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第五章 道路通行能力

交 通 工 程 学 TRAFFIC ENGINEERING. 第五章 道路通行能力. Highway Capacity. §5-1-1 通行能力概述. 为什么会发生交通阻塞 ？. 通行能力 ＞ 交通需求 无交通拥挤 通行能力 ＜ 交通需求 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. §5-1-1 通行能力概述. 需要. 累计交通量. 容量. 时刻.

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第五章 道路通行能力

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  1. 交 通 工 程 学 TRAFFIC ENGINEERING 第五章 道路通行能力 Highway Capacity

  2. §5-1-1 通行能力概述 为什么会发生交通阻塞？ • 通行能力 ＞交通需求 无交通拥挤 • 通行能力 ＜交通需求 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

  3. §5-1-1 通行能力概述 需要 累计交通量 容量 时刻 交通阻塞发生示意图 容量増加 • 通行能力是道路系统规划、设计、建设、管理的指南针 • 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 • 交通需求与通行能力之间的关系，是交通环境评价的依据 阻塞消除 阻塞发生 阻塞消除

  4. §5-1-1 通行能力概述 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. §5-1-1 通行能力概述

  6. §5-1-1 通行能力概述 国内外道路通行能力研究的概况 • 美国最早进行通行能力的研究工作，其成果集中地反映在《Highway Capacity Manual》（简称HCM）中，最新版本为HCM 2000 • 许多发达国家如瑞典、加拿大、澳大利亚、德国等也都对本国的交通情况进行了研究, 编制了相应的道路通行能力手册 • 目前国际上有许多道路通行能力模拟软件，如美国的HCS (Highway Capacity Software)，瑞典公路局的CAPCAL • 上世纪八十年代后期，东南大学、同济大学、北京工业大学等高校以及交通部所属部分科研所对适合我国国情的道路通行能力进行了研究工作

  7. 标准车辆 §5-1-1 通行能力概述 道路的通行能力 • 什么是通行能力（traffic capacity）？ 在一定的道路条件、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 • 车辆数量的表现 交通量1×换算系数2＋交通量2×换算系数2＋……→→换算成小汽车数（pcu：passenger car unit） 【例】标准辆数 2,000 pcu / h←实际辆数1,800辆 /h • 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，无法准确反映交通量与服务水平的关系。通常用小时为单位，美国用15min

  8. 通行能力是指所分析的道路、设施没有任何变化,还假定其具有良好的气候条件和路面条件下的通过能力,如条件有任何变化都会引起通行能力的变化。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,如条件有任何变化都会引起通行能力的变化。 总之,道路通行能力不是一个一成不变的定值,是随其运行质量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1h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能承担交通的能力。 ①如条件有任何变化都会引起通行能力的变化 ②通行能力是随运行质量变化而变动的疏解交通的能力 ③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 ④与交通量、高峰小时交通量的区别和联系

  9. §5-1-1 通行能力概述 计算通行能力的条件 • 运行条件 • 道路条件 是指公路的几何特征（车道数、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） • 交通条件 是指交通特征（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） • 控制条件 是指交通控制设施的形式及特定设计和交通规则 • 环境条件 指横向干扰程度以及交通秩序等。

  10. §5-1-1 通行能力概述 道路通行能力的分类 • 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）

  11. §5-1 概述 通行能力种类（Kind of Capacity)

  12. 理想条件（Ideal conditions ） 在分析某种类型交通设施（道路路段或交叉口）的通行能力时，通常要给定此种类设施的标准条件，对于与标准条件不相符的通常的道路条件要对照标准条件进行修正。我们把给定的标准条件称为“理想条件”。理想条件原则上是对条件更进一步提高也不能提高基本通行能力的条件。 如我国高速公路基本路段的理想条件是指： ① 3.75 m ≤ 车道宽度 ≤ 4.50 m ； ② 侧向净宽 ≥ 1.75 m ； ③ 车流中全部为小客车(passenger cars)； 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。 在大多数通行能力分析中，一般条件都不是理想的，通行能力、服务水平的计算，必须包括对一般条件的修正。

