交通工程学

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1 交通工程学 道路通行能力 马书红副教授 公路学院交通工程系 Tel: (029)

2 课程讲述内容回顾 交通流理论概述 交通流的概率统计模型 排队论 跟驰理论 流体力学模拟理论 2

3 第五章道路通行能力 5-1 道路通行能力与服务水 5-2 道路路段通行能力 5-3 交织区与匝道通行能力 5-4 平面交叉口的通行能力

4 为什么会发生交通阻塞? 通行能力 > 交通需求 通行能力 < 交通需求 无交通拥挤交通拥挤发生 都市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? 10%? 20%?30% 倍以上? 交通需求超过通行能力的 5~ 10% 的程度 交通拥挤发生 严重交通拥堵 4

5 为什么要研究通行能力? 交通需求与交通供给 - 交通拥堵问题 - 交通事故问题 - 环境污染问题 - 能源消耗问题 5

6 交通流特性分析 道路通行能力 道路网规划 可行性研究 交通 构成 车速 分布 三参数 关系 折算 系数 道路勘察设计 通行能力研究 道路施工管理 高速 公路 一般 公路 城市 道路 交织 区 匝道及 匝道连 接点 收费站交叉口公交 线路 行人交通设施及自行车道 工程项目后评价 路网管理 道路交通能力研究的意义及结构框图 6

7 学习要点 : 1 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 控制条件 环境条件 ) 2 掌握各种道路设施通行能力特征及其计算方法 7

8 5-1 通行能力与服务水平概述 一 国内外通行能力发展概况与趋势 1. 国外发展情况 TRB(Transportation Research Board) HCM(Highway Capacity Manual ) 1950 年 HCM 第一版 1965 年 HCM 第二版 1985 年 HCM 第三版 2001 年,HCM2000 目前 HCM2010 瑞典 : 1977 加拿大 :1984 日本 : 1986 德国 :

9 5.1 通行能力与服务水平概述 国外研究表明 : (1) 通行能力研究是公路发展到一定阶段的必然产物 (2) 通行能力影响因素众多, 涉及面广, 难度大, 研究必须在国家的支持与指导下系统长期的进行 (3) 通行能力是一门跨学科 跨专业的研究工作, 应该采用概率论 排队论 计算机模拟技术及新的检测技术等高新技术手段, 在取得大量实际交通运行特征参数的基础上建立数学模型和理论模型 (4) 通行能力研究与交通状况 交通规划等有着密切的联系, 研究工作应与之相适应 (5) 通行能力研究还应与道路服务水平 道路经济分析等研究结合起来 9

10 2. 国内发展情况 5.1 通行能力与服务水平概述 (1) 交通部公路科学研究所在 年, 采用实地观测与数理统计分析相结合的宏观研 究方法, 组织全国 8 省市在平原微丘地区对 43 个不同路面宽度的混合交通双车道公路路段通行 能力进行了研究, 取得 4 项研究成果 : 确定了车辆折算系数的确定方法 确定了划分服务水平等级的标准 确定了双车道公路的基本通行能力和设计通行能力 研究了影响通行能力的主要影响因素 修正系数 (2) 对路口的研究主要集中在信号交叉口和环形交叉口 ( 北工大 东南 同济 世行 ) (3) 九五 期间国家计委立项对 公路通行能力研究 进行了专项科技攻关, 在北京 河北 河南 辽宁 四川 新疆和广东等六省一市对各类公路设施的通行能力进行了较全面 深入的研究 以科技攻关成果为技术支撑, 同时参考借鉴美国 2000 年版 手册 的部分内容, 编写我国首部 公路通行能力手册 10

11 返回 11

12 5.1 通行能力与服务水平概述 二 通行能力概述 1. 定义 : 日本 : 在一定时间内能够通过都路某截面的最大车辆数 美国 : 一定时段和通常的道路 交通与管制条件下, 能合情合理的希望人或车辆通过道路或车 行道的一点或均匀路段的最大流率 通常以辆 /h 表示 定义 : 在一定的道路 交通状态和环境条件下, 道路上某一点 某一条车道或某一断面处, 单位时间内 ( 在天气良好的情况下 ) 能够通过的最大交通实体 ( 车辆数或行人 ) 数 一般用 pcu/h 表示 12

13 5.1 通行能力与服务水平概述 通行能力与交通量的区别与联系??? 表示的单位和方法相同 描述对象不同 道路 车流 交通量数值具有动态性和随机性, 通行能力具有相对稳定性与规律性 交通量在正常状态下小于通行能力, 在强制流状态接近或达到道路的通行能力 饱和流量可以在一定程度上反应通行能力的大小 13

