交通工程学串讲.docx

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交通工程学串讲

CH1绪论

运输（transportation）是指通过运输工具使货物在生产地与消费地之间或者是物流据点之间的流动。

交通运输系统是由铁路、公路、水路、航空和管道五种运输方式（子系统）组成的一个综合系统。

交通运输系统必备的三个必要条件：

Ø路线

Ø载运工具

Ø枢纽站

交通运输工程学是为了能安全、迅速、舒适、方便、经济和与环境相协调的运送旅客和货物，运用现代技术和科学原理，对各种运输方式中的运输设施进行规划、功能设计、运营和管理的学科。

道路交通系统是一个由人、车、路、环境（含交通控制装置）组成的整体，每个组成部分都有其独立的功能或特性，按照特定的方式有规律地运行着，由此实现安全通畅的目标。

我国《交通工程手册》定义：

交通工程学是研究道路交通中人、车、路、环境之间的关系，探讨道路交通规律，建立交通规划、设计、控制和管理的理论和方法以及有关的设施、装备、法律和法规等，使道路交通更加安全、高效、快捷、舒适的一门技术科学。

20世纪70年代以来，国外一些专家明前指出：

交通工程学只有将工程（Engineering）、教育（Education）、法规（Enforcement）、环境（Environment）能源五个方面综合起来考虑，才能保证人、车、路和环境之间合理的时间和空间关系。

有人称之为“五E”科学。

交通工程学的特点：

1．系统性2．综合性——”5E”学科3．交叉性4．社会性5．超前性6．动态性

1930年，一些专门从事交通工程工作的技术人员聚集在一起成立了世界上第一个交通工程师协会，标志交通工程学的诞生。

CH2人和车辆的交通特性

交通特性分析是交通工程学的基础部分，是进行合理的交通规划、设计、营运、管理与控制的前提。

交通特性分析的重点是研究道路交通系统各基本要素（人、车、路）的自身特性以及各要素之间的相关特性。

道路交通系统中的人包括：

驾驶员、行人和乘客。

驾驶员的可靠性一般理解为在具体条件下和指定时间内，按预定的准确度完成预期任务的能力。

驾驶员的可靠性取决于驾驶员的技术熟练程度、个性、感受信息的特性，以及在周围环境影响下这种特性随时间的变化。

感觉是对客观物体个别属性的反应。

人体器官具有不同的感觉：

视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉、动觉和平衡觉等。

视觉给驾驶员提供80%的交通情况的信息.

