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第3章 交通流基本特性概要

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道路工程第三章 道路交通流特性及通行能力

道路工程第三章 道路交通流特性及通行能力

N /T Q K L /T V
Q KV
• 关系式(4—25)可用三维坐标系中的空间曲线来表示，
如图:
Qm
Q
0
Vm V Vf 图4—7 Q＝VK曲线图
Kj
K
可以确定反映交通流特性的一些特征变量：
1.最大流量Qm, 是Q—V图上的顶点，是交通量的峰 值； 2.临界速度Vm 与Qm相对应的值，是流量达到最大值 时的速度； 3.畅行速度Vf,当密度趋于零时，车辆可畅行行驶， 此时的速度为畅行速度； 4.最佳密度Km,流量达到最大值时的密度,又称临界 密度；
1 Vt Vt n i 1
(二) 区间平均车速 在某一瞬间，行驶于某一区段的全部 Ln 车辆的车速分布的平均值 （详见例4-5）
Vs
t
i 1
n
i
第四节
交通密度特性
道路交通有这样常见的现象： 1、当道路上车辆很少时，流量近似于零， 交通流呈自由状态； 2、当道路上挤满了车辆时，流量也趋近 于零，而此时交通流却呈现阻塞状态
1 n 3600 ht hti n i 1 Q
__
车头时距是交通流的重要变量之一，车头时距大小影响车 辆运行安全、道路服务水平、驾驶行为和道路的通行能力。
车头时距的分布分类: 随机状态、常态分布、中间状态
车头时距的应用 1.路段通行能力的研究 2.交叉口通行能力的研究 3.其他
（二）车头间距（space headway ）
(二) 行车速度统计分布的特征值
从速度累计频率分布曲线图就可以分析行车 速度统计分布的特征值 1. 中位车速。也称50%车速，表示在该速 度以下行驶的车辆与该速度以上行驶的车辆数相 等。在正态分布的情况下，中位车速等于平均车 速 2. 85%位车速。表示所观测的车辆中，有 85%的车辆行驶在此速度以下，只有15%的车辆 行使速度高于此值。因此，为了确定绝大多数车 辆都能遵守的速度，同时又能最大限度地保证行

交通流特性

交通流特性

5.时间平均速度(Time mean speed－TMS)和区间平均速度 (Space mean speed－SMS) （ 1 ）时间平均车速是指在特定的时间区间内，通过道路某一地 点的所有车辆点速度的算术平均值。 （ 2 ）区间平均车速是指某路段的长度与通过该路段所有车辆的 平均行程时间之比。 6.频率最高值与最常见车速 地点车速的观测结果常表现出数据比较分散，用算术平均值 难以表征其分布特性。为此，采用速度频率分布曲线和累积频率 曲线表示，并从累积频率曲线上选取一些特征值作为描述速度特 性的指标。 频率最高值为观测速度中出现频率最多的那个速度值，此速 度称为最常见车速 。
7.百分位车速 在速度累积频率分布曲线图上，与纵坐标上累加百 分数相应的车速称百分位车速。与其相对应的纵坐标值表示在这 种车速以下行驶车辆的百分率。常用百分位车速有以下几种： （1）85％位车速：它表示所观测到的车辆中，有85％的车辆具 有这种速度值或者在这个速度以下，只有15％的车辆速度高于此
值。在交通管理上常用此速度作为某些路段的最高车速限制标准。
（2）50％位车速常称中位车速 ：它表示在该车速以下行驶的
车辆数等于在该车速以上行驶的车辆数 ，又称为中值速度。 （3）15％位车速 ：它表示在该车速及低于该车速行驶的
车辆数占被观测车总数的15％。常用此车速作为观测路段的最低
限制车速。
第四节 交通流密度 （一）交通流密度(Density) 是指在某一瞬间，单位长度道路上存在的车辆数。 （二）车道占有率 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。 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。
（二）交通流的参数 宏观参数：交通量、流率、速度和交通流密度等

交通流特性(精)

