交通工程课件：第5章道路通行能力.ppt

1、第五章第五章 道路通行能力分析道路通行能力分析 Shanghai Maritime University 钱红波2011.10.17 Shanghai Maritime University 2平面交叉口通行能力平面交叉口通行能力道路路段通行能力道路路段通行能力通行能力和服务水平通行能力和服务水平交织区与匝道通行能力交织区与匝道通行能力高速公路与匝道连接处通行能力高速公路与匝道连接处通行能力目目 录录 Shanghai Maritime University 3学习要点：学习要点：1 1、透彻的理解影响通行能力的各种因素及运行质量、透彻的理解影响通行能力的各种因素及运行质量（道路条件、交通条件

2、、控制条件、环境条件）。（道路条件、交通条件、控制条件、环境条件）。2 2、掌握各种道路设施通行能力特征及其计算方法。、掌握各种道路设施通行能力特征及其计算方法。 Shanghai Maritime University 4为什么会发生交通阻塞？为什么会发生交通阻塞？n 通行能力通行能力 交通需求交通需求无交通拥挤无交通拥挤n 通行能力通行能力 交通需求交通需求交通拥挤发生交通拥挤发生n 都市都市中早晚交通拥挤中早晚交通拥挤交通需求究竟在多大程度上超过了通行能力交通需求究竟在多大程度上超过了通行能力？1010？、？、2020？3030倍以上倍以上？n 交通需求超过通行能力的交通需求超过通行能力

3、的 5 5 1010 的的程度程度 交通拥挤发生交通拥挤发生 严重交通拥堵严重交通拥堵 Shanghai Maritime University 5道路的通行能力概念道路的通行能力概念n 什么是通行能力（什么是通行能力（traffic capacitytraffic capacity）？）？在一定的道路条件在一定的道路条件、交通条件、控制条件、环境条件下交通条件、控制条件、环境条件下、道路断面在一定的时间内能够通过的最大车辆数道路断面在一定的时间内能够通过的最大车辆数n 车辆数量的表现车辆数量的表现 交通量交通量1 1换算系数换算系数2 2交通量交通量2 2换算系数换算系数2 2 换算成小汽车

4、数换算成小汽车数（pcupcu：passenger car unitpassenger car unit）【例例】标准辆数标准辆数 2,000 pcu / h2,000 pcu / h 实际辆数实际辆数 1,8001,800 辆辆 / / h hn 计量通行能力的时间单位计量通行能力的时间单位时间单位愈大交通不均匀性也愈大，无法准确反映交通时间单位愈大交通不均匀性也愈大，无法准确反映交通量与服务水平的关系。通常用小时为单位，美国用量与服务水平的关系。通常用小时为单位，美国用15min15min标准车辆标准车辆 Shanghai Maritime University 6 通行能力是指所分析的道

5、路、设施没有任何变化通行能力是指所分析的道路、设施没有任何变化, ,还假定其还假定其具有良好的气候条件和路面条件下的通过能力具有良好的气候条件和路面条件下的通过能力, ,如条件有任何变如条件有任何变化都会引起通行能力的变化。化都会引起通行能力的变化。 总之总之, ,道路通行能力不是一个一成不变的定值道路通行能力不是一个一成不变的定值, ,是随其影响因是随其影响因素变化而变动的疏解交通能力的极限。素变化而变动的疏解交通能力的极限。 通行能力分析的主要目的是求得在不同运行质量下通行能力分析的主要目的是求得在不同运行质量下1h1h所能所能通行的最大交通量，即可求得在指定的交通运行质量条件下所通行的最

6、大交通量，即可求得在指定的交通运行质量条件下所能承担交通的能力。能承担交通的能力。如条件有任何变化都会引起通行能力的变化如条件有任何变化都会引起通行能力的变化通行能力是随运行质量变化而变动的疏解交通的能力通行能力是随运行质量变化而变动的疏解交通的能力通行能力分析即求得在指定的运行质量下所能承担交通的能力通行能力分析即求得在指定的运行质量下所能承担交通的能力与交通量、高峰小时交通量的区别和联系与交通量、高峰小时交通量的区别和联系 Shanghai Maritime University 7通行能力的影响因素通行能力的影响因素 道路条件道路条件 是指公路的是指公路的（车道数、车道、路肩、中央（车道