听觉使驾驶员根据声音信息区分汽车机件的故障。

知觉是对整个物体的认识，只有知觉才能断定物体的性质。

知觉的过程是可以理解物体和现象之间联系的过程，在知觉的基础上，形成所谓“深度知觉”，如目测距离、估计时间等。

驾驶员的信息处理过程

总括起来，驾驶员行车的过程，就是感知、判断决策和操纵三个阶段不断循环往返的过程。

视觉——外界刺激经过视觉器官在大脑中所引起的生理反应。

视觉器官的外周感受器是人的眼睛。

眼睛分辨两物点之间最小距离的能力叫视力。

视力有静视力、动视力和夜间视力之分。

由明处进入暗处，眼睛习惯、视力恢复，称为暗适应。

由暗处到明亮处，眼睛习惯、视力恢复，称为明适应。

暗适应通常较明适应所需时间较长。

物体振动发出音波，音波作用于听分析器而引起听觉。

听觉有音高、响度、音色的区别。

驾驶员疲劳是指由于驾驶作业引起的身体上的变化、心理上的疲劳及客观测定驾驶机能低落的总称。

行人交通特性

1.基本参数特征：

步频、步幅、步速

车辆的分类

保有量指得就是一个地区拥有车辆的数量，一般是指在当地登记的车辆。

行使阻力

①滚动阻力

产生原因：

●轮胎或路面的变形；

●路面不平引起震动和撞击；

●轮胎与路面之间的滑移

●从动轮轴承间的摩擦力。

②坡度阻力：

汽车爬坡时，汽车的重力在平行路面方向上产生分力。

③空气阻力：

汽车直线行驶时受到的空气作用力在行驶方向上的分力。

④加速阻力，是汽车在加速或减速时的惯性阻力。

自行车流的交通特性：

群体性、潮汐性、离散性、赶超现象、并肩或并排骑行、不易控制

公路是指联接城市、乡村和工矿基地之间，主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路称公路。

公路和道路的区别：

道路是供各种车辆（无轨）和行人通行的工程设施。

按其使用特点分为城市道路、公路、厂矿道路、林区道路及乡村道路等。

道路结构基本部分是路基、路面、桥涵，另外还有边沟、挡墙、盲沟、护坡、护栏等，亦属其组成部分。

CH3交通量

交通量是指在选定的时间段内，通过道路某一地点、某一断面或某一条车道交通体的数量。

交通量也指单位时间内通过道路某一断面（一般为往返两个方向，如特指时可为某一方向或某一车道）的车辆数（或行人数）又称为交通流量或流量。

交通量的分类：

分类项目

按交通性质

按计时单位

按交通量特性

分类

机动车交通量、非机动车交通量、混合交通量、行人交通量

小时交通量、日交通量

平均交通量、最大交通量、高峰小时交通量、第n位小时交通量

交通量的分布特性是指交通量随时间和空间的变化而变化的特性。

交通量的表达方式：

交通量的空间空间分布是指地域、城乡、路线、方向、车道等的差别。

交通量的时间分布是指一年中哪个季节、哪个月、哪一天、哪个小时的差异。

高峰小时系数PHF：

高峰小时交通量与高峰小时内某一时段推算的高峰小时流率的比值。

交通量调查的方法以及各方法优缺点分析

交通量调查的目的:

