交通工程 Traffic Engineering

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1 交通工程 Traffic Engineering
People’s Public Security University of China 交通工程 Traffic Engineering 马骏 博士 教授 交通管理学院 电话： 邮箱：

2 People’s Public Security University of China
第六章 交通分析与评价 概述 道路通行能力与服务水平 HCM方法体系 高速公路交通运行评价方法 城市干道交通运行评价方法 信号交叉口交通运行评价方法 停车分析与评价 People’s Public Security University of China 2

3 概述 历史回顾 19世纪20年代, 通行能力研究开始 1950年, 第1版HCM问世，作为道路设施设计和分析指南
1965年, 由TRB组织修订第2版 1985年，第3版，汲取了20多年由 NCHRP和FHWA资助的研究成果 1994 年和1997年，第三版本修订 2000年，第4版，世纪版 2010年，第5版，网络版（hcm.trb.org）

4 道路通行能力与服务水平 通行能力（Capacity）
The capacity of a facility is the maximum hourly rate at which persons or vehicles reasonably can be expected to traverse a point or a uniform section of a lane or roadway during a given time period under prevailing roadway, traffic, and control conditions 道路设施的通行能力是指在通常道路、交通和控制条件下给定时间内能合理地期望人或车辆通过道路上的一点或均匀路段的最大小时流率 Continue……

5 Vehicle capacity there is no influence from downstream traffic operation, such as the backing up of traffic into the analysis point Person capacity the maximum number of persons that can pass a given point during a specified period under prevailing conditions, is commonly used to evaluate public transit services, high-occupancy vehicle lanes, and pedestrian facilities Prevailing conditions should be reasonably uniform for any section of facility analyzed. Any change in the prevailing conditions changes the capacity of the facility Continue……

6 Segments or points uniform segments are selected for uninterrupted flow and points for interrupted flow (e.g. signalized intersections) Reasonable expectancy the stated capacity for a given facility is a flow rate that can be achieved repeatedly for peak periods of sufficient demand. Stated capacity values can be achieved on facilities with similar characteristics throughout North America. Capacity is not the absolute maximum flow rate observed on such a facility. Driver characteristics vary from region to region, and the absolute maximum flow rate can vary from day to day and from location to location

7 通行能力的影响因素 道路条件 交通条件 车道数 设施类型 车道宽度 路肩宽度和侧向净空 设计车速 平纵断面 交叉口的专用左转车道
车辆组成：卡车、公交车、旅游车等大型车比例 方向分布：双车道公路 车道分布 Continue……

8 通行能力的影响因素 控制条件 环境条件 技术 控制方式：信号控制、停车或减速让行 信号控制：绿灯时间、信号周期等
交通管制：禁止路边停车、转向限制、车道使用限制、单行道等 环境条件 周边环境：街道化程度、商业化程度、横向干扰、非交通占道等 天气环境：风、雪、雨、雾等恶劣天气影响 技术 高速公路和连续流公路：车头时距缩短 信号控制：绿灯时间的有效分配 无信号交叉口：空当判断

9 服务水平（Level of service ，LOS）
The Level of service is a quality measure describing operational conditions within a traffic stream, generally in terms of such service measures as speed and travel time, freedom to maneuver, traffic interruptions, and comfort and convenience 服务水平是描述交通流运行状况的质量指标，通常以速度、行程时间、驾驶自由度、交通间断、舒适、方便等为评价指标

10 服务水平分级 Six LOS are defined for each type of facility that has analysis procedures available. Letters designate each level, from A to F, with LOS A representing the best operating conditions and LOS F the worst. Each level of service represents a range of operating conditions and the driver's perception of those conditions 服务水平分为A到F六个等级，A最好，F最差。 每级服务水平反映了一定运行状况范围和驾驶人对运行状况的感受