7、数、车道、路肩、中央带等的宽度，侧向净宽，设计速度及平、纵线形和视距等）带等的宽度，侧向净宽，设计速度及平、纵线形和视距等） 交通条件交通条件 是指是指（交通流中的交通组成、交通量、不（交通流中的交通组成、交通量、不同车道中的交通量分布、上下行方向的交通量分布）同车道中的交通量分布、上下行方向的交通量分布） 管制条件管制条件 是指交通是指交通的形式及特定设计和的形式及特定设计和 其它条件其它条件 指气候、温度、地形、风力、心理因素等。指气候、温度、地形、风力、心理因素等。 Shanghai Maritime University 8为什么要研究通行能力？为什么要研究通行能力？n 通行能力是道路

8、系统规划、设计、建设、管理的指南针通行能力是道路系统规划、设计、建设、管理的指南针n 通过交通需求与通行能力比较，可以评价道路交通服务水平通过交通需求与通行能力比较，可以评价道路交通服务水平n 交通需求与通行能力之间的关系，是交通环境评价的依据交通需求与通行能力之间的关系，是交通环境评价的依据 Shanghai Maritime University 9 Shanghai Maritime University 10需分别进行通行能力和服务水平分析需分别进行通行能力和服务水平分析的公路组成部分的公路组成部分 Shanghai Maritime University 11国内外道路通行能力研究的

9、概况国内外道路通行能力研究的概况 Shanghai Maritime University 12服服 务务 水水 平平n 美国美国HCMHCM中规定为：描述交通流内的运行条件以及影响驾驶员和乘客感受的一中规定为：描述交通流内的运行条件以及影响驾驶员和乘客感受的一种质量标准。种质量标准。n我国的定义是指道路使用者从道路状况、交通与管制条件、道路环境等方面我国的定义是指道路使用者从道路状况、交通与管制条件、道路环境等方面可能得到的服务程度或服务质量。可能得到的服务程度或服务质量。n A A B B C C D D E E F F 速度速度高高、密度小、密度小 速度速度低、密度大低、密度大舒适度高舒

10、适度高 舒适度低舒适度低一级一级二级二级三级三级四级四级 A B A B C D C D E F E Fn 不同服务水平下要求通过的交通量。服务水平高，服务交通量小，反之亦不同服务水平下要求通过的交通量。服务水平高，服务交通量小，反之亦然。然。每一服务水平有其服务质量的范围，服务水平最差时对应的交通量称为最大每一服务水平有其服务质量的范围，服务水平最差时对应的交通量称为最大服务交通量。服务交通量。 Shanghai Maritime University 13A A 级级F F 级级E E 级级D D 级级C C 级级B B 级级 Shanghai Maritime University 14

11、LOS交通量交通量交通流交通流状态状态车间车间影响影响选择速度的自由度和驾驶的自由度选择速度的自由度和驾驶的自由度 舒适舒适性性A非常小非常小 自由流自由流 几乎几乎没有没有非常高非常高极高极高B很小很小较好的较好的稳定流稳定流微弱微弱选择速度的自由度相对来说还不受影响，选择速度的自由度相对来说还不受影响，驾驶自由度稍有下降驾驶自由度稍有下降 很高很高C较小较小一般的一般的稳定流稳定流加强加强选择速度受到其他车辆的影响，驾驶时选择速度受到其他车辆的影响，驾驶时需相当留心部分其他车辆需相当留心部分其他车辆 明显明显下降下降D进一步进一步增大增大 较差的较差的稳定流稳定流受到严格约束受到严格约束