14 2. 分类 (1) 按照通行能力的性质和使用要求 5.1 通行能力与服务水平概述 基本通行能力 basic capacity 公路的某组成部分在理想的道路 交通 控制和环境条件下, 一条车道的一横断面上, 不论服务水平如 何,1h 所能通过标准车辆的最大辆数 (pcu) 通常以高速公路上观测到的最大交通量为基准 ( 理想 理论通行能力 ) 可能通行能力 possible capacity 公路的某组成部分在实际的道路 交通 控制及环境条件下, 一条车道的一横断面上, 不论服务水平如 何,1h 所能通过的车辆的最大辆数 (pcu) 是现实条件道路上的最大交通量 ( 实际通行能力 ) 设计通行能力 design capacity 公路的某组成部分在预测的道路 交通 控制及环境条件下, 一条车道的一横断面上, 在指定的设计服务水平下,1h 所能通过的车辆的最大辆数 (pcu) 是道路规划 设计的依据 ( 实用通行能力 ) 14

15 三者间的关系 5.1 通行能力与服务水平概述 设计通行能力 指定服务水平下的 V/C 比 可能通行能力 各种修正系数 基本通行能力 15

16 5.1 通行能力与服务水平概述 (2) 按照车辆的运行状态和道路的不同组成部分 路段通行能力 连续流交叉口的通行能力 有横向干扰 时断时续匝道及匝道连接处的通行能力 合流分流交织段的通行能力 交叉交织运行 16

17 5.1 通行能力与服务水平概述 3. 影响因素 道路条件车道数 车道宽度 侧向净空 几何线形 视距 坡度 中央分隔带等 车辆性能重车 交通条件车辆组成 车道分布 方向分布 控制条件信号灯及配时 周期长 绿信比 进口车道数及车道划分等 ; 交通法规 控制方式 管理措施等 环境条件街道化程度 商业化程度 横向干扰 非交通占道 公交车站 停车位置等 规定运行条件主要指计算通行能力的限制条件 其运行标准是针对不同的交通设施用服务水平来划分的 气候条件和驾驶员条件 17

18 5.1 通行能力与服务水平概述 4. 通行能力的作用 1) 作为确定新建道路的等级性质主要技术指标的依据 ; 2) 作为老路或旧街改建的主要依据 ; 3) 作为各种方式的方案比选与采用的依据 ; 4) 通过通行能力的估算, 路况及交通状况分析, 可以提出某一地段线形改善的方案 ; 5) 作为交通枢纽的规划 设计改建及交通设施配置的依据 ( 如交叉口类型选择和信号设施的设计装备等 ); 6) 作为路网规划 设计和方案比选的依据 ; 7) 作为交通管理控制方案选择的依据 18

19 5.1 通行能力与服务水平概述 三 服务水平概述 1. 定义 : 服务水平 : 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 是用来衡量道路为驾驶员 乘客所提供的服务质量的等级 亦称服务等级 服务水平 (LOS) 是描述交通流运行状况的一种质量标准, 通常用速度 行程时间 驾驶自由度 交通中断 舒适和方便等条件来度量这种服务指标来描述 HCM

20 5.1 通行能力与服务水平概述 2. 服务水平的划分指标 行驶速度和时间 车辆行驶时的自由程度 交通受阻或受干扰的程度 ( 如延误 ) 行车的安全性 行车的舒适性及乘客的满意程度 经济性 然而, 由于实际确定服务等级时, 难以全面考虑和综合上述诸因素, 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, 作为路段评定服务等级的主要因素 同时, 也因评价设施的性质和车辆运行情况的不同而异, 如评价信号交叉口采用每辆车的平均延误时间 ( 秒 / 辆 ), 市区干道采用平均行程速度等作为主要服务水平的依据 HCM2000 中高速公路采用最大密度 最小速度 最大服务交通量和 V/C 比 20

