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城市交通学
第一章
绪论
§1.1城市规划与城市交通
一、城市规划是综合性系统工程系统工程的属性城市规划的属性和特征城市规划是一个巨系统
二、城市规划与城市设计城市规划、城市设计的定义城市规划学
三、城市交通在城市规划中的地位是其重要组成部分两者关系的系统观审视研究城市规划必须研究城市交通
四、土地使用规划与城市交通相辅相成、相互联系、相互制约研究土地规划是前提编制土地规划要以道路网规划为依据
五、市政公用系统与城市交通市政管线随道路系统布设道路横断面必须充分考虑管线布设要全面考虑管线附属建筑物
六、城市环境与城市交通
城市生态(水、大气、土壤、植被)
城市道路与城市景观环境保护(水、气、尘、渣、噪声)
§1.2交通工程学的定义、产生发展
一、交通工程学的定义:
1.美国交通工程师协会的定义:
是研究道路交通规划、几何设计及交通运行,研究道路网、车站及与它们相邻接的土地与交通工具的关系,以便使人和物的移动达到安全、有效和便利。
2.布伦敦的定义:
交通工程是关于交通和旅行的计测科学,是研究交通流和交通发生的法则的科学。
3.交通工程学定义:
交通工程学把道路、车辆和人以及与此三者有关的环境综合在统一的体系中一起进行研究,以寻求路网合理、供需平衡、通行能力高,交通事故少,与环境协调、能耗低的科学方法和措施,达到行车安全、迅速、经济、便利、舒适和低公害的目的。
4.交通工程学学科内容的组成:
综合、交叉、边缘
法规(Enforcement)、教育(Education)、工程(Engineering)、
环境(Environment))能源(Energy)
二、交通工程学的产生和发展
1.交通工具的演变过程是促进交通变革、交通工程学发展最活跃
的因素
2.交通工程学发展过程的主要标志
诞生时期
30年代;
形成时期
40年代;
汽车化时期
50年代;
交通渠化时期
60年代;
多乘员化时期
70年代;(TSM)
创建新交通体系时期
80年代;
智能化交通时期
90年代。
(IT)
三、交通工程学的主要任务
1.混合交通流的治理、营运与管理
2.公路与城市道路交通的规划理论与方法
3.城市道路交叉口的改造问题
4.高等级公路的规划、设计、修建、营运与管理
5.各种交通管理法规的制定、修改与完善
6.城市交通的综合治理
7.交通控制技术的研究与应用
8.大城市交通规划与设计
9.综合运输网规划
10.交通运输政策的研究
11.立体交叉的规划设计
12.道路交通CAD与专家系统
1.3我国交通现状、问题和发展趋势
、我国交通现状和问题
(1)
运输线路运力不足;
(2)
运输结构不合理;
(3)
运输网络的技术装备不够先进;
(4)
运输负荷较重;
(5)
运输政策不够协调;
(6)
运输管理方式和手段落后。
大城市中心区交通问题
(1)
交通负荷过重;
(2)
路网布局不合理;
(3)
交通量增长迅速;
(4)
停车设施不足;
(5)
公共交通方式单一;
(6)
交通秩序不佳;
(7)
交通事故居高不下。
二、发展趋势与研究重点
(1)
机动化的趋势;
(2)
道路客、货运量增长趋势;
(3)
道路网的发展趋势;
(4)
城市交通的发展趋势;
(5)
交通管理的发展趋势;
(6)交通政策的发展趋势。
研究的重点
战略发展规划;交通、能源、环境、生态综合规划
交通工具;新型交通工具。
交通政策;
交通管理与控制;
§1.4交通工程学的性质与内容
一、交通工程学的性质
横断、交叉、综合;多学科的基础。
二、交通工程学的内容
1.交通流的整体特性
(1)人的交通特性
(2)车辆的交通特性
(3)道路的交通特性
2.交通流理论
3.交通调查
4.交通规划
5.交通法规
6.交通管理
7.交通环境保护
8.交通事故
9.停车场及服务设施
10.新交通体系及其设施
第二章交通特性分析§2.1道路交通三要素特性一、驾驶员的交通特性
1.驾驶员的反应操作过程
2.驾驶员的生理、心理特性
1)视觉特性
视力
视野
色感
2)反应特性
3)驾驶员的生理特点和个性特点二、乘客的交通特性
1.乘客的交通需求心理
2.乘车的反应
弯道横向力系数不大于0.2,曲直线变化设缓和曲线,路面的平整度高速公路的安全措施
沿路的景观
心理空间与身体空间
出行容忍时间
3.社会影响
