道路通行能力手册HCM2000-第7章-交通流参数.doc

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:
式(7-1)
如果采用15min时段,高峰小时系数(PHF)可按式(7-2)计算:
式(7-2)
式中, ——高峰小时系数;
——小时交通量,辆/h;
——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:
式(7-3)
式中, ——高峰15min期间的流率,辆/h;
——高峰小时交通量,辆/h;
——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。当辆车通过长度为的路段时,测得行程时间为(单位:小时),则平均行程速度可按式(7-4)计算:
式(7-4)
式中, ——平均行程速度,km/h;
——路段长度,km;
——第辆车通过该路段的行程时间,h;
——观测行程时间的次数;
——,路段的平均行程时间,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。
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