21 设施类型 不同设施服务水平的评价指标 服务水平评价指标 5.1 通行能力与服务水平概述 高速 公路 基本路段密度 (pcu/h/in) 平均行程车速 (km/h) V/C( 饱和度 ) 交织区密度 (pcu/h/in) V/C ( 饱和度 ) ( 饱和度 ) 匝道连接点流率 (pcu/h) V/C ( 饱和度 ) 一级公路等多车道公路密度 (pcu/h/in) 平均行程车速 (km/h) V/C( 饱和度 ) 双车道公路 时间延误百分率 (%) 平均行程车速(km/h) V/C( 饱和度 ) 收费站 平均延误 (s/ 辆 ) 无信号交叉口 平均延误 (s/ 辆 ) 信号交叉口 平均每辆车停车延误 (s/ 辆 ) 城市干道 平均行程车速 (km/h) 公共交通 行人交通空间 (m/ 行人 ) 负载系数 ( 客 / 座 人 /h pcu/h) 21

22 5.1 通行能力与服务水平概述 3. 服务水平的分级 美国 A B C D E F 日本道路公团将服务水平划分为三级, 基本上对应着美国标准的 C D E 级 ( 美国 6 级 ) 中国一二三四 22

23 A 级 B 级 C 级 D 级 E 级 F 级 23

24 24

25 25

26 26

27 设计服务水平 为保证道路在具备较好的运行质量的同时, 又不至于浪费道路设施的能力, 通常设计道路时不采用最大通行能力, 而采用设计服务水平等级对应的最大服务交通量 中国现行的设计服务水平等级规定 : 27

28 5-2 基本路段的通行能力 所谓基本路段指道路不受匝道立交及其附近合流 分流 交织 交叉影响的路段 它是道路的主干和重要组成部分 一 理论通行能力 ( 基本通行能力 ) 在理想的条件下, 建立的车流计算模式, 所得出的最大交通通过量 理想的道路条件 : 车道宽度侧向净空理想的交通条件 : 单一的标准型汽车相同速度无任何干扰 28

29 连续运行车流前后车头间隔的示意图 N = = = 1000v ( 辆 最大 /h t v 0 l0 l0 / 3.6 ) 式中 :l 0 = l 车 + l 安 + l 制 + l 反 = v.6 v t + + l 安 + l 254φ 3 2 车 29

30 一般取反应时间为 1s, 安全间距为 2m, 以不同的车速和摩擦系数代入 单车道通行能力计算表 30

31 中 美 日基本通行能力规定及建议 道路基本通行能力 断面形式 计算单位 中国攻关组建议 美国 HCM2000 日本 ( 交通工程学 )(1992 年 ) 双向双车道 双向往来合计 1400(7m) 2500(9m) 3400(14m) 多车道 平均每条车道 2200( 高速公路 ) 2100( 一级公路 ) 2200 高速 4 车道 2300 高速 6 车道

32 二 可能通行能力 在实际的道路 交通和控制条件下, 单位时间内通过道路某一点 某一断面或某一车道的最大可能交通量 计算以理论通行能力为基础, 考虑到实际的地形 道路和交通状况, 确定其修正系数, 用理论通行能力 x 修正系数即得 对一般公路 城市道路 高速公路采用的指标不完全相同 美国 2000 版通行能力手册, 确定的修正系数为车道宽度与侧向净空 重车混入率 驾驶员素质 C p = C f f f B 我国, 不同等级考虑的修正指标也不一样 如一般公路, 主要考虑车道宽度 方向分布 横向干扰 交通组成等的修正 32

33 影响通行能力的修正系数 1 道路条件修正系数 车道宽度修正系数 fw (3.75, 3.65, 3.5) 侧向净空修正系数 few 纵坡修正系数 fhv ( 根据坡度和坡长确定换算系数, 代入公式 ) 视距不足修正系数 S1( 表 5-23) 沿途条件修正系数 S2 ( 表 5-25) 2 交通条件修正系数 33

34 修正系数 fhv 可由下式计算 ; f HV 1 1 P ( E i i 1) 式中 :Pi 车型 i 的交通量占总交通量的百分比 Ei 车型为 i 的车辆折算系数 车辆折算系数 34

35 三 设计通行能力 指道路根据使用要求的不同, 按不同服务水平条件下所有的通行能力, 也就是要求道路所承担的服务交通量, 常常作为道路规划和设计的依据 C D = C p 服务交通量通行能力 35

36 高速公路基本路段通行能力 高速公路基本路段的理想条件 : (1) 车道宽度 ( m) 设计速度 地形 路面宽度 120km/h 平原微丘 2 7.5m (2) 侧向净空 ( 1.75m) (3) 车流中全部为小客车 (4) 驾驶员全部为经常行驶高速公路且技术熟练遵守交通法规者 左侧路缘带宽度 0.75m 右侧路肩宽度 2.75m 行政等级 干线公路 平整度 对速度无影响 交通秩序和交通管理 好 对设计速度为 100km/h 80km/h 及 60km/h 的高速公路基本路段而言, 其标准条件可参照 公路路线 设计规范 (JTG D ) 确定 36