12、低下低下 E接近通接近通行能力行能力 不稳定不稳定交通流交通流极低极低非常非常低低F 由大由大变小变小 极不稳定极不稳定强制流强制流无无极低极低美国美国A至至F六级服务水平的一般描述摘要六级服务水平的一般描述摘要 Shanghai Maritime University 15D D 级级三级三级一级一级二级二级四级四级 Shanghai Maritime University 16流量流量速速度度自由流自由流稳稳 定定 流流强制流强制流0ABC不稳定流不稳定流DEF Shanghai Maritime University 17服务水平的划分指标服务水平的划分指标n 行车速度和运行时间行车速度

13、和运行时间; ;n 车辆行驶时的自由程度车辆行驶时的自由程度( (通畅性通畅性););n 交通受阻或受干扰的程度交通受阻或受干扰的程度, ,以及行车延误和每以及行车延误和每 公里停车次数等公里停车次数等; ;n 行车的安全性行车的安全性( (事故率和经济损失等事故率和经济损失等); ); n 行车的舒适性和乘客满意的程度行车的舒适性和乘客满意的程度; ;n 最大密度最大密度, ,每车道每公里范围内车辆的最大密度每车道每公里范围内车辆的最大密度; ;n 经济性经济性( (行驶费用行驶费用) )n 公路、信号交叉口、无信号交叉口、市区干道公路、信号交叉口、无信号交叉口、市区干道 Shanghai

14、Maritime University 18 然而然而, ,由于实际确定服务等级时由于实际确定服务等级时, ,难以全面考虑和难以全面考虑和综合上述诸因素综合上述诸因素, ,往往仅以其中的某几项指标作为代往往仅以其中的某几项指标作为代表。如行车速度及服务交通量与通行能力之比表。如行车速度及服务交通量与通行能力之比, ,作为作为路段评定服务等级的主要影响因素。路段评定服务等级的主要影响因素。 同时同时, ,由于这几项指标比较易于观测由于这几项指标比较易于观测, ,而且车速而且车速和服务交通量也同其它因素有关和服务交通量也同其它因素有关, ,所以取此二者作为所以取此二者作为评价服务水平的主要指标是有

15、一定根据的。评价服务水平的主要指标是有一定根据的。 Shanghai Maritime University 19HCM2000HCM2000信号交叉口服务水平标准信号交叉口服务水平标准LOS每辆车的停车延误（每辆车的停车延误（s）A5B5 and 15C15 and 25D25 and 40E40 and 60F60 Shanghai Maritime University 20 道路的通行能力和服务水平从不同的角道路的通行能力和服务水平从不同的角度反映了道路的性质与功能度反映了道路的性质与功能, ,通行能力主要反通行能力主要反映道路服务数量的多少或能力的大小映道路服务数量的多少或能力的大小

16、, ,服务水服务水平主要反映了道路服务质量或服务的满意程度。平主要反映了道路服务质量或服务的满意程度。 严格地说严格地说, ,没有无通行能力的服务水平没有无通行能力的服务水平, ,也没有无服务质量的通行能力也没有无服务质量的通行能力, ,两者是不能分两者是不能分开的。开的。道路通行能力与服务水平道路通行能力与服务水平 Shanghai Maritime University 21道路通行能力的分类道路通行能力的分类n基本基本( (理论理论) )通行能力通行能力basic capacitybasic capacity公路的某组成部分在公路的某组成部分在的道路、交通、控制和环境条件下，一条车道的一

17、的道路、交通、控制和环境条件下，一条车道的一横断面上，横断面上，1h1h所能通过标准车辆的最大辆数所能通过标准车辆的最大辆数(pcu)(pcu) n实际实际( (可能可能) )通行能力通行能力possible capacitypossible capacity公路的某组成部分在公路的某组成部分在的道路、交通、控制及环境条件下，一条车道的一的道路、交通、控制及环境条件下，一条车道的一横断面上，横断面上，1h1h所能通过的车辆的最大辆数所能通过的车辆的最大辆数(pcu)(pcu) n设计设计( (规划规划) )通行能力通行能力design capacitydesign capacity公路的某组成