  13. 三者间的关系 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

  14. §5-1-1 通行能力概述 车辆换算系数和换算交通量 • 车辆换算系数(Passenger Car Equivalent, PCE)：在通行能力方面某类车辆一辆等于标准车辆(Passenger Car Unit, PCU)的辆数 • 换算交通量：也称为当量交通量，是将总交通量中各类车辆交通量换算成标准车型交通量之和 式中： Ve－当量交通量； V－未经换算的总交通量； Pi－第i类车交通量占总交通量的百分比； Ei－第i类车的车辆换算系数

  15. 计算 • 某高速公路一断面观测站测得某一高峰小时的车流量为5000辆，其中小型车4000辆，大客车350辆，大货车500辆，拖挂车150辆. • 问：该断面当量交通量为多少？车型划分及换算系数见表。

  16. §5-1-1 通行能力概述 通行能力分析的对象 • 高速公路基本路段(Basic Segment) • 不控制进入的汽车多车道公路路段 • 不控制进入的汽车双车道公路路段 • 混合交通双车道公路路段 • 匝道(Ramp)，包括匝道－主线连接部分(Ramp Junctions) • 交织区(Weaving) • 平面交叉(Intersection) • 市区及近郊干线道路

  17. §5-1-2 公路服务水平概述 • 道路通行能力(HighwayCapacity)：在不同运行质量情况下1h所能通行的最大交通量 • 服务水平（Level Of Service, LOS)：交通流中车辆运行的以及驾驶员和乘客所感受的质量量度。亦即公路在某种交通条件下所提供运行服务的质量水平。

  18. §5-1-2 公路服务水平概述 服务水平的划分标准 • 行车速度和运行时间 • 车辆行驶时的自由程度（畅通性） • 行车延误、停车次数或排队长度、行车 • 安全性（事故率和经济损失） • 行车舒适性和乘客的满意程度 • 经济性（行驶费用） • 负荷系数

  19. 基于延误的服务水平划分

  20. 基于饱和度的服务水平划分

  21. §5-1-2 公路服务水平概述 • 服务水平(Level of Service)美国HCM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。 • (美国)六级服务水平A — B — C — D — E — F速度高、密度小⇔速度低、密度大 舒适度高 ⇔ 舒适度低 • (中国)四级服务水平一级——二级——三级——四级A B C D E F • 服务交通量 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。 • 最大服务交通量 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。

  22. Level of Services (USA) A B 　　　Ｃ Ｄ 　　Ｅ 　　　Ｆ

  23. Level of Services (China) LOS I LOS II LOS III LOS IV

  24. §5-1-2 公路服务水平概述 服务水平的分级 A级：交通量很小，交通为自由流，使用者不受或基本不受交通流中其他车辆的影响，自由度非常高、舒适便利程度极高 B级：交通量较前增加，交通在稳定流范围内的较好部分。在交通流中，开始易受其他车辆的影响，驾驶自由度、舒适和便利程度比服务水平A稍有下降 C级：交通量大于服务水平B，交通处在稳定流范围的中间部分，但车辆间的相互影响变大，舒适和便利程度有明显下降 D级：交通量又增大，交通处在稳定流范围的较差部分。速度和驾驶自由度受到严格约束，舒适和便利程度低下 E级：交通常处于不稳定流范围，所有车速降到一个低的但相对均匀的值，驾驶自由度极低，舒适和便利程度也非常低 F级：交通处于强制状态，车辆经常排成队，跟着前面的车辆停停走走，极不稳定。在此服务水平中，交通量与速度同时由大变小，直到零为止，而交通密度则随交通量的减少而增大