●预测交通量的发展趋势

●为道路规划、建设及交通管理与控制提供交通流量、流向数据

●评价交通管理措施的使用效果

●评价道路交通安全程度

●合理安排交通运营计划、确定交通管制措施

●在交通研究中通过交通量调查掌握交通实态

●用于推算道路的通行能力及道路运输成本和效益

交通量资料常用的表示方法有两种：

一种是各类资料的汇总表，主要以文字和数字来表示交通量的数值和变化，如汇总表；

一种是各种示意图，主要通过各种图形直观地表示交通量的大小和变化，如柱状图、曲线图、交叉口流量流向图、路网流量图、出入交通量示意图等。

交通量资料的应用

计算：

用测试车法计算的东、西行交通量。

CH4车速调查

车速：

单位时间内车辆所行驶的距离。

v地点车速（Spotspeed）

车辆通过某一地点时的瞬时车速，用作道路设计、交通管制和规划资料

v行驶车速（Runningspeed）

车辆驶过某一区间的长度与行驶时间（不包括停车时间）之比，用于评价该路段的线形顺适性和通行能力分析，也可用于计算道路使用者的成本效益分析。

v运行车速（Operatingspeed）

中等技术水平的司机在良好的气候条件、实际道路状况和交通条件下所能保持的安全车速，用于评价道路通行能力和车辆运行状况，又称计算车速。

v行程车速（Overallspeed）

行程车速又称区间车速，是车辆行驶路程与通过该路程所需的总时间（包括停车时间）之比。

行程车速是一项综合性指标，用以评价道路的通畅程度，估计行车延误情况。

要提高运输效率归根结底是要提高车辆的行程车速。

v临界车速（Criticalspeed）

是指道路理论通行能力达到最大时的车速，对于选择道路等级具有重要作用。

v设计车速（Designspeed）

这是指在道路交通与气候条件良好的情况下仅受道路物理条件限制时所能保持的最大安全车速，用作道路线形几何设计的标准。

车速频率分布：

在同一地点观测到的以某一确定速度行驶的车辆数n，与总的观测车数N的比值。

地点车速调查的意义：

⑴交叉口交通设计的重要参数；

⑵确定道路限制车速；

⑶设置交通标志的依据；

⑷局部地点如道路弯道、坡度、瓶颈等处的交通改善设计的依据等。

区间车速调查的意义：

⑴路线改善设计的依据；

⑵交通规划中路网交通流量分配的重要依据；

⑶交通管理措施及联动交通信号配时的依据等。

地点车速测定常用的方法

行驶车速及区间车速的调查常用的方法以及优缺点分析

CH5密度调查

交通密度：

在单位长度车道上，某一瞬时所存在的车辆数，一般用辆/km/车道表示。

在实际应用中，常常采用车辆的道路占有率（空间占有率和时间占有率）来间接表征交通密度。

空间占用率：

指在单位长度车道上，汽车投影面积总和占车道面积的百分率。

时间占用率：

单位测定时间内，车辆通过某一断面的累计时间占测定时间的百分率

车头时距（timeheadway）指的是在同一车道上行驶的车辆队列中，两连续车辆车头端部通过某一断面的时间间隔。

车头间距是指同一车道上行驶的连续车辆中，前后两车车头与车头之间的距离。

观测密度主要有出入量法和照相法

出入量法可分为试验车法和车牌照法；

照相法又可分为地面（高处）与航空观测两种方法。

车流密度资料的应用

第6章行车延误调查

延误：

由于道路与环境条件、交通干扰以及交通管理与控制设施等驾驶员无法控制的因素所引起的行程时间损失，以秒/辆或分钟/辆计。

固定延误：

由交通控制装置引起的延误，主要发生在交叉口处。

行程延误：

车辆通过某一路段的实际时间与计算时间之差。

停车延误：

车辆由于某种原因而处于静止状态所产生的延误。

排队延误：

车辆排队时间与车辆按自由行驶车速驶过排队路段的时间之差。

引道延误：

引道延误为引道实际耗时与引道自由行驶时间之差。

控制延误：

控制设施引起的延误。

包括车辆在交叉口的实际行程时间和车辆以畅行速度通过交叉口的时间之差。

行程时间延误：

实际行驶的总行程时间与完全排除干扰后以平均速度通过调查路段的自由行驶时间之差。

延误率：

车辆通过单位长度路段的实际运行时间与车辆在理想条件下通过该路段所需时间之差。

延误调查的目的：

⏹评价道路交通堵塞程度

⏹探求行车延误的发展趋势

⏹评价道路的服务质量

⏹用作道路和交叉口改建的依据

⏹交通运输规划的基础资料

⏹进行经济分析

⏹进行前后对比研究

⏹用作交通管制的依据

路段行车延误调查的的方法主要有跟车法和输入输出（驶入驶出）法。

交叉口延误的调查方法可分两类，

停车时间法:

这类调查方法得到的交叉口延误只包括停车时间，没有计入加速延误和减速延误。

主要有点样本法和分间断航空摄影法等。

行程时间法:

这类方法是测定从交叉口前的某一点至交叉口内或交叉口之后某一点的行程时间。

这类方法得到的交叉口延误，不但包括停车延误，而且还包括加速延误和减速延误。

主要有试验车法、牌照法等。

延误调查资料的应用：

评价道路交通堵塞程度

评价服务质量

探求行车延误发展趋势

改建道路和交叉口的依据

前后对比研究

运输规划

经济分析

交通管制

交通规划

CH7交通流量、速度和密度之间的关系

k—密度（辆/km）;

Q—交通量（辆/h）;

V—空间平均车速（km/h）.

三个参数之间的关系

CH8交通流理论

交通流研究中常用的办法：

⏹概率统计方法

⏹跟驰理论

⏹流体力学理论

⏹车辆排队理论

⏹系统工程和控制论

⏹计算机模拟等。

泊松分布

统计分布的应用

跟驰理论是运用动力学的方法，研究在无法超车的单一车道上车辆列队行驶时，后车跟随前车的行驶状态的一种理论。

它用数学模型表达跟驰过程中发生的各种状态。

自由流——在道路上，当交通流密度小时，驾驶员能根据自己的驾驶特性（个人驾驶技巧、驾驶倾向性、身体状况、情绪、出行的紧迫性等）和车辆条件、道路条件进行驾驶，而基本不受或少受道路上的其他使用者的影响，通常能保持他们的期望车速时的交通流状态