18、部分在公路的某组成部分在的道路、交通、控制及环境条件下，一条车道的一的道路、交通、控制及环境条件下，一条车道的一横断面上，横断面上，1h1h所能通过的车辆的最大辆数所能通过的车辆的最大辆数(pcu)(pcu) Shanghai Maritime University 22理论（基本）通行能力理论（基本）通行能力实际（可能）通行能力实际（可能）通行能力规划（设计）通行能力规划（设计）通行能力三者间的关系三者间的关系各种修正系数各种修正系数指定服务水平指定服务水平下的下的V/C比比 Shanghai Maritime University 23三者间的区别三者间的区别基本基本(理论理论)通行能力通

19、行能力实际实际(可能可能)通行能力通行能力设计设计(规划规划)通行能力通行能力 Shanghai Maritime University 24基本基本(理论理论)通行能力中的理想条件通行能力中的理想条件l理想的道路条件，主要指车道宽度应不小于3.65米，路旁侧向余宽不小于1.5米，纵坡平缓，视野开阔，线形良好，路面状况良好。l理想的交通条件，主要是车辆组成为单一的标准型汽车，在一条车道上以相同的速度连续不断地行驶，各车辆之间保持与车速相适应的最小车头间隔，且无任何方向的干扰。 Shanghai Maritime University 25基本基本(理论理论)通行能力的计算通行能力的计算hlvh

20、Nt/100036000辆最大车安全车安全制动反应llvtvlllll2546 . 320 Shanghai Maritime University 26 是指主线上不受匝道附近车辆汇合、分离是指主线上不受匝道附近车辆汇合、分离以及交织运行影响的路段部分以及交织运行影响的路段部分(1) 3.75m (1) 3.75m 车道宽度车道宽度 4.50m4.50m(2) (2) 侧向净宽侧向净宽 1.75m1.75m(3) (3) 车流中全部为小客车车流中全部为小客车(4) (4) 驾驶员均为经常行驶高速公路且技术熟练遵守交通法规者驾驶员均为经常行驶高速公路且技术熟练遵守交通法规者基本路段通行能力基本

21、路段通行能力 Shanghai Maritime University 27基本路段通行能力基本路段通行能力 2200 2000 1900 1800 设计速度设计速度(km/hr) 120 100 80 60 (pcu / hrlane) Mservice i = CB ( V / C )i 最大服务交通量最大服务交通量 = 基本通行能力基本通行能力服务水平服务水平CD = CB N fW fHW fP CD = CB ( V / C )i N fW fHW fPMservice i最大服务交通量最大服务交通量N单向车道数单向车道数fW车道宽度和侧向净空影响修正系数车道宽度和侧向净空影响修正系

22、数fHW大型车混行影响修正系数大型车混行影响修正系数fP驾驶员条件影响修正系数驾驶员条件影响修正系数服务水平服务水平运行质量运行质量运行质量运行质量 Shanghai Maritime University 28实际实际(可能可能)通行能力的计算通行能力的计算道路条件修正系数道路条件修正系数1 1、车道宽度、车道宽度2 2、侧向净空、侧向净空3 3、纵坡度、纵坡度4 4、视距不足、视距不足5 5、沿途条件、沿途条件交通条件修正系数交通条件修正系数1 1、大车比率修、大车比率修) 1(11HVHVHVEPfP PHVHV大型车交通量占总交通量的百分比；大型车交通量占总交通量的百分比；E EHVH

23、V大型车换算成小客车的车辆换算系数。大型车换算成小客车的车辆换算系数。 Shanghai Maritime University 29设计设计(规划规划)通行能力的计算通行能力的计算通行能力服务交通量实际设计CC多车道的总通行能力多车道的总通行能力nKNN1多N1为第一条车道的通行能力（辆/h）；Kn为相应于各车道的折减系数。 Shanghai Maritime University 30 城市道路通行能力实际上主要受交叉口通行能力城市道路通行能力实际上主要受交叉口通行能力的制约的制约, ,如交叉口管理不善致使通行能力不高如交叉口管理不善致使通行能力不高, ,路段上路段上通行能力再大也无法发挥