  25. §5-1-2 公路服务水平概述 速 A B C D E 度 自由流 稳 定 流 不稳定流 F 强制流 0 流量

  26. §5-1-2 公路服务水平概述 我国公路服务水平现分为四级： • 一级相当于美国的A、B两级 • 二、三级分别相当于美国的C级及D级 • 四级相当于美国的E、F两级

  27. §5-1-2 公路服务水平概述 最大服务交通量Maximum Service Volume 每一服务水平有其服务质量的范围。因此，除F级外，各级服务水平都有相应于该级服务水平最差时的服务交通量，该服务交通量在该级服务水平中是最大的，故称为最大服务交通量

  28. §5-1-2 公路服务水平概述 公路设计采用的服务水平等级 • 高速公路基本路段、匝道-主线连接处、交织区均采用二级服务水平 • 不控制出入的汽车多车道公路路段在平原微丘的地区采用二级服务水平，在重丘山岭地形及近郊采用三级服务水平 • 不控制出入的汽车双车道公路路段采用三级服务水平 • 混合交通双车道公路段采用三级服务水平

  29. §5-1-2 公路服务水平概述 道路通行能力与服务水平 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,通行能力主要反映道路服务数量的多少或能力的大小,服务水平主要反映了道路服务质量或服务的满意程度。 严格地说,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,两者是不能分开的。

  30. §5-1-2 公路服务水平概述 道路通行能力与服务水平 通行能力主要反映道路服务数量的多少或能力的大小 服务水平主要反映道路服务质量或服务的满意程度 • 用于道路设计 确定车道数、服务水平评估、发现瓶颈路段 • 用于道路规划 根据交通量预测、投资效益评估、环境效益评估， 确定路网改进办法与实施步骤 • 用于道路交通管理 根据交通量增长情况，制定各阶段的交通管理措施

  31. Highway Capacity Software Performance of the existing system in LOS Determine number of lanes to meet the LOS requirement

  32. §5－2 高速公路基本路段通行能力 Capacity of Basic Section of Freeway

  33. §5–2 高速公路基本路段通行能力 1、高速公路的定义及组成 高速公路：有中央分隔带，上下行每个方向至少有两车道，全部立体交叉，完全控制出入的公路 其组成为： • 高速公路基本路段(Basic Freeway Sections ) • 交织区(Weaving Areas) • 匝道(Ramp) ，包括匝道－主线连接处及匝道－横交公路连接处

  34. §5–2 高速公路基本路段通行能力 2、高速公路基本路段的定义 高速公路基本路段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。 具体讲，在汇合处上游150m至下游760m以外主线路段，在分离处上游 760 m 至下游150 m以外主线路段。如图5–3。

  35. §5–2 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 • 3.75m≤ 车道宽度≤ 4.50m； • 侧向净宽≥ 1.75m； • 车流中全部为小客车(passenger cars) ； • 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

  36. 高速公路基本路段服务水平

  37. §5–2 高速公路基本路段通行能力 3、高速公路基本路段通行能力 （1）. 最大服务交通量 式中： －第i级服务水平的最大服务交通量(pcu/(h·ln))； CB－基本通行能力，即理想条件下一车道所能通行的最大交通量(pcu/(h·ln))； (V/C)i－第i级服务水平最大服务交通量与基本通行能力的比值。

  38. §5–2 高速公路基本路段通行能力 （2）. 单向车行道的设计通行能力 式中：CD－单向车行道设计通行能力，即在具体条件下，采用i级服务水平时所能通行的最大交通量(veh/h)； N－单向车行道的车道数； fW－车道宽度和侧向净宽对通行能力的修正系数； fHV－大型车对通行能力的修正系数； fP－驾驶员条件对通行能力的修正系数。

  39. 4、影响高速公路基本路段通行能力的主要因素及修正方法4、影响高速公路基本路段通行能力的主要因素及修正方法 （1）. 车道宽度及侧向宽度的修正系数fW

  40. §5–2 高速公路基本路段通行能力 （2）. 大型车的修正系数fHV 式中：PHV－大型车交通量占总交通量的百分比； EHV－大型车换算成小客车的车辆换算系数。 （3）. 驾驶员条件的修正系数fP 在1.00~0.90范围内取fP值