11 服务流率（Service flow rate）
The service flow rate is the maximum hourly rate at which persons or vehicles reasonably can be expected to traverse a point or uniform segment of a lane or roadway during a given period under prevailing roadway, traffic, and control conditions while maintaining a designated level of service 服务流率是指在通常道路、交通和控制条件下给定时间内能合理地期望人或车辆通过道路上的一点或均匀路段的能维持指定服务水平最大小时流率

12 性能指标（Performance measures）
性能指标反映了给定道路、交通和控制条件下的设施运行状态 高速公路的密度、主干道行程车速、交叉口延误、行人设施的步行速度都是描述某类设施的性能指标 服务指标（Service measures） 对于每类设施，通常指定一个或几个性能指标作为确定服务水平的主要性能指标，称之为服务指标或效果评价指标（MOE）

13 连续流设施的基本条件 车道宽度： 3.6m 侧向净空：1.8m 多车道公路畅行车速：100km/h 车辆构成：只有小客车 地形：平原 双车道公路：没有不准超车区 直行车流：交通控制或转向车流没有阻碍 最大通行能力可达到2400pcphpl (高速公路基本路段, FFS=120km/h, HCM2000)

14 交叉口进口的基本条件 车道宽：3.6m 平坡 进口处没有路上停车 交通流中只有小客车 没有公交车停在行车道 交叉口处于非中心商务区 没有行人 理想饱和流率为1900 pcphgpl (HCM2000)

15 HCM方法体系 HCM 高速公路 Freeways 公共交通设施 Transit 城市道路 Urban Streets 行人和自行车设施
Pedestrian Bicycle Facilities 一般公路 Highways 交通走廊 Corridor Analysis 区域分析 Areawide Analysis

16 城市道路（Urban streets）是指城市干道和支路，包括信号交叉口、无信号交叉口以及立交桥匝道终点。
Signalized Intersections 延误 Delay 无信号交叉口 Unsignalized Intersections 延误 Delay 城市道路 Urban Streets 速度 Speed 立交桥匝道终点 Interchange Ramp Terminals 延误 Delay 城市道路（Urban streets）是指城市干道和支路，包括信号交叉口、无信号交叉口以及立交桥匝道终点。 影响城市道路上车辆速度的因素主要有三方面：道路环境、车辆之间相互作用和交通控制。

17 高速公路（Freeways）是全部控制出入、具有单方向至少两个车道的汽车专用公路。高速公路提供连续交通流。
高速公路基本路段 Basic Freeway Segments 密度/速度 Density/Speed 高速公路交织段 Freeway Weaving 密度/速度 Density/Speed 匝道及连接处 Ramps and Ramp Junctions 密度/速度 Density/Speed 高速公路（Freeways）是全部控制出入、具有单方向至少两个车道的汽车专用公路。高速公路提供连续交通流。 出入高速公路限制在匝道地点。双向交通由中央隔离带分隔。

18 Percent Time Spent Following
一般公路 Highways 双车道公路 Two-lane Highways 速度/跟驶时间百分比 Speed Percent Time Spent Following 多车道公路 Multilane Highways 密度/速度 Density/Speed 双车道公路（Two-lane highway）中间没有物理隔离设施的双向两个车道的公路。在视距和对向交通流空当允许的情况下利用对向车道进行超车。 多车道公路（Multilane highways）限制速度在60-90km/h之间，通常有双向四车道或六车道。中间通常有物理隔离，但可以不实施物理隔离。

19 高速公路交通运行评价方法 高速公路基本路段 Freeway segments 评价步骤（Procedure）
What is the measure of LOS? Density How to compute the density of a segment? Density = flow rate / average speed How to compute flow rate? Flow rate = hourly volume / PHF How to determine average speed? Based on measured/estimated FFS and curves How to determine LOS? LOS criteria

20 流率-速度-密度关系曲线 Relationship between speed, flow and density D

21 畅行车速估计（Free-flow speed estimtion）
FFS = BFFS – fLW – fLC – fN – fID 式中 BFFS = 标准畅行车速, 110 km/h (城市道路) or 120 km/h (公路) fLW = 车道宽度修正系数 fLC = 侧向路肩宽度修正系数 fN = 车道数修正系数 fID = 立交桥密度修正系数