三、自行车交通特性
1.自行车骑行的交通特性
1)短程性
2)行进稳定性
3)动态平衡
4)动力递减性
5)爬坡性能
6)制动距离与动态净空
2.骑行车流的交通特性
1)群体性
2)潮汐性
3)离散性
4)赶超现象
5)并排骑行
6)不易控制
四、步行交通特性
1.行人的交通特性
美国学者弗洛因博士对步行交通中人流的速度、流量、密度及行人占有空间等特征及其相互关系进行了详细研究。
1)美国行人交通服务水平标准
2)我国行人交通特征参数
2.行人交通特征及相关因素
五、汽车基本特性
1.设计车辆尺寸
1)公路工程技术标准(JTJ01-88)6、1.8、2(m
2)城市道路设计规范(CJJ37-90)5、1.8、1.6
2.动力性能
最大车速、加速度或加速时间、最大爬坡能力
3.制动性能
制动距离公式:
L=
254(©i)
式中:
V,汽车制动开始的速度(km/h)
I,道路纵坡度(%上坡为正,下坡为负
©,轮胎与路面之间的附着系数。
六、道路基本特性
1.路网密度(面积密度)
公路网规划还使用:
人口密度、综合密度等指标。
道路网规划指标
2.道路结构
3.道路线性
4.道路网布局
1)典型公路网的布局形式:
放射形路网、三角形路网、平行式路网、树杈形路网等。
2)典型城市道路网布局形式:
棋盘式、带状式、放射型、环放射型。
§2.2交通量的基本特性
一、交通量的定义
1.交通量的定义
在选定的时间段内,通过道路某一地点、某一断面或某一车道的交通实体数。
2.交通量的特点
交通量Q是一个随机数:
数字特征,平均值(数学期望值)、方差,随机变量的分布特性。
分布特性中最值得注意的是:
交通量的时间、空间分布特性。
3.平均交通量的表达式及常用平均交通量
1)平均交通量的表达式
1nQ二—Qi
ni壬
式中:
Qi—各规定时段内的日交通量,(VEH/D;
n—各规定时段的时间(天)
2)常用平均交通量
m
(2)月平均日交通量(MADT:
MADT』'Qi
my
式中:
Qi——个月的交通量的总和;m—该月的天数。
47
(3)周平均日交通量(WAD):
WADT^vQi
7i丄
其中AADT在城市道路与交通工程中是一项极其重要的控制指标
二、交通量的时间分布特性
1.月变化
月变化系数K月:
K月二匹
MADT
注意:
当月的天数(28、29、30、31);
12
AADT的另一种计算:
AADT=\MADTi/12;
id
月变化系数反映的规律。
2.周变化
周变化系数K周日:
K周日=WADT
Qi
3.时变化
1)交通量小时变化曲线。
3)高峰小时系数:
PHF
PHFt=高峰小时交通量/(t时段内统计最高交通量)色
t
三、交通量的空间分布
1.
城乡分布
2.
交诵量在路段上的分布
3.
交通量的方向分布
交通量的方向分布系数Kd,
Kd=主要行车方向交通量/双向交通量
4.
交通量在车道上的分布
四、设计小时交通量
满足绝大多数小时车流能顺利通过与投资效益的控制。
第30位最高小时交通量30HV与其特点,设计小时交通量系数设计小时交通量系数的作用:
DHV=AADXK
N=DHV/C单
W=Wn
式中:
DHV-设计小时交通量;
k—设计小时交通量系数;
n—设计车道数;
C单一每一个车道的通行能力;
AAD—规划年度的年平均日交通量;
W—路幅宽度;
W1—一条车道的宽度
考虑方向不均匀时的单向设计小时交通量
DDHV二AADTXKXKd
式中:
DDHV:
单向设计小时交通量;
Kd:
交通量的方向分布系数。
§2.3行车速度特性
一、基本定义
按照行驶距离l,所需的时间t,和它们取法的不同可定义以下六种不同的车速:
1.地点车速(spotspeed),瞬时车速。
2.行驶车速(runningspeed),不包括停车时间。
3.运行车速(operatingspeed),能保持的安全车速。
4.行程车速(overallspeed),区间车速,包括停车时间。
5.临界车速(criticalspeed),对应通行能力为最大时的车速。
6.设计车速(designspeed),仅受物理条件限制时所能保持的最
大安全车速。
二、行车速度的统计分布特性随机变量,均值、方差、分布(正态、偏态分布)对车速分布进行统计分析所使用的表示方法:
直方图、车速频率图、车速累计频率图。
特征车速:
50%位、85%位、15%位车速
三、时间平均车速与空间平均车速
2.