交通流特性(精)
交通量是实测值或预测值，流率是转换后的等效值。
二、交通量的有关概念
1、日交通量 （1）年平均日交通量（AADT） （2）月平均日交通量（MADT） （3）周平均日交通量（WADT） 2、小时交通量 （1）高峰小时交通量 一天内连续60min的最大小时交通量。有整时段和非整时段之分。 （2）第30位（高峰）小时交通量
15%位车速：指所有车辆中，只有15%的车辆在该速度一下行驶。
一般用作最低车速限制标准。
速度观测值的标准差σ（均方差）：
（vi -v）2
n
反映车速分布的离散情况，σ值越大，车速越离散，表明车辆
行驶有很大的自由度。
三、时间平均速度与区间平均速度
1、时间平均速度 Vt
指某一时间段内，通过道路某一断面的所有车辆的地点速度的算
三、交通量在时间上的变化（分布）
1、季节、月份变化 反映交通量在一年内的变化
常用月变系数（又称为月不均匀系数）M表示
2、日变化 反映交通量在一周内的变化
常用周变系数D表示
D=
AADT 某周日的年均日交通量
3、小时变化 反映交通量在一日内的变化，有早、晚高峰 反映交通量在一天内集中程度的参数是高峰小时流量比 ：
3、交通量与密度的关系
由Q=K·V和
K
K2
V=Vf
(1Kj
)
Q=
Vf (K-
Kj
)
说明Q～K呈二次函数（抛物线）关系，其图形为：
对上式进行求导，并令 dQ =0 ，则有：
dK
dQ dK
=
Vf
(1-
2K Kj
)=0
Km
=
Kj 2
K j 2
∴
Qm
=Vf

第3章交通流特性

第3章交通流特性

dQ dK
=0
，则有：
∴
Kj 2K = Vf (1)=0 K m = dK Kj 2 2 K j Kj K jVf 2 Q m =Vf [ ]= 2 Kj 4 dQ
Vf Vf K j Vf K Vm = Vf = 另外，由于 V=Vf Kj Kj 2 2
由坐标原点到Q～K曲线上某一点之间联线的斜率，表示该点 （实质为某一交通运行状态）所对应的车速，原点处的斜率即为 畅行速度Vf。
• 用O计算D的实例（P145/129）：
– Consider a case in which a detector records an occupancy of 0.200 for a 15-minute analysis period. If the average length of a vehicle is 28 ft, and the detector is 3 ft long, what is the density?
– 占有率分为时间占有率（Ot）与空间占有率（ Os） – Ot＝车辆检测器的占用时间/总观测时间 – 检测器的占用时间是车辆的前保险杠激活检测 器的上游边界开始，直到车辆的后保险杠离开 检测器的下游的边界为止 – 在检测器接通期间，车辆驶过的距离为： Lv+Ld，这一距离被认为是车辆的有效长度。 – Os=N（Lv+Ld）/L=D(Lv+Ld)/5280，其中N为 检测时间内通过车辆数，D为交通流密度，单 位vel/mi。 – 如果认为时间占有率等于空间占有率，即可推 出式（5－7）
3.2.3 密度与占有率
• 密度：
– 定义：单位长度道路或车道上，某一瞬间所存 在的车辆数 – 用D表示，单位是veh/mi或 veh/mi/ln ( veh/km 或 veh/km/ln ) – 密度是在一段道路上测得的瞬时值 – 不容易直接测量，经常用速度和交通量来间接 计算 –但密度是三个参数中最重要的一个，因为它可 以最直接地反映交通需求