24、作用。因此通行能力再大也无法发挥作用。因此, ,除研究路段上除研究路段上通行能力外通行能力外, ,主要应研究与提高各种类型交叉口的通主要应研究与提高各种类型交叉口的通行能力。行能力。平面交叉口通行能力的计算平面交叉口通行能力的计算 Shanghai Maritime University 31交叉口控制形式：交叉口控制形式： 全无管制、两向停车、四向停车、环形方式全无管制、两向停车、四向停车、环形方式无信号交叉口的通行能力无信号交叉口的通行能力主路优先交叉口主路优先交叉口四路停车交叉口四路停车交叉口全无管制交叉口全无管制交叉口 Shanghai Maritime University 32n两

25、向停车交叉口车流运行特性两向停车交叉口车流运行特性n计算思路计算思路 根据间隙理论，直接计算优先方向交通流中的可穿越间隙（车头时根据间隙理论，直接计算优先方向交通流中的可穿越间隙（车头时距间隔），作为非优先方向可以通过的最大交通量。优先道路通过的交距间隔），作为非优先方向可以通过的最大交通量。优先道路通过的交通量按路段计算。通量按路段计算。主要道路主要道路次次要要道道路路 Shanghai Maritime University 33n主要道路上的车辆，优先通行；沿次要道路行驶的车辆，让主要主要道路上的车辆，优先通行；沿次要道路行驶的车辆，让主要道路上的车辆先行，寻找机会，穿越主要道路上车流的

26、空档道路上的车辆先行，寻找机会，穿越主要道路上车流的空档n主要道路上能够通过的车辆多少，按路段计算主要道路上能够通过的车辆多少，按路段计算n次要道路上能够通过多少车辆，受下列因素影响：主要道路上车次要道路上能够通过多少车辆，受下列因素影响：主要道路上车流的车头间隔分布、次要道路上车辆穿越主要道路车流所需时间、流的车头间隔分布、次要道路上车辆穿越主要道路车流所需时间、次要道路上车辆跟驰的车头时距大小等次要道路上车辆跟驰的车头时距大小等n无信号交叉口的通行能力，等于主要道路上的交通量加上次要道无信号交叉口的通行能力，等于主要道路上的交通量加上次要道路上车辆穿越空档能通过的车辆数。若主要道路上的车流

27、已经饱和，路上车辆穿越空档能通过的车辆数。若主要道路上的车流已经饱和，则次要道路上的车辆一辆也通不过则次要道路上的车辆一辆也通不过n无信号交叉口的通行能力最大等于主要道路路段的通行能力。在无信号交叉口的通行能力最大等于主要道路路段的通行能力。在无信号交叉口，主要道路上的交通量不大，车辆呈随机到达，有一无信号交叉口，主要道路上的交通量不大，车辆呈随机到达，有一定空档供次要道路的车辆穿越，相交车流无过大阻滞，否则，需加定空档供次要道路的车辆穿越，相交车流无过大阻滞，否则，需加设信号灯，分配行驶权设信号灯，分配行驶权n要点理解要点理解 Shanghai Maritime University 34有

28、多少车辆可以穿越主要道路？假设条件假设条件n主路上的车辆优先通过路口，主路上的双向车流视为一股车流主路上的车辆优先通过路口，主路上的双向车流视为一股车流n交通量不大，车辆之间的间隙分布符合负指数分布交通量不大，车辆之间的间隙分布符合负指数分布n当间隙大于临界间隙当间隙大于临界间隙t t0 0时，次要道路上车辆方可穿越时，次要道路上车辆方可穿越n次要道路上车辆跟驰行驶时的车头时距次要道路上车辆跟驰行驶时的车头时距t=3st=3sqtqteeQQ10主次关键问题：关键问题：q qQ Q主主/3600,pcu/s/3600,pcu/s主要道路上单位时间间隔内车辆的平均到达率主要道路上单位时间间隔内车

