第4章_交通流理论

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第二章 交通流特性

第一节 交通调查

交通调查：在道路系统的选定点或选定路段，为了收集有关车辆（或行人）运行情况的数据而进行的调查分析工作。

意义：交通调查对搞好交通规划、道路设施建设和交通管理等都是十分重要的。

调查方法：

（1）定点调查；

（2）小距离调查（距离小于10m）；

（3）沿路段长度调查（路段长度至少为500m）；

（4）浮动观测车调查；

（5）ITS区域调查。

图2—1中，纵坐标表示车辆在行驶方向上距离始发点（任意选定）的长度，横坐标表示时间。图中的斜线代表车辆的运行轨迹，斜率为车速，直线相交表示超车。

穿过车辆运行轨迹的水平直线代表定点调查；

两条非常接近的水平平行直线表示小距离调查；

一条竖直直线表示沿路段长度调查（瞬时状态，例如空拍图片）；

车辆的轨迹之一就可代表浮动车调查；

ITS区域调查类似于在不同时间、不同地点进行大量的浮动车调查。

图2—1 几种调查方法的时间—距离图示

0

0 500 1000 1500 2000 2500

时间（s） 距离（m）

高速公路车道 沿路段长度调查

定点调查

小距离调查 浮动车调查

30 60 90 120 2

一、定点调查

定点调查包括人工调查和机械调查两种。

人工调查方法即选定一观测点，用秒表记录经过该点的车辆数。

机械调查方法常用的有自动计数器调查、雷达调查、摄像机调查等。

自动计数器调查法使用的仪器有电感式、环形线圈式、超声波式等检测仪器，它几乎适用于各种交通条件，特别是需要长期连续性调查的路段。

雷达调查法适用于车速高、交通量密度不大的情况。

摄像机调查法一般将摄像机安装在观测点附近的高空处，将镜头对准观测点，每隔一定的时间，如15s、30s、45s或60s，自动拍照一次，根据自动拍摄的照片上车辆位置的变化，清点出不同流向的交通量。这种方法可以获得较完全的交通资料，如流量、流向、自行车流及行人流和行驶速度、车头时距及延误等。

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第六章 宏观交通流模型

在城市快速发展而使交通变得拥挤的时候，城区的可达性便成为评价城市生活质量的重要方面，而交通拥挤确实已经成为当今各大城市的难题。为解决这一问题，人们采用了各种工程和技术手段，小到路口渠化、信号配时，大到道路网规划、智能运输系统，应该说各项技术均已经达到了有效、适用的地步。最近30年来，人们对应用这些技术形成的交通设施的效果进行了很多研究，并形成了对各单项设施评价的理论和方法，如干道通行能力和效果的评价，交叉口控制效果的评价等。但是如何对一个道路网络的交通效果进行评价更是人们所关心的问题，尤其是ITS快速发展的今天，有一个基于路网的交通流优化和评价模型体系，就显得更为重要了。

本章从宏观的角度介绍一些流量、速度和密集度的量测和推算方法，从而提供网络交通效果评价的基本理论和基本方法。这些方法可用于：1）同一城市不同时期的交通效果对比分析；2）不同城市同一时期的交通效果对比分析；3）路网交通设施设计评价。

第一节 以CBD为中心的交通特性

这一节中重点研究不同位置的交通状况与所处城区地理位置之间的关系。

图6—1 交通强度与距市中心距离的关系

一、交通强度

交通强度是指单位面积上单位时间内通过的所有车辆（折合成标准车辆）的行驶距离总和。一般认为CBD（the central business district，商业中心区）是一个城市交通最为敏感的地区，交通强度与距CBD的距离有关。于是，研究者建立了多种以距CBD的距离为自变量的评价交通特性的模型。图6—1是对英国4个城市的研究结果，图中交通强度的单位是103pcu/h/km。图形符合指数模型，其模型如下： 10

8

0 0 2 4 6 12 12

I (103 pcu/h/km)

I (103 pcu/h/km)