交通工程学第三章 交通流的基本特性

交通工程学第三章 交通流的基本特性

图3-3 交通流量、车流密度、 行车速度关系二维图
第五节 交通流的基本特性及其相互关系
(1)极大流量Qm，就是Q -v曲线上的峰值。 (2)临界速度vm，即流量达到极大时的速度。 (3)最佳密度km，即流量达到极大时的密度。
(4)阻塞密度kj，车流密集到所有车辆无法移动(v=0)时的密度。 (5)畅行速度vf，车流密度趋于零，车辆可以畅行无阻时的平均速 度。 二、速度与密度的关系 1933年，格林希尔茨提出了速度—密度线性关系模型
(二)车辆的影响 (三)道路的影响 1.道路类型 2.平面线形 3.纵断面线形 4.车道数及车道位置 5.视距 6.侧向净空 7.路面条件
第三节 行车速度特性
(四)交通条件的影响 1.交通量 2.交通组成
3.交通管理 (五)环境的影响
第四节 交 通 密 度
一、交通密度的含义及表示方法 当交通量为零时，不能说明这时没有车辆，而是有两种情况，一 是道路上没有车辆行驶；二是车速为零，有车而不流，这时是阻
3.15%位车速与速率波动幅度
S≈
三、时间平均车速与区间平均车速 1.时间平均车速
2.区间平均车速
第三节 行车速度特性
3.时间平均车速与区间平均车速之间的互换关系
四、影响车速变化的因素
第三节 行车速度特性
影响车速的因素很多，主要随驾驶员、车辆、道路、交通及环境 等因素的变化而变化，其规律简述如下。 (一)驾驶员的影响
塞。
(一)车头间距
第四节 交 通 密 度
(二)车头时距
第四节 交 通 密 度
(三)临界密度和阻塞密度 二、交通密度的分布特性 交通密度的分布特性是用空间占有率和时间占有率来描述的，统 称车道占有率。 (一)空间占有率

（整理）交通流特性

（整理）交通流特性

（整理）交通流特性第三章交通流的基本特性第⼀节概述道路上的⾏⼈或运⾏的车辆构成⾏⼈流或车流，⼈流和车流统称为交通流。

⼀般交通⼯程学研究中，有特指时的交通流是针对机动车交通流⽽⾔的。

交通流的定性和定量特征，称为交通流特性。

观测和研究发现，由于在交通过程中⼈、车、路、环境的相互联系和影响作⽤，道路交通流具有以下三个基本特性。

1．两重性对道路上运⾏车辆的控制既取决于驾驶员，⼜取决于道路及交通控制系统。

⼀⽅⾯，驾驶员为避免与其他车辆发⽣冲突，必然受到道路条件及交通控制系统的制约；另⼀⽅⾯，驾驶员⼜可以在⼀定的时空条件下，依据⾃⼰的意志⾃由地改变车速和与其他车辆的相对位置。

2．局限性由于机动车和道路的物理尺⼨所限，车辆运⾏中相互之间可能会相互妨碍。

仅由于道路通⾏能⼒的限制和车辆间的相互制约，就有可能引起交通拥挤；另外，车速也是有限的，并因车辆和时空条件⽽异。

3．时空性由于车速是随机变化的，机动车在时间上和空间上的状态都是不相同的，因此，交通流既是现有时间变化规律，⼜有其空间变化规律。

道路交通流的以上三个特性进⼀步说明：道路交通是⼀个复杂的动态系统。

由这三个特性出发，将道路上的交通流⽤交通量、速度、密度三个基本参数加以描述。

观测、整理和研究这些参数的变化规律以及它们之问的相互关系，可以为分析道路上的运营状况、交通规则、路⽹布设、线形设计、运输调度与组织、运⼒投放与调控以及为现有道路交通综合治理提供起决定作⽤的论证数据。

第⼆节交通量的基本特性交通量是指单位时间内，通过道路某⼀地点或某⼀断⾯的实际交通参与者(含车辆、⾏⼈、⾃⾏车等)的数量，⼜称交通流量或称流量。

如果不加说明时，通常是指单位时间内通过道路某⼀地点或某⼀断⾯往来两个⽅向的车辆数，亦称为车流量。

在交通量观测和统计分析及实际应⽤中，常见的交通量有以下⼏种：1．平均交通量交通量不是⼀个静⽌的量，它是随时间变化的，在表达⽅式上通常取某⼀时段内的平均值作为该时段的代表交通量。