Vs
空间平均车速,点车速的调和平均值(点车速倒数平均值的倒数)。
1
1
ni£vi
3.时间平均车速与空间平均车速之间的相互关系
2
Vs=0-竺
Vt
2
Vt=Ps+空
Vs
§2.4交通密度特性
一、密度
1.密度的定义:
某一瞬时内,每单位长度一条车道上的交通实体数。
K=N(veh/km)
K=Q(veh/km)
Vs
2.最佳车流密度:
路段通过车流量为最大时的车辆密度。
3.阻塞密度:
车辆几乎无法行驶时的密度。
、车头间距与时距
1.车头间距hs,平均车头间距hs。
2.车头时距ht,平均车头时距ht。
3.三个关系式:
1)车头间距hs和密度之间的关系,hs=1000/k
2)车头时距ht和交通量之间的关系,ht=3600/Q
3)车头间距hs、车头时距ht和速度V之间的关系,hs=V-ht/3.6
§2.5交通流的基本特性及其相互关系
一、交通流三个参数的基本关系
1.表征交通流特性的三个基本参数:
Q,交通量
V,行车速度
K,车流密度
2.交通流三个参数之间的基本关系式:
Q=K•V
3.交通流三个参数基本关系的图像表示
1)空间曲线
2)平面曲线
3)平面曲线上的特征点
(1)极大流量Qmax
(2)临界速度Vm
(3)最佳密度Km
(4)阻塞密度Kj
(5)畅行速度Vf
二、速度与密度的关系
1.速度一密度线性模型:
V=Vf(1-上)
Kj
2.速度一密度对数模型:
V=Vm・In(蜀)
K
K
3.速度一密度指数模型:
V=Vf•e-Km
三、流量与密度的关系
Q=K-Vf(1-上)
Kj
四、流量与速度的关系
2
Q=Kj・(v-—)
第三章交通调查与分析
§3.1交通调查的主要内容及基本要求
一、交通调查的主要内容
1.交通要素调查
2.交通需求调查
3.交通事故调查
4.交通环境调查
二、交通调查的基本要求
1.确定调查内容、对象、时间与地点
2.制定调查方案
3.实施调查
4.对调查人员的要求
5.调查数据的统计分析
6.调查数据的校核
§3.2交通量调查
一、交通量调查的种类
1.区域交通量调查
2.小区边界线交通量调查
3.核查线调查
4.特定地点的交通量调查
二、交通量调查数据的处理、分析与应用
1.绘制交通流量图
2.绘制交通量变化图
3.交叉口交通流量图
4.计算交通量特定参数:
ADT、PHV、Km、Kw
5.不同类型交通量的换算
§3.3行车速度与密度的调查
一、行车速度的调查
1.地点车速
调查抽样率
调查方法
2.区间车速
二、调查数据的分析与应用
1.绘制速度分布图与分布表
2.统计处理
1)车速平均值及其均方差
2)统计分布中的特定车速
三、密度的调查
1.密度调查的时段与区间长度
2.调查的方法
§3.4行车时间与延误调查
一、基本概念
1.延误的定义
2.延误的分类
1)基本延误
2)运行延误
3)停车时间延误
4)停车延误
3.延误产生的原因二、交叉口延误的调查
1.行车时间的调查
2.停车延误的调查
1)停车数量及累计停车时间
2)定时段测定
三、调查资料的应用
第四章交通流理论
§4.1概述
§4.2交通流的统计分布特性
一、离散型分布
1.泊松分布
(1)基本公式
P(k)二^^e」k=0,1,2,
k!