2 3 4 5 6

0 1 2 3 4 5 6 0 2 4 6 8 10

第四章交通流理论

交通流理论（Traffic Flow Theory）是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系，被广泛应用于交通系统规划与控制的各个方面。

第一节 交通流理论的发展历程

在本节中，我们一起回顾交通流理论的发展历程。交通流理论的兴起大致在20世纪30年代，在20世纪50年代到60年代经历了繁荣和快速发展，70年代以后，主要是对既有理论的发展完善和应用拓展。

一、交通流理论的萌芽期

萌芽期从20世纪30年代到第二次世界大战结束。由于发达国家汽车使用和道路建设的发展，需要探索道路交通流的基本规律，产生了研究交通流理论的初步需求。Adams在1936发表的论文中将概率论用于描述道路交通流，格林息尔治（Greenshields）在1935年开创性提出了流量和速度关系式（也就是格林息尔治关系），并调查了交叉口的交通状态。

二、交通流理论的繁荣期

繁荣期从第二次世界大战结束到20世纪50年代末。汽车使用显著增长和道路交通系统建设加快，应用层面对交通特性和交通流理论的研究提出了急切需求。此阶段是交通流理论最为辉煌的时期，经典交通流理论和模型几乎全部出自这一时期。交通流理论中的经典方法、理论和模型相继涌现，如车辆跟驰（Car-following）模型、车流波动（Kinematic Wave）理论和排队论（Queuing Theory）。

这一时期群星闪耀，许多在自然科学其他领域中的大师级人物（如数学家、物理学家、力学家、经济学家）都投入到交通流理论的研究中，其中不乏诺贝尔奖金的获得者，如1977

年的诺贝尔化学奖获得者伊利亚•普列高津（Ilya Prigogine）。著名人物有赫曼（Herman）、鲁切尔（Reuschel）、沃德卢普（Wardrop）、派普斯（Pipes）、莱特希尔（Lighthill）、惠特汉（Whitham）、纽维尔（Newell）、盖热斯（Gazis）、韦伯斯特（Webster）、伊迪（Edie）、福特（Foote）和钱德勒（Chandler）。

1 第四章 跟驰理论与加速度干扰

本章将主要讨论单车道情况下的车辆跟驰现象，介绍跟驰理论，建立相应的跟驰理论模型，最后简要介绍一下加速度干扰问题。

跟驰理论是运用动力学方法研究在限制超车的单车道上，行驶车队中前车速度的变化引起的后车反应。车辆跟驰行驶是车队行驶过程中一种很重要的现象，对其研究有助于理解交通流的特性。跟驰理论所研究的参数之一就是车辆在给定速度u下跟驰行驶时的平均车头间距s，平均车头间距则可以用来估计单车道的通行能力。在对速度—间距关系的研究中，单车道通行能力的估计基本上都是基于如下公式：

suC/1000 (4—1)

式中：C——单车道通行能力（veh/h）；

u——速度（km/h）；

s——平均车头间距（m）。

研究表明，速度—间距的关系可以由下式表示：

2uus (4—2)

式中系数、、可取不同的值，其物理意义如下：

——车辆长度，l；

——反应时间，T；

——跟驰车辆最大减速度的二倍之倒数。

附加项2u保证了足够的空间，使得头车在紧急停车的情况下跟驰车辆不与之发生碰撞，的经验值可近似取为0.023s2/英尺。一般情况下是非线性的，对于车速恒定（或近似恒定）、车头间距相等的交通流，的近似计算公式可取为：

115.0lfaa (4—3)

式中：fa、la——分别为跟车和头车的最大减速度。

跟驰理论除了用于计算平均车头间距以外，还可用于从微观角度对车辆跟驰现象进行分析，近似得出单车道交通流的宏观特性。总之，跟驰理论是连接车辆个体行为与车队宏观特性及相应流量、稳定性的桥梁。

第一节 线性跟驰模型的建立

单车道车辆跟驰理论认为，车头间距在100～125m以内时车辆间存在相互影响。分析跟驰车辆驾驶员的反应，可将反应过程归结为以下三个阶段：