第三章 交通流特性


到达率λ(t) < 服务率μ
到达率λ(t) > 服务率μ
到达率λ(t) = 服务率μ
排队长度达到最大
排队从开始出现到消失期间的车辆总等待时间
一、速度
• 速度——单位距离内行程时间的倒数，是 车辆运行效率的简单度量指标。 • 影响速度的因素：车辆本身的性能、驾驶 员的行为、环境条件、交通密度、交通流 速率。
• 瞬时速度：车辆在行驶过程中某一瞬间（通常为
几秒钟）的速度。
• 行驶速度：车辆不受耽搁地连续行驶，驶经某一
段路程所用去的时间称为行驶时间，路程与行驶时 间之比。
进而可得，
k1 s
即交通密度为平均车头间距的倒数。
四、交通量-速度-交通密度 （q - va- k）的关系
如果在交通流中各车辆的行驶速度相同，也即
vL T
则在T时段或L长度内通过的车辆数n为：
n qT
也即，交通量为交通密度同速度的乘积。
将车辆按速度分组，对于每组速度的车辆
ha pij hij 98.1s
跑道的通行能力为，
qm 1 1 0.0102次 / s 36.7次 / h 37次 / h ha 98.16
所以，跑道的通行能力取决于不同速度飞机的组成和规定 的飞机间隔距离。
第三节 排队和延误分析
• 车辆经过站场、交叉口等各种节点或“瓶颈 ”时，由于受到这些限制点通行能力的限制 ，不能以正常的速率通过，从而积存在上游 方，形成排队，等待处理（通过）。
• 平均速度
va
(v n )
i 1 i i
m
n
i 1
m
i
• 标准差

m m 2 2 （ v n ） v n a i i i i 1 i 1 m n 1 i i 1

第3章 交通流基本特性

21
三、时间平均车速与区间平均车速

时间平均车速：在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，即:
1 n V t vi n i 1
式中： t —时间平均车速（km/h）； V v i —第i 辆车的地点车速（km/h）； n —单位时间内观测到车辆总数（辆）。
K周 日 年平均日交通量 某周日平均交通量

某周日的平均日交通量等于全年所有该周日的交 通量除以全年该周日的总天数。
8
二、交通量的时间分布
时变化：一天24小时中，每个小时的交通量亦在 不断变化。 一天24小时中，流量最大的那个小时的交通量称 为高峰小时交通量。 高峰小时系数：就是高峰小时交通量与高峰小时 内某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之 比。 高峰小时交通量 PHFt 60 （高峰小时内t时段的交通量） t 一般 t=5min或t=6min或 t=10min，最常用t=15min
27
二、车道占有率

空间占有率：是指在一定路段上，车辆总长度与 路段总长度之比（%），表达式为： 1 n Rs si S i 1
式中： Rs —空间占有率； S —观测路段总长度； si —第i 辆车的长度； n —观测路段内的车辆数。
28
二、车道占有率

空间占有率示意图：
S
s1
s2
s3
1 7 WADT Qi 7 i 1
6
二、交通量的时间分布

月变化 ：一年内各月交通量的变化称为月变 化。年平均日交通量与月平均日交通量之比,称 为交通量的月变化系数(或称月不均衡系数，月 换算系数)，以K月表示 。
AADT K月 MADT

同济大学交通设计-第3章


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第三章 交通问题及其特征分析
——3.5 交通行为理论
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End
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3.3 交通设施通行能力
道路通行能力与服务水平 1)道路通行能力 (1)基本概念 • 单位时间通过一点或断面的最大交通实体(车辆/人)数,单位
为标准车(辆)或人/单位时间; • 道路通行能力随诸多因素而变化 (2)影响因素 • 道路条件：车道数，几何条件（车道宽、曲线半径、坡度、
冲突特征； 速度特征：快速和速度差； 控制行为； 行驶环境等
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交通冲突定义
两个或多个道路使用者（或结构物）在一定的时间和空间上 彼此接近到一定程度，此时若不改变其运行状态，就有发生 碰状危险的交通现象称为交通冲突。
交通流 1
•做出运动
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交通流基本特征
• 交通流的基本概念：
行人流、自行车流、机动车流；交通流具有 约束（控制与管理）与自由（交通参与者选 择行为）的双重性、车辆/道路及其他交通 影响的局限性、时空变化性
• 交通特征参数：
交通流量、交通密度、速度（地点速度、空 间速度、时间速度）、车头时距、车头空距
交通流 2
• 处于碰 撞的危 险境地
交通流 2
•驾驶员以 制动或转 向的形式 做出应