式中:
t—计数间隔时间;
veh/s;
入一单位时间间隔车辆的平均到达率,
P(k)—t时间间隔内到达k辆车的概率
(2)
递推公式
(3)分布特点:
若记m表示均值,D表示方差,则有:
-m
P(O)=e
m=D二入t
⑷应用条件:
车流是随机的,密度不大,相互影响微弱,外界干扰因素基本上
不存在。
m=D
(5)应用举例:
有4辆车以上的概率。
(泊松分布)
对提问文字明确意义,注意对均值的理解公式的描述
kJiki
P(vk)=-P( i=qi! 7i! 2.二项分布 7+k}tn-k (1)基本公式P(k)=Cn(丛)(1-口)k=0,1,2,,,n nn 式中: n为正整数,其余同泊松分布 vP,qv1 如记: P=入tq=1-P0 n kn-k 则P(k)=CnPq 二项分布的特征值m=nP二入t,D=nP(1-P),m>D (2)递推公式 P(k+1)=斗「P(k) k+11-p (3)应用条件: 车流比较拥挤、自由行驶机会不多的车流。 (4)举例: 例4.2据统计某交叉口有25%勺行人不遵守交通规则,交警拦住5 人问话,求其中2人不遵守交通规则的概率是多少? (二项分布) 分析: 1)p,q,n,k 2)注意: p为已知,若未知,要设法求出。 二、连续型分布 2 1.正态分布X〜N(a,(T),标准正态分布卩=0,(T=1。 2.负指数分布 (1)基本公式 入t P(h>t)=e 式中: P(h>t)—到达的车头时距h大于t秒的概率; 入一车流的平均到达率,veh/s。 P(h>t)的物理意义 -m—入t 由泊松公式可知: P(0)=e=e -m一入t P(h>t)=P(0)=e=e …入t P(hvt)=1-e 负指数分布的均值: m」 负指数分布的方差: D=— 入2 (2)适用条件: 车辆到达是随机的、有充分超车机会的单列车流和密度不大的多列车流。 (3)应用举例 横穿交通流所需要的安全间隔 有关的变量: b—车行道的宽度(m Q—车行道的交通量(veh/s) V—横穿者的速度(m/s) T—横穿道路所需的时间(s) 结论: 1)横穿的安全时间间隔t>T -QT/3600-QB/3600•V 2)所能横穿的次数n二Q-P(h>T)=Q・e=Q-e 间断流的特征 1.信号间断处的车流 运行情况: 减速一停止一(反应)启动一加速(通过) 通过停车线的顺序图: 车头间距、车头时距图 2.关键变量 1)饱和流率: 一次绿灯时间,单个车道连续通过进口引道的车辆数。 2)饱和车头时距h(s): 饱和流率对应的车头时距。 3)超时: 实际车头时距超过饱和车头时距的时间,用ti表示, 表示超时的车序号 4)损失时间l1,通过停车线时,启动(加速)的损失时间。 5)净损失时间l2,信号转换时,考虑行车安全必须保留的时间3.在停车或让路标志处的车流 利用间隙通过 利用间隙交织 4.延误: 表征间断流服务水平的主要指标。 停车延误ds 运行延误do 第五章道路通行能力 §5.1道路通行能力和服务水平 一、道路通行能力概述 1.基本概念: 单位时间内可能通过的最大的交通实体数。 2.影响因素: 道路状况、车辆性能、交通条件、交通管理、环境、驾驶员技术、气候等。 3.道路通行能力的作用7项主要作用 4.道路通行能力的类别4类通行能力: 路段、平面交叉口、合分流运行状态、交织运行状态 二、服务水平 1.服务水平概念服务程度或服务质量 2.服务水平分级 服务水平分级的分析指标 道路服务水平分级: 日本、前苏联、美国分级情况 §5.2道路路段通行能力一、基本通行能力(理论通行能力)道路与交通处于理想情况下: 理想的道路情况: 理想的交通情况: 基本通行能力的计算示图 二、可能通行能力道路与交通处于实际的情况下: 实际的道路情况 1.车道宽度的修正系数 2.侧向净空的修正系数 3.纵坡度的修正系数 4.视距不足的修正系数 5.沿途条件的修正系数实际的交通条件 交通条件修正系数 三、设计通行能力(实用通行能力) §5.3平面交叉口的通行能力 、概述 1.