22 LOS评价标准（LOS criteria，HCM2000）
密度范围 (pc/km/ln) A 0-7 B >7-11 C >11-16 D >16-22 E >22-28 F >28

23 城市干道交通运行评价方法 评价步骤（Procedure） 城市干道 Urban Streets
Determining urban street class Based on direct field measurement of the FFS or on an assessment of the subject street’s functional and design categories Determining running time For each segment Determining delay Determining travel speed Segment / whole street Determining LOS LOS criteria

24 LOS评价标准（LOS criteria, HCM2000)
道路等级 I II III IV FFS范围 (km/h) 90 to 70 70 to 55 55 to 50 55 to 40 FFS典型值 80 65 55 45 LOS 平均行程车速 (km/h) A >72 >59 >50 >41 B >56-72 >46-59 >39-50 >32-41 C >40-56 >33-46 >28-39 >23-32 D >32-40 >26-33 >22-28 >18-23 E >26-32 >21-26 >17-22 >14-18 F ≤26 ≤21 ≤17 ≤14

25 信号交叉口交通运行评价方法 评价步骤（Procedure） 信号交叉口 Signalized Intersections
LOS criteria Control delay Input module Volume adjustment module Saturation flow adjustment module Capacity analysis module Level-of-service module 控制延误是由信号控制所引起的，包括减速、排队、停车、加速过程的总延误。

26 输入模块（Input module） 交叉口信息（Intersection identification）
流量和几何设计（Volume and geometrics） Volume = hourly volume (pcu/h) from survey 交通与道路状况（Traffic and roadway conditions） 信号相位和配时（Signal phasing）

27 流量修正模块（Volume adjustment module）
流向小时流量（Hourly volume in each movement） 流向流率（Flow rate in each movement） 车道分组（Lane grouping） 车道组流率（Flow rate in each lane group） 车道组左右转比例（Proportion of left turners and right turners in each lane group）

28 车道分组（Lane grouping）

29 饱和流率修正模块（Saturation flow adjustment module）
实测或估计（Measured or estimated） 理想饱和流率（Ideal saturation flow rate） 1900 pcphgpl (HCM2000) 修正因素（Modification factors） 车道宽度（Lane width） 重型车比例（Proportion of heavy vehicles） 坡度（Grade） 停车（Parking） 公交车影响（Bus blockage） 地区类型（Area type） 流向（Right or left turn movement）

30 通行能力分析模块（Capacity analysis module）
流率比（Flow ratios） 绿信比（Green time-cycle ratios） 车道组通行能力（Lane group capacities） 负荷比（Volume-capacity ratios） 关键车道组（Critical lane groups） 交叉口负荷比（Critical v/c ratio for the intersection）

31 服务水平模块（Level-of-service module）
控制延误（Control delay） 式中 d = 控制延误 (s/veh) d1 = 假设车辆均匀到达的固定延误项 PF = 考虑信号协调影响的固定延误项修正系数 d2 = 考虑随机到达和过饱和排队影响的增量延误项 d3 = 初始排队延误项 Continue……

32 固定延误项（Uniform delay component）
式中 d1 = 固定延误 (s/veh) C = 周期时长 (s) g = 车道组绿灯时间 (s) X = 车道组负荷比或饱和度 Continue……

33 增量延误项（Incremental delay component）
式中 d2 = 增量延误（s/veh） T = 分析时段（h） k = 与控制类型有关的增量延误（定时控制为0.5） I = 上游交叉口影响修正系数（孤立交叉口为1.0） c = 车道组通行能力（veh/h） Continue……

34 进口控制延误（Control delay for an approach）
式中 dA = 进口 A 控制延误（s/veh） di = 车道组 i 控制延误（s/veh） vi = 车道组 i 修正流率（veh/h） Continue……