37 1. 最大服务交通量 M i C ( V / C) sv B i 2. 单向车行道的设计通行能力 C M N f f i D sv C ( V / C) B i w N HV f w f p f HV f p 影响高速公路基本路段通行能力的因素及修正系数 1. 车道宽度及侧向净空修正系数 2. 大型车的修正系数 3. 驾驶员修正系数 37

38 双车道一般公路路段通行能力 理想条件 : 设计车速大于等于 80km/h; 车道宽度大于或等于 4m, 但不大于 4.5m; 侧向净宽大于或等于 1.75m; 在公路上无 不准超车区 ; 交通流中全部为中型载重汽车 ; 双向交通量之比为 50/50; 对过境交通没有横向干扰且交通秩序良好 ; 处于平原微丘地形 38

39 1. 车行道最大服务交通量 2. 车行道设计通行能力 M i C ( V / C) sv B i 39

40 城市道路基本路段通行能力 1 一条车道的理论通行能力 2 路段设计通行能力 可根据一个车道的理论通行能力进行修正 对其修正包括四个方面 : 车道数 车道宽度 自行车影响 交叉口影响 40

41 41

42 例题 5-1 某一道路上坡坡度为 4%, 坡道长 米, 载货汽车占总交通量的 20%, 求坡度修正系数? 解 : 查表 5-18 >=4-5%, m, 20%,---> Et=3.0, 又已知 Pt=20% 代入公式 f HV 1 1 P ( E i i 1) fhv=

43 例题 5-2 某微丘地区四车道高速公路设计车速为 100km/h, 路基宽 26m, 其中两侧路肩与路缘带均为 0.75m, 硬路肩亦各为 3m, 中央分隔带 2m, 纵坡 1%, 设计小时交通量为小汽车 2400 辆 /h, 大中型汽车为 480 辆 /h, 特大型汽车为 70 辆 /h 试求该路设计交通量有无超过其通行能力, 如无, 其服务水平如何? 思路? 步骤? 43

44 例 5-2. 某微丘地区四车道高速公路设计车速为 100km/h, 路基宽 26m, 其中两侧路肩与路缘带均为 0.75m, 硬路肩亦各为 3m, 中央分隔带 2m, 纵坡 1%, 设计小时交通量为 2400 辆 /h, 大中型汽车为 480 辆 /h, 特大型汽车为 70 辆 /h 试求该路设计交通量有无超过其通行能力, 如无, 其服务水平如何? 1) 进行交通量的换算 把设计小时交通量换算成以标准小客车 (pcu/h) 为单位 需要首先确定大中型车和特大型车的换算系数, 查表 5-22( 还需要用到内插法 ), 分别为 2.214, ) 计算实际条件下的通行能力 ( 已知 CB=2100pcu/h) 需要与理想条件对比, 首先确定修正系数 few,fsw 和 fhv(1, 1, 0.729) 3) 比较单车道交通量 ( 考虑方向分布系数和车道分布系数 ) 与通行能力大小 4) 计算 V/C 比, 查表确定服务水平 44

45 课程讲述内容回顾 通行能力的基本概念和分类 服务水平及其分级 基本路段的通行能力 (CB CP CD) 例题 5-2 本次课程 : 5-3 交织区与匝道的通行能力 5-4 平面交叉口的通行能力 45

46 5-3 交织区与匝道的通行能力 一 交织区通行能力 1. 交织运行的定义和分类 (1) 定义 : 两个或更多交通流沿公路相当长路段运行的总方向相同且在没有交通控制设施的情况下, 相交而过的运行 当一合流区后面紧跟一分流区, 或当一条驶入匝道紧接着一条驶出匝道, 两者之间有辅助车道相连时, 就形成了交织区 交织区车流运行方向不完全相同, 车流相互交织, 操作复杂, 所以交织区车辆运行速度一般较低, 车头时距也较正常路段上稍大, 通行能力降低而成为制约道路系统通行能力的瓶颈 46

47 交织流 : 从 A 入口支路驶向 D 出口支路的车辆必须穿过从 B 入口支路驶往 C 出口支路车辆行驶的路径形成交叉, 因此将 A-D 和 B-C 的交通流叫做交织流 非交织车流 :A-C 和 B-D 车流, 不与其它车流交叉, 因而称为 非交织车流 交织区设计的好坏, 对道路设施作用的发挥至关重要 并且常常为高速公路中的拥挤路段, 因此, 如何确定其通行能力和服务水平成为高速公路研究的重点. 47