第3章 交通流特性2012

一、交通流密度

交通流（车流）密度： 是指某一瞬间单位道 路长度上的车辆数目。
N K L
式中：N —路段内的车辆数(辆); L —路段长度(km)。
二、车道占有率

由于密度是瞬时值，随观测时间和区间长度而 变化，且反映不出车辆长度和速度的关系，尤 其是在车辆混合行驶时密度的大小并不能明确 表示交通流的状态，这就要引入车道占有率的 概念表示密度。 车道占有率包括空间占有率和时间占有率两种。
第30位小时交通量为设计小时交通量使道路设计既 满足了99．67％时间内的交通需求，将交通拥挤时 间保持在最低限度(只占o．33％)，且大大降低了公 路建设费用，经济合理。
（四）设计小时交通量
• 设计小时交通量的计算（考虑方向不均衡性）
DDHV AADT K D
式中：DDHV——单向设计小时交通量； K —设计小时交通量系数（%）； D —方向不均匀系数（%）

三、速度分布和百分位车速
中位车速： 也称50%位车速，是指在观测路段上，该 速度以下行驶的车辆数与该速度以上行驶 的车辆数相等。


85%位车速：在该路段行驶所有车辆中， 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。
15%位车速：意义与前亦同。 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:
（以后讲到速度如果不加说明即为区间平均速度）

Vs
s 1 ti n i 1
n

1 1 n 1 n i 1 v i
式中： V s —区间平均速度（km/h） ；s —路段长度 （km）；ti —第i辆车的行驶时间（h）；n —观测 到的车辆数；vi —第i辆车行程车速（km/h）。
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16
四、设计小时交通量
设计小时交通量的计算（不考虑方向不均衡性） DHV DHV AADT k n W W1 n C单 式中：DHV—设计小时交通量（辆/h）； K —设计小时交通量系数（%）； N — 车道数; C单— 每一车道设计通行能力（辆/h）； AADT — 规划年的年平均日交通辆量 （辆/d）； W —路幅宽度（m）； W1 —一条车道宽度（m）。
15
四、设计小时交通量




第30位最高小时交通量 所谓第30位最高小时交通量就是将一年中测得的 8700个小时交通量，从大到小按序排列，排在第 30位的那个小时交通量。 研究表明，第30位小时交通量与年平均日交通量 （AADT）之比的K值十分稳定。 据国外观测，按道路类别及所在地区不同K值分 布在12%～18%范围内。
主要包括： 交通量的城乡分布 交通量的路段分布 交通量的方向分布 交通量在车道上的分布
11
1.2 交通量的空间分布
地域、城乡、路线、方向、车道差别
1997年东、中、西部地区国道交通量
地 域 分 布
地区
国道里程 （km）
AADT(辆/日)
东部沿海、南部 中部 西部
25665 31011 37711
5

一、交通量的定义

年平均日交通量（AADT）：


月平均日交通量（MADT）： 1 k MADT Qi k i 1 k：为当月的天数。 周平均日交通量（WADT）：
1 365 1 366 AADT Qi或闰年 : AADT Qi 365 i 1 366 i 1
3
一、交通量的定义