29、辆的平均到达率 Shanghai Maritime University 35信号交叉口的通行能力信号交叉口的通行能力 交叉口通行能力是指各相交道路进口处通行能力交叉口通行能力是指各相交道路进口处通行能力之和。之和。 停车线段面法：凡车辆通过停车线断面就认为车停车线段面法：凡车辆通过停车线断面就认为车辆已经通过交叉口。辆已经通过交叉口。 冲突点法：凡车辆通过冲突点就认为车辆通过交冲突点法：凡车辆通过冲突点就认为车辆通过交叉口。叉口。 对于直行专用车道、右转专用车道、左转专用车对于直行专用车道、右转专用车道、左转专用车道、不设左转专用车道的左转专用车道、直左混行车道、不设左转专用车道的左转专用车

30、道、直左混行车道、直右混行车道都有专门的计算公式。道、直右混行车道都有专门的计算公式。 Shanghai Maritime University 36在信号灯控制的交叉口：在信号灯控制的交叉口：l 绿灯亮时，允许各行驶方向的车辆进绿灯亮时，允许各行驶方向的车辆进入交叉口入交叉口l 红灯亮时，只允许右转车辆沿右转专红灯亮时，只允许右转车辆沿右转专用车道行进，但不得影响横向道路上直行用车道行进，但不得影响横向道路上直行车辆的正常行驶车辆的正常行驶l 黄灯亮时，已越过停车线的车辆继续黄灯亮时，已越过停车线的车辆继续行驶，通过交叉口；没越过停车线的车辆行驶，通过交叉口；没越过停车线的车辆应在停车线后等

31、候绿灯应在停车线后等候绿灯 Shanghai Maritime University 372 2相位方案相位方案2 2相位配时图相位配时图 Shanghai Maritime University 38多相位信号控制43 Shanghai Maritime University 39l 信号相位：各进口道不同方向所显示的不同色灯组信号相位：各进口道不同方向所显示的不同色灯组合称为一个相位信号。合称为一个相位信号。l 周期长度：各个行车方向完成一组色灯变换所需的周期长度：各个行车方向完成一组色灯变换所需的总时间，等于红灯时间总时间，等于红灯时间+ +绿灯时间绿灯时间+ +黄灯时间黄灯时间l 绿信

32、比：一个相位内某一方向有效通行时间与周期绿信比：一个相位内某一方向有效通行时间与周期长度之比。长度之比。基本概念 Shanghai Maritime University 40 十字形交叉口设计通行能力等于各进口道设计通行能力之和； 进口道设计通行能力等于各车道设计通行能力之和； 十字交叉口的设计通行能力 Shanghai Maritime University 41 专用信号控制下专用车道的设计通行能力专用信号控制下专用车道的设计通行能力)(3600间损绿tttTCs 从上述公式可以看出：信号交叉口通行能力的重要影响因素是信号配时，通从上述公式可以看出：信号交叉口通行能力的重要影响因素是信号

33、配时，通行能力与相位长成正比。行能力与相位长成正比。 现状管制条件就是为现状交通需求服务的。相位长和周期长随到达量的增现状管制条件就是为现状交通需求服务的。相位长和周期长随到达量的增加而增加。因此，在一定范围内通行能力也可随交通需求的提高而有所增加。加而增加。因此，在一定范围内通行能力也可随交通需求的提高而有所增加。 信号交叉口通行能力应该是在现状交通需求模式、现状道路条件、现状相信号交叉口通行能力应该是在现状交通需求模式、现状道路条件、现状相位结构下通过的最大车辆数。位结构下通过的最大车辆数。 因此，信号交叉口的通行能力只有在规定了周期长和饱和度之后，才具有相因此，信号交叉口的通行能力只有在规定了周期长和饱和度之后，才具有相互比较的意义。互比较的意义。 Shanghai Maritime University 421、影响通行能力的主要因素，各表现在哪些方面？、影响通行能力的主要因素，各表现在哪些方面？2、服务水平的概念，以及不同道路设施服务水平的评价指标各是什么？、服务水平的概念，以及不同道路设施服务水平的评价指标各是什么？3、分析理论通行能力、实际通行能力、规划（设计）通行能力的区别和异同。、分析理论通行能力、实际通行能力、规划（设计）通行能力的区别和异同。