48 (2) 分类 : 简单交织区 : 由单一汇合点连着单一分离点形成 多重交织区 : 由 1 个汇合点连着 2 个分离点, 或 2 个汇合点连着 1 个分离点 总论 P102 分 Ⅰ 类和 Ⅱ 类 48

49 交织区类型 ( Ⅰ 类交织区示意图 ) 0.6m 3.6m 交织区长度 50~600m 49

50 交织区类型 ( Ⅱ 类交织区示意图 ) 0.6m 3.6m 交织区长度 50~600m 50

51 2. 交织区长度 根据国外研究, 认为从入口段三角端部宽 0.6m 处至出口三角端宽度 3.6 处之间的一段距离 交织区长度对驾驶员完成所需的全部车道变换所需的时间和空间起制约作用 对能否顺利的完成车道变换和车辆交织具有重要意义 交织区段短, 实施车道变换的密度和骚乱程度则增加 3.6m 是一个重要的构造参数, 是交织区有关设施设计的一个重要项目 过大过小都不好 其最小值应大于 50m, 最大值应小于 600m 51

52 3. 交织运行特性 交织区的车流运行关键在于车辆运行的交织操作, 它影响到行驶车速 车头时距以及行车安全 随交织流量的增加, 交织区的运行效率会下降 ( 操作困难 速度大降 时距大增 ) 交织长度和交织断面车道数是交织运行效率的 2 个主要参数 交织区流量之和为 :Q 总 =Q01+Q02+Qw1+Qw2 交织流量比 :VR =(Qw1+Qw2)/Q 总设 :Qw1<Qw2, 则 : 交织比 :r= Qw1/Qw2 52

53 4 交织区通行能力和速度计算 53

54 (1) 通行能力的计算 交织区的通行能力和运行速度同交织区长度 车道数 交织流量比 总交通 量及交织区车道构造等因素有关 C w C r s r N r L r VR 式中 :Cw 交织区通行能力 (pcu/h); C 单条车道基本通行能力 (pcu/h); rs 交织区类型修正系数, 其中 :Ⅰ 类交织区 rs =0.95,Ⅱ 类交织区 rs =1.0 rn 交织区内车道数修正系数 ; rl 交织区长度修正系数 0.128ln(L) rvr 交织流量比修正系数 ( 可内插 ) VR rvr

55 (2) 速度的计算 S w 或 S nw 20 1(1 V ) R 50 exp[ V /( N / L)] r 式中 :Sw Snw 交织车流 非交织车流的平均运行速度 (km/h); V 交织区内的断面总流率 (pcu/h); VR N L 回归系数 ( 表 5-27) 公式表明 : 交织区运行速度同交织区长度 车道数正相关, 与交织流量比 总交通量负相关 参数适用范围见表

56 5 交织区段服务水平 评价交织区运行质量的因素有密度 流速和流率, 但最重要的是行车密度和 V/C 表 服务水平等级 密度 ( 辆 / 车道公里 ) 服务交通量 / 通行能力 (V/C) 一级 <= 二级 > 三级 > 四级 >

57 6 例题 P104 例 5-3 构造及流率如图所示 交织区长度 300m, 进出口主路车道数 3 条, 车道宽度 3.75m, 交织类型为 I 型, 基本通行能力 C=2200pcu/h, 试求其通行能力 行程车速及可达到的服务水平 S w C 或 S w nw C r s R r 20 1(1 V ) N 50 exp[ V r L /( N / r L)] VR r 57

58 二 匝道的通行能力 1. 匝道的定义 : 是联系不同高程上两条交叉线路 供两线路车辆实现方向转换的连接道路 一般有一个入口和一个出口, 由于线形变化较大且常有纵坡和小半径的转弯, 故通行能力较正常路段要低 2. 匝道的形式 类型基本形式 : 右转左转特殊形式 : 定向对角线单向单车道单向双车道 58

59 正线 匝道 正线 匝道 匝道 匝道 正线 59

60 3. 匝道的运行特征及通行能力计算的主要参数 运行特征 : 有出入口车辆的运行及其在匝道上的运行, 包括分流 合流 交织运行, 亦有加速 减速运行, 上坡 下坡, 小曲线甚至反向曲线的运行 单向单车道匝道不允许超车 主要参数 :P106 自由流速度按匝道转弯半径计算的行车速度大型车混入率修正系数 60