非自由行使状态——当交通流密度加大时，车间距减小，车队中车辆的车速会受到前车车速的制约。

驾驶员为了避免发生碰撞和节省行车时间，将紧密而安全地按前车的速度发生变化时提供的信息采用相应的车速时的状态。

（车辆跟驰理论的研究特性）

非自由行使状态的行使特性：

Ø制约性

●紧随要求

●车速条件

●间距条件

Ø延迟性

Ø传递性

排队论又称随机服务系统理论，是研究系统由于随机因素的干扰而出现排队（或堵塞）现象规律性的一门学科。

排队论被广泛用于：

⏹车辆延误

⏹通行能力

⏹信号灯配时

⏹停车场

⏹收费亭

⏹加油站等

“排队”单指等待服务的顾客（车辆或行人），不包括正在被服务的顾客；

“排队系统”既包括了等待服务的顾客，又包括了正在被服务的顾客。

排队系统的运行指标

⏹服务率

⏹交通强度

⏹系统排队长度

⏹等待时间

⏹忙期

M/M/1系统（单通道服务）

M/M/N系统（多通道服务）

包括单路排队多通道服务和多路排队多通道服务。

单路排队多通道服务：

等候服务的顾客排成一队等待数条通道服务的情况。

多路排队多通道服务：

每个通道的顾客各排一队，每个通道只为其相对应的一队顾客服务，排队顾客不能随意换对。

这种情况相当于N个单通道服务系统。

CH9道路通行能力

通行能力的定义：

在一定的时段和道路、交通、管制条件下，人和车辆通过车道或道路上的一点或均匀断面的最大小时交通量。

通行能力定义中所依据的条件（即理想条件）原则上是：

指对条件更进一步提高也不能提高基本通行能力的条件。

包括：

（1）道路条件：

指的是街道或公路的几何特征，包括：

交通设施的种类及其形成的环境、每个方向的车道数、车道和路肩宽度、侧向净空、设计速度以及平面和纵面线形。

（2）交通条件：

涉及使用该道路的交通流特性。

它由交通流中车辆种类的分布，设施的可用车道中交通量和交通分布以及交通流的方向分布共同确定。

（3）管制条件：

是指设施上的管制设备和具体设计的种类，以及交通规则。

交通信号的位置、种类和配时是影响通行能力的关键性管制条件。

其他重要管制包括停车和让路标志、车道使用限制、转弯限制以及类似的措施。

（4）交通环境：

横向干扰程度以及交通秩序等。

我国对通行能力的定义是指道路设施疏导交通流的能力。

即在一定的时段（通常15分钟或一小时）和正常的道路、交通、管制以及运行质量要求下，通过道路设施交通流质点的能力，也称为交通容量或简称容量。

它是道路设施在一定条件下所能通过车辆的极限数值。

通行能力按作用性质分为三种：

（1）基本通行能力

是指在理想的道路、交通、控制和环境条件下，公路组成部分的一条车道或一车行道的均匀段上或一横断面上，不论服务水平如何，1小时所能通过标准车辆的最大数量；

（2）可能通行能力（实际通行能力）

是指在实际或预测的道路、交通、控制及环境条件下，一已知公路的一组成部分中一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，不论服务水平如何，1小时所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的最大数量；

（3）设计（或实用）通行能力

是指在预测的道路、交通、控制及环境条件下，一设计中的公路的一组成部分的一条车道或一车行道对上述诸条件有代表性的均匀段上或一横断面上，在所选用的设计服务水平下，1小时所能通过的车辆（在混合交通公路上为标准汽车）的最大数量。