35 交叉口控制延误（Control delay for the intersection）
式中 dI = 交叉口控制延误（s/veh） dA = 进口 A 控制延误（s/veh） vA = 进口 A 修正流率（veh/h）

36 LOS评价标准（LOS criteria, HCM2000）
控制延误 (s/veh) A 0-10 B >10-20 C >20-35 D >35-55 E >55-80 F >80

37 LOS是驾驶人对延误接受能力的评价指标。值得注意的是它是主观的：在大城市能接受的在小城市未必能接受
评价结果的解释 LOS is an indication of the general acceptability of delay to drivers. It should be noted that this is somewhat subjective: what might be acceptable in a large city is not necessarily acceptable in a smaller city or rural area LOS是驾驶人对延误接受能力的评价指标。值得注意的是它是主观的：在大城市能接受的在小城市未必能接受

38 当整个交叉口的延误水平可以接受但某些车道组不能接受的情况下 ，需要调整相位方案、绿灯时间分配以提高较差流向的通行效率
When delay levels are acceptable for the intersection as a whole but are unacceptable for certain lane groups, the phase plan, allocation of green time, or both might be examined to provide for more efficient handling of the disadvantaged movement or movements 当整个交叉口的延误水平可以接受但某些车道组不能接受的情况下 ，需要调整相位方案、绿灯时间分配以提高较差流向的通行效率 Continue……

39 When delay levels are unacceptable but v/c ratios are relatively low, the cycle length may be too long for prevailing conditions, the phase plan may be inefficient, or both. It should be noted, however, that when signals are part of a coordinated system, the cycle length at individual intersections is determined by system considerations, and alterations at isolated locations may not be practical 当延误水平不能接受但v/c比相对较低的情况下，往往是信号周期过长或相位方案不合理。值得注意的是当交叉口属于协调控制的一部分时，各交叉口的信号周期时长由系统决定，任何改变将是不可行的。 Continue……

40 When both delay levels and v/c ratios are unacceptable, the situation is critical. Delay is already high, and demand is near or over capacity. In such situations, the delay may increase rapidly with small changes in demand. The full range of potential geometric and signal design improvements should be considered in the search for improvements 当延误水平和v/c比均不可能接受的情况下，问题比较严重。此时延误已经很大，交通需求接近或超过通行能力。这种情况下需求的微小变化都会引起延误的快速增加。需要寻求几何设计和信号设计等全方位的改进方案。

41 提高信号交叉口通行能力的措施 增加进口车道数（缩窄车道宽度） 停止线提前，缩短通过交叉口时间 缩小交叉口面积 车种禁行（大型车等）
改善交叉口交通秩序，减少干扰因素 机非隔离、时空分离 取缔路边停车、路边摆摊等 优化信号周期、相位和配时 采取自适应控制方法 禁止左转，左转车绕行

42 停车分析与评价 基本概念 停车目的：车辆停放后参与何种活动 停车时间：车辆实际停放时间间隔。很大程度上受停车目的影响
停车时间（空间）密度：停车吸引量（累计停放量）随时间的变化规律（或在空间上的分布规律） 停车吸引指数：任意时刻的停车场利用率，是某时段停放车辆数与停车场总车位数之比 停车泊位周转率：在调查时段（一天或某一时段）内利用某车位停车的辆数，为实际总停放车辆数与总停车泊位之比 步行距离：存车后步行到达目的地的距离，停车者容许距离一般为 m，最大步行距离 m 停车发生量：单位时间内单位面积的平均停车需求量。停车发生量因土地利用性质不同而不同。

43 停车调查 停车分析与评价 调查目的：确定停车需求量；掌握停车特性
调查内容：停车场位置、类型、面积、步行距离、车位数量、停车方式、停车管理与收费、营业时间；实际停车数量、停车泊位周转率、停车时间、停车管理现状等 调查方法：连续式、间断式、询问式（主观）、流动式、航空摄影（路内） 停车分析与评价 停车特性分析：分析区域内的停车特性 停车现状评价：评价区域内的停车需求-供给现状