61 自由流速度 实际条件下, 自由流速度 FV 的可按下式计算 : FV FV FFV W FFVV FFVSL FFVUD FFVS 0 FV 0 按匝道转弯半径计算的行车速度 (km/h); FFV W 行车宽度修正系数 ( km/h ); FFV V 视距修正系数 ( km/h ); FFV SL 纵坡修正系数 ( km/h ); FFV S 分隔带修正系数 ( km/h ); FFV UD 驶入道路修正系数 ( km/h ) 61

62 按匝道转弯半径计算的行车速度 FV0 利用线性设计的基本公式 : 1/ 2 127R i km h FV / 0 R 匝道最小曲率半径 (m); i 匝道最大超高横坡度 (% ); μ 最大横向力系数, 一般采用

63 行驶在匝道上车辆的换算系数 63

64 大车混入率修正值 fhv 在通行能力计算时, 还必须体现不同类型车辆通过匝道运行行为的差异和时间 空间占有率的不同, 同时还必须简化计算 故分 3 种类型 f hv 1 1 P( E i i 1) 1 P ( E 1 1) P ( E ) 式中 : P2 P3 为大中型车 特大型车比重 E2 E3 为大中型车 特大型车的换算系数 64

65 4. 匝道的服务水平 国内按 V/C 和行车密度划分为四级 表 服务水平等级饱和度 D S (Q/C) 通行能力 C 0 ( 辆 /h) 一 <0.20 对于特定匝道可查 不同速度 坡度 二 下匝道的基本通行能力 C 0 值 并乘以饱和度即得 三 四

66 66

67 5. 匝道通行能力计算 匝道通行能力定义为在一定道路交通状态 环境和良好气候条件下, 单位时间内, 匝道的一条行车道上能够通过的最大车辆数以 pcu/h 计, 一般影响通行能力的因素很多, 但就匝道而言, 其长度较短绝大部分均为单向单车道, 其影响的主要因素为车道宽度和车辆组成, 至于半径 纵坡的影响已在速度方面考虑 C D C C W f hv 式中 : C 匝道一条车道实际通行能力 ( 辆 /h); C0 基本通行能力 ( 辆 /h) 查表 ; CW 匝道断面总宽度修正系数 ; 查表 CH 大车混入率修正系数 67

68 例题 5-4 已知匝道最小半径 R=150m, 最大超高横坡 2%, 行车道宽度 6m, 停车视距 >135m, 纵坡 1.9% 的下坡, 单向单车道匝道, 进入高速公路的匝道长 450m, 交通量小汽车 250 辆 /h, 大中型车 100, 特大型 20 计算匝道自由流速度, 通行能力与服务水平 FV FV FFV W FFVV FFVSL FFVUD FFVS 0 1/ 2 127R i km h FV / 0 C D C C W f hv 68

69 5-4 交叉口的通行能力 交叉 : 两条或两条以上的道路在同一平面相交称为平面交叉 平交路口可能通过的相交车流 ( 包括直行 转向等 ) 的最大交通量就是平面交叉口的通行能力 受交叉口物理条件 ( 交叉口所占面积 形状 入口车道数级车道宽度等 ) 交通运行方式和交通管理措施的影响 交叉口的分类 不加任何控制的交叉口 环形交叉口 信号控制交叉口 69

70 70

71 71

72 一 无信号交叉口通行能力 1. 行车规定 主要道路上的车辆优先通行, 通过路口不用停车 次要道路上的车辆让主路车辆先行, 寻找可穿越的空档, 通过路口 2. 交通流向分析 次要道路上的车流, 每一流向都面临与之发生冲突的交通流 ; 主要道路上车流存在的可穿越空隙, 有多股车流争相利用 3. 穿越间隙 可穿越间隙大小与次要道路上的车流通过交叉口的状态有关 停车减速 72

73 73

74 要点理解 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空档 主要道路上能够通过的车辆多少, 按路段计算 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 次要道路上车辆跟驰的车头时距大小等 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已经饱和, 则次要道路上的车辆一辆也通不过 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 74