换算系数：

在通行能力方面某类车辆一辆折合成标准车辆的辆数。

服务水平（levelofservice）：

HCM中规定为描述交通流内的运行条件及其影响驾驶员与乘客感受的一种质量标准。

亦即道路在某种交通条件下所提供的运行服务的质量水平。

每级服务水平有其服务质量的范围。

一、二、三级及四级上半段的服务水平都有对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。

道路通行能力和服务水平的作用

1．用于道路设计

2．用于道路规划

3．用于道路交通管理

通行能力和服务水平的关系：

同时反映道路所提供的服务；

通行能力是反映道路服务的数量或服务的能力，使道路所能提供的疏导交通能力的极限；

服务水平反映的是道路服务的质量或服务的满意程度，是在满足特定交通运行条件下的极限能力。

高速公路是有中央分隔带，上下行每个方向至少有两条车道，全部立体交叉，完全控制车辆出入，专供汽车行驶的公路。

高速公路是彻底的非中断性交通流设施。

在正常情况下，高速公路上的车辆可以不停顿地连续行驶。

高速公路一般由以下三部分组成：

（1）高速公路基本路段（basicfreewaysections）；

（2）交织区（weavingareas）；

（3）匝道（rampjunctions），其中包括匝道——主线连接处及匝道——横交公路连接处。

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。

高速公路基本路段的理想条件包括：

（1）车道宽度≧3.75m

（2）侧向净宽≧1．75m；

（3）车流中全部为小客车；

（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

高速公路基本路段最大服务交通量

单向车行道的设计通行能力

单向车行道的设计通行能力

双车道是我国公路网中最普遍的一种公路形式，每条车道用于一个方向的交通，在视距和对向交通流间隔允许的地点，可占用对向车道，超越慢速车辆。

然后再回到本向车道。

一条车道的理论通行能力

城市道路通行能力主要受交叉口通行能力的制约。

两条或两条以上的道路在同一平面相交称为平面相交，两条不同方向的车流通过平交路口时会产生车流的交叉。

平交路口可能通过的相交车流的最大交通量就是平面交叉口的通行能力。

平面交叉口的通行能力一般可分为三大类：

✓不加任何交通管制的交叉口的通行能力；

✓中央设圆形岛的环行交叉口的通行能力；

✓设置交通信号的交叉口的通行能力。

✓信号交叉口的服务水平用延误来衡量。

延误是反映驾驶员不舒适、受阻、油耗和行驶时间损失的指标。

公共交通线路通行能力

包括人和车辆两方面的行为。

车辆通行能力是指特定时段内公交站点、公交联合站以及公交车道或公交线路所服务的公交车辆（包括公共汽车或轻轨列车）数；

客运能力是指在一定时间内按规定的运行条件，公共交通车辆能运送乘客通过某道路断面的人数。

包括公交站点、公交联合车站、公交线路三种车辆通行能力。

CH10交通规划

交通规划是指在调查分析现状的基础上，预测未来的交通需求，研究土地利用与交通运输之间的关系，并在资金、政策、环境等条件的约束下，确定交通系统应达到的目标以及达到该目标的方针、政策、手段和主要措施。