  41. 第五章 道路通行能力 Highway Capacity §5–2 高速公路基本路段通行能力 五、特定纵坡路段 1、概述 凡在单一坡路段的坡度—坡长，以及几个上（或下）坡段的组合坡段的等效坡 度– 坡长值符合表 5–4 及表 5–5 中的一项坡度 – 坡长值时，称为特定纵坡路段。 在特定纵坡上坡路段，一般大型车的车辆换算系数较大，即单向车行道上的当 量小客车交通量亦随之增大。 2、特定纵坡段的上坡段大型车换算系数EHV 特定纵坡路段的坡度– 坡长范围及相应的上坡段大型车换算系数见表5–4及表5–5。 3、特定纵坡段的下坡段EHV 的确定 ① 当大型车中以122kg/kw左右及以下者占主导地位时，纵坡坡度–坡长为3%– ≥1000m，4% – ≥400m以及纵坡坡度大于4%的诸下坡路段；大型车中以177kg/kw 左右及以上者占主导地位时，坡度– 坡长为2%–≥1200m， 3%– ≥400m， 4%–≥400m 及坡度大于4%的诸下坡路段，EHV可应用同样坡度 – 坡长上坡段EHV值之1/2。 ② 小于① 的范围时， EHV可应用表5–3平原微丘地形中之EHV值。

  42. 第五章 道路通行能力 Highway Capacity §5–2 高速公路基本路段通行能力 五、特定纵坡路段

  43. 第五章 道路通行能力 Highway Capacity §5–2 高速公路基本路段通行能力 五、特定纵坡路段

  44. 6、高速公路基本路段通行能力分析计算 §5–2 高速公路基本路段通行能力 例 已知：一已有四车道高速公路，设计速度为100km/h，单向高峰小时交通量VP＝1800veh/h，大型车占40%，车道宽3.50m，紧挨行车道两边均有障碍物，重丘地形。分析其服务水平，问其达到可能通行能力之前还可增加多少交通量。实地观测的平均速度为56km/h。 解 为求服务水平要计算V/C： (1) 查表（5-2、5-4）得诸修正系数 fW＝0.79，EHV＝2.5， fHV=1/[1+0.40×(2.5-1)]=0.625, fP=1.0 (2) 计算V/C

  45. (3) 该公路服务水平属四级上半段 (4) 求算达到可能通行能力前可增加的交通量 行车道的可能通行能力 达到可能通行能力前可增加的交通量V： V＝1975-1800＝175veh/h

  46. §5－5 双车道一般公路路段通行能力

  47. 第五章 道路通行能力 Highway Capacity §5–5 双车道一般公路路段通行能力 一、双车道一般公路路段车流运行特性 1、概述 在双车道一般公路上，汽车超车时，必须进入对向车道行驶若干距离后，回到 本向车道，才能完成超车过程。因此双车道公路的两个方向中任何一个方向的车流 运行都受到对向交通的制约。故不能只对单个方向而必须对车行道双向通行能力和 服务水平进行总的分析计算。 2、理想条件 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 设计速度大于或等于80km/h； 4.00m≤车道宽度<4.5m； 侧向净宽≥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； 两个方向交通量之比为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。

  48. 车行道最大服务交通量 Msv i在理想条件下第i级服务水平的车行道双向最大服务交通量(pcu／h)； CB基本通行能力，理想条件下车行道每小时双向合理的期望能通行的最大交通量，Cb=2000pcu／h； (V／C)i第i级最大服务交通量与基本通行能力之比 车行道的设计通行能力 设计速度≤80km/h对…的修正系数交通量方向分布对…的修正系数车道宽度与侧向净宽对…的修正系数交通组成对…的修正系数横向干扰与交通秩序对…的修正系数

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