定义 平面交叉口的定义, 平面交叉口通行能力的定义 交叉口的面积 平面交叉口规划用地面积(万平米) 人口万 T字型交叉口 十字型交叉口 环形交叉口 人 〉 50 V 〉 50 V 中心岛 直径 环道宽度 用地面积 相交等级 200 200 50 200 200 50 (m (m 主干路与主干路 0.6 0.5 0.45 0.8 0.65 0.6 — — — 主干路与次干 0.5 0.40 0.35 0.65 0.55 0.5 40— 20— 1.0— 路 60 40 1.5 次干路与次干 0.4 0.3 0.25 0.55 0.45 0.4 30— 16— 0.8— 路 50 20 1.2 次干路与支路 0.33 0.27 0.22 0.45 0.35 0.3 30— 14— 0.6— 40 18 0.9 支路与 支路 0.2 0.16 0.12 0.27 0.22 0.17 25— 12— 0.5— 35 15 0.7 注: 大中城市道路宽度规划指标,主干路35—55m, 次干路30—50m,支路15—30m。 交叉口的形状: 十字型、X型、T型、Y型、错位型、复 合交叉入口引道车行道的条数、车道宽、线形 交叉口的交通运行方式、交通管理方式 2.分类 *无信号灯的平面交叉口(停车让行、环形) *有信号灯的平面交叉口二、无信号灯平面交叉口的通行能力 三、环形交叉口的通行能力 1.环形交叉口的运行特征: 合流、交织、分流。 2.描述环形交叉口的主要参数中心岛直径,交织段长度,交织段宽度,驶入角,驶出角,两交织段内角。 3.分类 常规环形交叉口: 中心岛直径一般在25米以上,驶入角宜大于300,驶出角应小于600,两交织段内角不应大于0 95 小型环形交叉口: 中心岛直径小于25米 微型环形交叉口: 中心岛直径小于4米 4.常规环形交叉口的通行能力 1)沃尔卓普公式 Qm=354w(1+e/w)(1-P/3)/(1+w/l) 式中: Qm—交织段上最大通行能力; L—交织段长度; W—交织段宽度; e—环交入口引道平均宽度e=(e1+e2)/2; e1—入口引道宽度; e2—环道突出部分宽度; p—交织段内进行交织的车辆与全部车辆之比。 公式适用条件: (1)引道通畅; (2)环交平坦;纵坡〉4% (3)参数在以下范围: w=6.1〜18m,e/w=0.4〜1.0 w/l=0.12〜0.4,ei/e2=0.34〜1.41, p=0.4〜1.0。 设计通行能力0.8Qm混合交通时的设计通行能力换算系数。 2)英国环境部暂行公式 Q=160w(1+e/w)/(1+w/l) 公式适用条件: 载重车占全部车辆的15%,超过则要修正。 设计通行能力0.85Q 算例: 1)验算常规环形交叉口的通行能力 1.引道进口流量流向图 2.按运行特征分解: 绘出流量流向分解图,列出交织段流量 表如下表所示。 交织段 车流量组成 合计 东北 350+300+600+300+700+100 2350 西北 300+100+700+300+600+250 2250 西南 100+250+600+350+700+300 2300 东南 250+700+300+300+600+300 2450 3.主要参数: w=15r,il=40m,e=10m,p=0.9 4.用英国环境部暂行公式计算0.85Q,验算。 5.用沃尔卓普公式计算0.8Qm验算。 “城市道路交通规划设计规范”1995-09-01对常规环形交叉口通行能力要求: 作业: (可选作) 某环交设计的各路口交通量如图所示,计算参数如下: w=12m西北与东南的I=48m,东北与西南的I=42m,ei=6m, e2=12m试问该交叉口能否通过现在的交通量? 要求用英国环境部暂 行公式计算0.85Q,和用沃尔卓普公式计算0.8Qm,分别进行验算。 四、信号灯交叉口机动车的通行能力 1.信号灯一般设置的情况 2.交叉口的运行特征不同方向的时间分隔,直行(20-40S)、右 转(10-20s)、左转(30-50s)。 3.交通信号的基本参数 周期时长 信号相位 4.信号灯交叉口通行能力的计算模式 1)停车线法 2)冲突点法 3)停车线法介绍 停车线法的基本思想 单个进口道的通行能力,交叉口的通行能力; 分方向分别进行计算; 分周期分析通过量; 影响因素的分析。 1)一条专用直行车道的通行能力 N直二(3600/T周)(t绿-t损)/t间 式中: T周: 信号灯周期时间;(已知) t绿: 每一个周期内的绿灯时间;(已知) t损: 一个周期内的绿灯损失时间; t间: 车流中两车平均间隔时间; t损的计算: 反应和起动时间,加速时间 2 t加=v/2a,v=15(km/h),a=0.6-0.7(m/s) 关于t间的说明: 大车: 小车
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