75 关键问题 : 有多少车辆可以穿越主要道路? 假设条件 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 交通量不大, 车辆之间的间隙分布符合负指数分布 当间隙大于临界间隙 t 0 时, 次要道路上车辆方可穿越 次要道路上车辆跟驰行驶时的车头时距 t=3s Q 次 qt0 Q主 e 1 qt e q Q 主 /3600,pcu/s 主要道路上单位时间间隔内车辆的平均到达率 Q 次 Q e -q 主 1- e -q 次要道路通行能力的影响因素 : 主路车流的车头间隔分布 次路车辆穿越主路车流所需的时间 次路车辆跟驰的车头时距大小 主要道路上车流的流向分布 75

76 关键问题 : 有多少车辆可以穿越主要道路? 主路上的车头时距为 h: 主要道路 当 当 t h t t t h t 0 t 0 2t 0 时, 允许一辆车穿越主要道路 时, 允许二辆车穿越主要道路 次要道路 当 t ( n 1) t h t nt 0 因此, 主路车流中允许 n 辆车穿越的概率为 P n 0 时, 允许 n 辆车穿越主要道路 P( h t ( n 1) t0) P( h t nt0) Q 次 qt0 Q主 e 1 qt e 主要道路车头时距大于 t 0 的概率 次要道路车头时距小于 t 的概率 76

77 例 : 一无信号控制交叉口, 主要道路双向流量为 1200 辆 /h, 车辆到达符合泊松分布, 车流允许次要道路穿越或左右转弯并线的车头时距为 6s, 如次要道路采用让路控制, 平均车头时距为 3s, 求次干道上可以通过的交通量 解 : Q 优 = 1200 辆 /h,λ=1200/3600=0.333 辆 /s, α= 6s,β= 3s Q 非 Q 1 优 1200 e e e 1 e 辆 / h 77

78 二 环形交叉口通行能力 概述 : 环行交叉口是指在几条道路相交的交叉 口中央, 设置圆岛或带圆弧形状的岛, 使 进入交叉口的所有车辆均以同一方向绕岛行驶, 其运行过程一般为先在不同方向汇合 ( 合流 ), 接着于同一车道先后通过, 最后分向驶出, 可以避免直接交叉 冲突和大角度碰撞, 实质为自行调节的渠化交通形式 78

79 优点 : 车辆可以连续行驶, 安全, 无需管理设施, 平均延误时间短, 很少刹车 停车, 节约用油, 减少噪声 污染 缺点 : 占地面积大, 绕行距离长 环形交叉口的类型 : 常规环形交叉口小型环形交叉口微型环形交叉口 P115 79

80 1. 常规环形交叉口通行能力计算方法 沃尔卓普公式 e 1 1 W Q M 354W W 1 l QM 交织段上最大通行能力 ( 辆 /h) P 3 80

81 根据经验检验, 一般设计通行能力应为沃尔卓普公式计算最大值的 80%, 因此沃尔卓普公式应修改为 : e 1 1 W Q M 280W W 1 l P 3 计算时, 应将车型换算成小汽车, 换算系数为 : 小汽车为 1, 中型车 1.5, 大型车为 3.0, 特大型车为

82 英国环境部暂行公式 该公式适用于采取位于环形交叉口上的车辆优先通行的常规环交, 其具体形式如下 : Q 160W 1 1 W l e W pcu/h Q 交织段通行能力, 其中载货车占全部车辆数的 15%, 如重车超 过 15% 时要进行修正, 用于设计目的应采用 Q 值的 85% 82

83 例题 :5-6 83

84 三 信号交叉口通行能力 信号交叉口的运行特征 信号组成 : 绿灯红灯黄灯 交叉口是两条或两条以上道路相交的区域 在交叉口, 存在车流的通过 转向, 运行线路的交织 ( 叉 ) 不可避免的产生减速 制动 停车或启动 加速 转向, 同时由于红灯周期性出现, 必然导致停车等候和时间损失 车辆损失时间 : 直行 左转和右转是不一样的 北京 南京 : 直行 20-40s 左转 30-50s 右转 10-20s 在交叉口范围内各种车辆混合行驶, 转弯时相互穿插, 当自行车高峰时, 机动车差不多处于非机动车的包围之中, 要实现方向转换是困难的 84

85 交叉口的通行能力指交叉口各相交道路入口引道通行能力之和, 入口引道分直 左 右 十字型交叉口的通行能力计算方法 : 国外 : 美国 HCM, 英国 TRRL, 澳大利亚 ARRB 国内 :(1) 中国城市道路设计规范推荐的方法 (2) 停车线法 (3) 冲突点法 85

86 中国城市道路设计规范推荐的方法 十字型交叉口的设计通行能力等于各进口道设计通行能力之和 ; 进口道通行能力等于各车道设计通行能力之和 十字型交叉口的车道功能区分 86