分类：

1规划的研究范围：

综合交通规划、专项交通规划

2研究对象的地域特点：

区域交通规划、省域交通规划、城市交通规划、县乡交通规划等

3规划时间跨度：

近期规划、中远期规划、发展战略规划

起讫点调查（OD调查）

主要包括人的出行调查（客流调查）、车辆调查（车流调查）、货流调查（货流调查）三大类别。

OD调查是交通运输规划研究的基础调查，通过它来研究交通的产生与分布，揭示交通需求与土地利用、经济活动的规律，为交通规划打下坚实基础。

基本概念

出行：

人、车、货从出发点到目的地移动的全过程。

起点：

一次出行的出发地点。

讫点：

一次出行的目的地点。

出行端点：

出行起点、讫点的总称，每一次出行有且只有两个端点，出行端点的总数为出行次数的两倍。

境内出行：

起讫点都在调查区范围之内的出行。

过境出行：

起讫点都在调查区范围之外的出行。

区内出行：

起讫点都在同一小区内的出行。

区间出行：

起讫点分别位于不同小区内的出行。

小区形心：

代表同一小区内所有出行端点的某一集中点，不一定是该小区几何面积的重心。

OD表：

一种表示起讫点调查成果的表格。

期望线：

又称愿望线，是连接各选区形心的直线。

主流倾向线：

又称综合期望线，系将若干条流向相近的期望线合并汇总而成。

调查区境界线：

包围全部调查区域的一条假想线，有时还分设内线和外线，内线常为城市商业中心区的包围线。

OD调查的目的

◆收集调查区域内出行的类型与数量方面的资料

◆结合土地利用调查资料建立各类交通预测模型

◆推求远景年的交通量，为运输规划的研究提供基础数据

OD调查的步骤与实施

1机构建立

2资料准备

3交通小区的划分★

4定抽样率

5调查人员培训

6制订的实施计划

7典型试验建议

8实地调查

交通需求分析及发展预测

目的：

就是要确定未来特征年的各种出行（步行、客车、摩托车、公交车、出租车、货车、自行车等）在道路网络上的分布，以便对交通规划方案实施效果进行分析评价，以提供一个科学合理的建设与管理方案，避免决策失误。

四阶段法

道路交通系统规划是在综合交通系统分析的基础上进行的，即通过分析各种交通方式的竞争条件和交通需求，确定了道路交通在综合交通系统中所占的地位和发挥的作用，在此基础上进行道路系统的规划。

交通规划评价是在交通需求预测的基础上，论述规划方案达到规划目标的可能性，并通过对规划方案产生的影响进行多角度的分析，全面了解规划方案产生的各种效益，为进行科学决策提供依据。

评价原则：

◆完备性原则

◆可比性原则

◆独立性原则

◆实用性原则

评价依据：

适应性

协调性

可行性

经济效益评价

技术性能评价

社会环境影响评价

CH11交通管理与控制

交通管理：

按照既定的交通法规的规定和要求，运用各种手段、方法和工具合理地限制和科学地组织、指挥交通。

交通控制:

就是运用现代的信号装置、通讯设施、信息采集设备及电子计算机和网络系统设备等对动态的交通准确地调度，使其安全通畅地运行。

两者结合起来就构成交通的管制系统。

交通规则就是由有关部门根据道路交通的具体情况，为搞好交通秩序、保障交通安全通畅，经调查研究、反复讨论而制定的有关道路交通系统中人、车、路及自然环境管理方面的规定、条例和制度，并通过立法机关审查批准用法律文件或布告的形式确定下来的条文。

交通标志就是把交通指示、交通警告、交通禁令和指路等交通管理与控制法规用文字、图形或符号形象化地表示出来，并设置于路侧、路面或道路上方的交通管理设施。

交通标志标线的种类及作用

Ø指示标志：

指示车辆、行人行进或停止的标志

Ø警告标志：

警告驾驶员注意公路急弯、陡坡、交叉路口以及影响行车安全的地点的标志

Ø禁令：

指示禁止或限制车辆、行人通行的标志

Ø指路标志

交通需求管理从广义上说是指通过交通政策等的导向作用，促进交通参与者的交通选择行动的变更，以减少机动车出行量，减轻或消除交通拥挤。

从狭义上说是指为削减高峰期间一人乘车的小汽车通勤交通量而采取的综合性交通政策。

交通需求管理的必要性

⏹城市交通设施的容量有限

⏹交通需求持续增加

⏹土地资源少，不能扩大道路面积率

⏹净化环境的要求

交通系统管理（TSM）站在交通作为人类社会生活的一部分这样一个角度，来研究和管理城市或公路网交通系统。

TSM主要目的：

①已有道路空间的有效利用；

②减少拥挤路段车辆；

③提高服务水平；

4提高交通管理的效率。

CH13交通安全

我国对交通事故的定义为．凡车辆驾驶人员、行人、乘车者以及其他在道路上进行于交通有关活动的人，因违反《中华人民共和国道路交通管理条例》和其他道路交通管理法规、规章的行为过失造成人身伤亡或者财产损失的事故。

我国交通事故的分类

道路交通事故的原因分析目的：

找出与驾驶员、车辆和道路有关的可能促成事故的原因，以便拟定防治措施，减少事故的频率和严重程度。

提高道路交通安全的对策

Ø健全交通法规

Ø加强交通安全教育

●对驾驶员的教育

●对骑自行车人的教育

●加强道路交通安全管理

◆加强交通