二、交通量和流率的关系

交通量和流率是描述交通流特性的最重要参数之
一，它们都是反映交通需求的变量，但它们无论
从概念上还是本质上都有重要的差别：

交通量是通过实际观测或者通过预测得到的值；

流率则是通过对不足1h的交通量的等效转换后得
到的等效值。
4
一、交通量的定义

交通量时刻在变化，在表达方式上通常取某一时 间段内的平均值作为该时间段的代表交通量。如 果以辆/d为单位，平均交通量表达式为: 1 n 平均交通量 Qi n i 1 按平均值所取的时间段的长度计 ,常用的平均交通 量有: 年平均日交通量（AADT）； 月平均日交通量（MADT）； 周平均日交通量（WADT）。
车道分布
每条车道交通量的大小主要与车道两 侧的干扰、慢行车的比例和进出口的数量、 位置有关。当车流为连续流时，主要受车 辆车速差别的大小影响，小汽车专用车道 交通量显然比大汽车车道大 。
14
四、设计小时交通量


作用： 交通量具有随时间变化和出现高峰小时的特点， 因此，在进行道路设施规划设计时，必须考虑这 个特点。工程上为了保证道路在规划期内满足绝 大多数小时车流能顺利通过，不造成严重阻塞， 同时避免建成后车流量很低，投资效益不高，规 定必须选择适当的小时交通量作为设计小时交通 量。 根据美国的研究、认为第30位最高小时交通量作 为设计小时交通量是最合适的。
交通工程学
第三章 交通流的 基本特性
1 1
第一节 交通流量
2 2
一、交通量的定义
交通量是指在选定时间段内, 通过道路某一地 点、某一断面或某一条车道的交通实体数。按交通 类型分, 有机动车交通量、非机动车交通量和行人 交通量,一般不加说明则指机动车交通量，且指来往 两个方向的车辆数。 流率是指把在不足1h时间段内(通常15min)， 通过道路(或道路上某一条车道)指定地点或断面 的车辆数经过等效转换得到的单位小时的车辆数。

17
四、设计小时交通量

设计小时交通量的计算（考虑方向不均衡性）
DDHV AADT K KD
式中：DDHV——单向设计小时交通量； K —设计小时交通量系数（%）； KD —方向不均匀系数（%）
1 7 WADT Qi 7 i 1
6
二、交通量的时间分布

月变化 ：一年内各月交通量的变化称为月变 化。年平均日交通量与月平均日交通量之比,称 为交通量的月变化系数(或称月不均衡系数，月 换算系数)，以K月表示 。
AADT K月 MADT
7
二、交通量的时间分布

周变化：交通量的周变化是指一周内各天的交通 量变化，因此，也称周日变化。 周变系数定义为：年平均日交通量除以某周日的 平均交通量。
K周 日 年平均日交通量 某周日平均交通量

某周日的平均日交通量等于全年所有该周日的交 通量除以全年该周日的总天数。
8
二、交通量的时间分布
时变化：一天24小时中，每个小时的交通量亦在 不断变化。 一天24小时中，流量最大的那个小时的交通量称 为高峰小时交通量。 高峰小时系数：就是高峰小时交通量与高峰小时 内某一时段的交通量扩大为高峰小时的交通量之 比。 高峰小时交通量 PHFt 60 （高峰小时内t时段的交通量） t 一般 t=5min或t=6min或 t=10min，最常用t=15min

9
二、交通量的时间分布
如： t=15（min）
高峰小时交通量 PFH15 4 （高峰小时中高峰 15 min交通量）
t=10（min）
高峰小时交通量 PFH10 6 （高峰小时中高峰 10 min交通量）
城市中短时间的高峰交通量造成交通阻塞。
10
三、交通量的空间分布

5984 3203 2168
12
方 向 分 布
东 部
方向分布系数KD
KD 重要行车方向交通量 100% 双向总交通量
我国公路的方向分布系数
中 部 60 分 钟 5 分 钟 15 分 钟 60 分 钟 5 分 钟 西 部 15 分 钟 60 分 钟 5 分 钟 全国平均 15 分 钟 60 分 钟
类型
城郊 公路 乡村 公路
5 分 钟
15 分 钟
0.66 0.58 0.58 0.61 0.57 0.57 0.65 0.57 0.58 0.64 0.57 0.58
0.71 0.60 0.61 0.60 0.57
0.61 0.66 0.59
13 13
城乡分布
城市交通量大于农村道路交通量 2001.4.19北京东三环农展