定的不足1小时的时间间隔内，通常为15min，车辆通过一条车道或道路某一点或某一断面的当量小时流率。

交通量和流率是量化交通需求的变量，也就是在指定的时间段内，希望使用已知交通设施的车主或司机的数量，通常以车辆数表示。

由于交通阻塞能够影响交通需求，有时观测到的交通量反映的是通行能力的限制，而不是实际的交通需求。

交通量和流率之间的区别很重要。

交通量是在某一时间间隔内，观测或预计通过某一点的车辆数。

交通流率则表示在不足1小时的时间间隔内通过某一点的车辆数，但以当量小时流率表示。

流率是在不足1小时内观测到的车辆数，除以观测时间（单位为小时）。

例如，在15分钟内观测到100辆车，意味着流率为100辆/0.25h 或400辆/h 。

用4个连续15min 的观测交通量说明交通量和流率之间的区别。

4个时段的计数分别是1000、1200、1100和1000辆。

整个小时的总交通量是这些计数之和，即4300辆。

然而，每15min 的流率则各不相同。

在交通量最大的15min 时段内，流率是1200辆/0.25h ，或4800辆/h 。

值得注意的是，在观测的1小时内，没有4800辆车通过观测点，但是在1个15min 时段内，确实以这样的流率通过该观测点。

在通行能力分析中，考虑高峰流率至关重要。

若所研究路段的通行能力是4500辆/h ，当车辆以4800辆/h 的流率到达时，15min 高峰期间的流量，超过了通行能力。

但是，这是一个严重的问题，因为疏导通行能力不足会使交通堵塞延续几个小时。

利用高峰流率和小时交通量可计算高峰小时系数（PHF ），即整个小时的总流量与该小时内高峰流率之比，计算式如式（7-1）所示：高峰流率（该小时内）小时交通量=PHF 式（7-1）如果采用15min 时段，高峰小时系数（PHF ）可按式（7-2）计算：154V V PHF ⨯= 式（7-2）式中， PHF ——高峰小时系数；V ——小时交通量，辆/h ；15V ——高峰小时内高峰15min 期间的交通量，辆/15min 。

若已知高峰小时系数，按照式（7-3）可将高峰小时交通量转换成高峰流率： PHF V v 式（7-3）式中， v ——高峰15min 期间的流率，辆/h ；V ——高峰小时交通量，辆/h ；PHF ——高峰小时系数。

当交通量计数可以得到时，不需要用式（7-3）计算高峰流率；但是，所选择的计数时段必须鉴定是流量最大的15min 。

最大的15min 内的计数乘以4，可直接计算出流率。

当已知用车辆表示的流率时，利用PHF 和重车系数可计算出用当量小客车（pce ）表示的流率。

7.2.2 速度交通量提供了量化通行能力大小的一种方法（交通量是量化通行能力值的一种指标），而速度（或行程时间的倒数）是为司机提供交通服务质量的一种量度，是确定多种交通设施服务水平的重要标准，例如乡村双车道公路，城市街道，高速公路交织路段等等。

速度定义为移动率，用单位时间通过的距离表示，通常为千米每小时（km/h ）。

因为交通流中观测到的个体速度分布范围较宽，所以必须采用有代表性的数值来表示交通流的速度特性。

本手册中用平均行程速度来度量速度，因为通过观测交通流中单个车辆，易于计算平均行程速度；并且在统计上，它是与其他变量最相关的指标。

平均行程速度是用所研究公路、街道路段或路段的长度除以车辆通过该路段的平均行程时间计算。

当n 辆车通过长度为L 的路段时，测得行程时间为n t t t t ,,,,321 （单位：小时），则平均行程速度可按式（7-4）计算：a n i i n i i t L t n L tnLS ===∑∑==111 式（7-4）式中， S ——平均行程速度，km/h ；L ——路段长度，km ；i t ——第i 辆车通过该路段的行程时间，h ；n ——观测行程时间的次数；a t ——∑==111i i a t n t ，路段L 的平均行程时间，h 。