87 (1) 一条直行车道的设计通行能力 87

88 进口道通行能力等于各车道设计通行能力之和 ; 此外, 也可根据本进口左右转车的比例来计算 88

89 89

90 例题 ( 补充 ) 已知某交叉口设计如图所示 东西干道一个方向有 3 个车道, 南北支路一个方向有 1 个车道 信号灯管制交通, 信号周期 T=120s, 绿灯时间 tg=52s 车种比例大车 : 小车 =2:8, 左转车占进口交通量的 15%, 右转车占进口交通量的 10% 求交叉口的设计通行能力 西 北 东 南 90

91 解先计算东西方向干道 东进口有三条车道, 区分为专用左转 直行和直右三种车道 (1) 计算直行车道的设计通行能力 取 t0 2.3 s, 0.9 据车种比例为 2:8, 查表 9-43, 得 t i =2.65 C s 3600 tg t ( 0 1) T t i C s ( ) pcu / h (2) 计算直右车道的设计通行能力 Csr Cs 533pcu / h 91

92 (3) 东进口属于设有专用左转车道而未设右转专用车道类型 (4) 该进口专用左转车道的设计通行能力 C ( C C ) /(1 ) e1 s sr 1 ( ) /(1 0.15) 1254 pcu / h C 1 C e (5) 验算是否需要折减 188pcu / h 当 C C ' 1e 1e 时, 应当折减 92

93 ' C 1e 不影响对面直行车辆行驶的左转交通量 > 4n,n 为 1h 内周期个数, 因为 ' C 1e T=120s 所以 3600 n 有 ' C e pcu / 1 进口设计左转交通量 C 1e =C 1 =188pcu/h (6) 西进口设计通行能力同东进口 C ' e h C e n s ( C 1e C ' 1e ( ) pcu / h ) 93

94 (7) 南进口设计通行能力 该进口只有直 左 右混行车道, 其设计通行能力计算 C C C (1 / 2) ' s1r s1 s ( ) 493 pcu / h (8) 验算南进口的左转车是否影响对面直行车, 因为南北进口车道划分相同, 即验算北进口左转是否影响南进口车的直行设计左转交通量 C1= =74pcu/h ' 设计左转交通量 C C pcu, h 不需要折减 e 120 / 1 1 (9) 交叉口的设计通行能力交叉口设计通行能力等于四个进口设计通行能力之和 东进口折减后的设计通行能力为 1118pcu/h; 西进口折减后的设计通行能力为 493pcu/h 故该交叉口的设计通行能力为 C pcu / h 94

95 停车线法 信号灯交叉口通行能力计算模式 一条专用直行车道的通行能力 一条右转专用车道的通行能力 一条左转专用车道的通行能力 不设专用左转信号时一条左转车道的通行能力 直 左混合行驶时一条车道的通行能力 直 右混行一条车道的通行能力 95

96 一条专用直行车道的通行能力 : C s 3600 tg t ( 0 1) T t i T 周 信号灯周期时间 (s); t 绿 每一个周期内的绿灯时间 (s), 各方向的绿灯时间根据各自的流量大小确定 ; t 间 前后两辆车通过停车线的平均间隔时间, 小汽车平均为 2.5s, 大型车平均为 3.5s, 特大型车 ( 铰接车 半挂车 ) 平均为 7.5s ( 表 5-44) t 损 个周期内的绿灯损失时间 (s) 这里只计算加速时间损失, 不计算起步反应时间损失 其中 :V 直行车辆通过交叉口的车速, 一般交叉口采用 15m/s; a 平均加速度 (m/s2): 小汽车 :a=0.6~0.7 (m/s2); 中型车 :a=0.5~0.6 (m/s2); 大型车 :a=0.4~0.5 (m/s2) C 直 = 3600 T t 周 t 损 = 加 t 绿 t 间 V 2a t 损 96

97 四 交叉口的服务水平 平面交叉口的服务水平要受到交通控制, 通过交叉口所需时间 延误时间 停车时间 停车次数和频率等影响 指标 等级 一二三四五 交通负荷系数 Z 效率系数 *E < ~ ~ ~0.9 >0.9 > ~ ~ ~0.35 <0.35 交叉口受阻车辆 % <10 10~15 15~20 20~30 >30 延误时间 T(s/ 辆 ) 排队长度 L(m) <30 30~40 40~50 50~60 >60 <30 30~60 60~80 80~100 >100 97

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