计算中的行程时间包括由于固定的交通间断或交通堵塞引起的停车延误，是指通过指定路段的总行程时间。

有几种不同的速度参数可用于交通流，这些速度包括：平均行驶速度——是以观测车辆通过已知长度路段的行驶时间为基础度量交通流。

平均行驶速度等于路段长度除以车辆经过该路段的平均行驶时间。

“行驶时间”只包括车辆运动时间。

平均行程速度——是以车辆通过已知长度路段的行程时间为基础度量交通流。

平均行程速度等于路段的长度除以车辆经过该路段的平均行程时间，包括所有停车延误时间。

也叫做区间平均速度。

区间平均速度——代表车辆基于通过某一路段平均行程时间的平均速度的统计术语。

之所以称为区间平均速度，是因为计算所用的平均行程时间是按每辆车通过给定路段或区间所花费时间的加权平均。

时间平均速度——通过道路上某一点观测车速的算术平均值，也叫做平均地点速度。

记录下通过某一点各车的速度，取其算术平均值。

自由流速度——给定交通设施在低交通量情况下的车辆平均速度，此刻司机按照其期望速度行驶，且不受控制延误的影响。

本手册中用速度度量效率的多数分析平均行程速度是规定采用的参数。

对于除F 级服务水平外运行的连续流交通设施，平均行程速度等于平均行驶速度。

图表7-1表明了时间平均速度和区间平均速度之间的典型关系。

区间平均速度总是小于时间平均速度，但两者之间的差距随着速度绝对值的增加而减小。

这个关系来源于实测数据的统计分析，很有使用价值。

因为在现场，时间平均速度通常比区间平均速度更容易观测。

20406080100020*********时间平均速度（km/h）区间平均速度（k m /h）资料来源：Drake 等，参考文献[1]图表7-1 时间平均速度和区间平均速度之间的典型关系图从单车速度的一组样本可以计算出时间平均速度和区间平均速度。

例如：记录下车辆的速度分别为40、60和80km/h 。

通过1km 长路段所花费的时间分别为1.5、1.0和0.75min 。

时间平均速度为60km/h ，其计算式为（40 + 60 + 80）/ 3，区间平均速度为55.4 km/h ，计算式为60 × [ 3 ÷（ 1.5 + 1.0 + 0.75）]。

在通行能力分析中，最好通过观测已知长度路段的行程时间来计算速度。

对于在稳定流状况运行的连续流交通设施，为了易于观测，区间长度可以短至50~100m 。

作为效率度量，速度标准应当反映司机期望和道路功能。

例如，司机在高速公路上比在城市街道上期望达到的速度高。

在平纵线形很不协调的道路上，由于高速行驶会使司机感觉不舒适，因此司机可以容忍较低的自由流速度。

服务水平标准反映了这些期望。

7.2.3 密度密度是在指定时刻，已知长度的车道或道路上拥有的车辆（或行人）数。

本手册的计算中，密度按时间取平均值，通常表示为辆/km 或小客车辆/km 。

在现场直接测定密度比较困难，需要找一处有利地点，能对相当长的一段路进行摄影、录像或观测。

然而，密度可通过更容易测定的平均行程速度和流率来计算。

式（7-5）可计算非饱和状态的密度。

S v D = 式（7-5）式中， v ——流率，辆/h ；S ——平均行程速度，km/h ；D ——密度，辆/km 。

当道路路段的流率为1000辆/h ，平均行程速度为50km/h 时，其密度为： km hkm h D /20/50/1000辆辆== 由于密度能够描述交通运行质量的特征，因此它是连续流交通设施的关键参数。

密度描述了交通流中车辆之间接近的程度，反映了交通流中驾驶的自由度。

由于道路占有率比较容易观测，因此在控制系统中常用它代替密度。

空间占用率是指车辆占用路段长度的比例，时间占用率是指车辆占用道路断面的时间比例。

7.2.4 车头时距和车头间距车头间距是交通流中连续两辆车之间的距离，用两辆车相同部位（如前保险杠、后轴等）的间距来度量。

车头时距是交通流中连续两辆车通过车道或道路某一点的时间差，也用两辆车的相同部位来度量。

由于车头间距和车头时距是与交通流中各自成对的车辆有关，所以认为这些特性是“微观的”。

在任何交通流中，各个车头间距和车头时距都分布在一定的数值范围内，这一般与交通流的速度和通常的运行条件有关。

总之，这些微观参数与密度、流率等交通流宏观参数有关。

车头间距是一个距离参数，以m 表示。

通过测量某一时刻连续两辆车相同部位之间的距离可直接确定车头间距。

这通常需要复杂的航空摄影技术，以至于车头间距一般是通过其他能直接测量的参数得到。

另一方面，车头时距可利用秒表记录通过道路某一点的车辆来度量。

交通流中的平均车头间距与此交通流的密度直接有关，可由公式（7-6）确定。

辆）车头间距（）密度（辆/1000/km m = 式（7-6）平均车头间距和平均车头时距的关系可由交通流的速度决定，如式（7-7）所示。

）速度（辆）车头间距（辆）车头时距（s m m s ///= 式（7-7）该关系时也适用于成对车辆之间单个的车头间距和车头时距。

速度取两车中后车的速度。

流率与交通流中平均车头时距有关，如式（7-8）所示。

辆）车头时距（）流率（辆/3600/s h = 式（7-8）7.2.5 基本参数之间的关系式（7-5）给出了交通流三参数之间的基本关系式，描述了连续流特性。