理论教育 交通工程学:交通量的表达式

交通工程学:交通量的表达式

时间:2023-08-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:一般来说,交通量有日交通量、小时交通量和不足1 h的交通量几种表达方式。AAWT可用一年中总的工作日交通量除以全年的工作日总数得到。平均日交通量只在测定它的那个时间周期内有效。K又称设计小时交通量系数,在某些道路的设计中,K常常使用第30位小时交通量与年平均日交通量的比值,即第30位小时交通量系数。

交通工程学:交通量的表达式

交通量的概念来看,指定的单位时间不同,交通量的数值是不同的。一般来说,交通量有日交通量、小时交通量和不足1 h的交通量几种表达方式

1. 日交通量

日交通量是以一天为计量单位的交通量,单位为辆/d,在交通流的宏观分析中,通常以所观测到的日交通量为基础。以下是四种广泛应用的日交通量参数。

1)年平均日交通量

年平均日交通量(Average Annual Day Traffic,AADT)是指在一年中,在指定地点观测的交通量总和除以一年的总天数,所得的平均值。

式中:Qi——观测期内第i天通过指定地点的交通量(辆/d)。

2)年平均工作日交通量

年平均工作日交通量(Average Annual Weekday Traffic,AAWT)是指在全年所有的工作日内,在指定地点的平均每日交通量。AADT是将工作日和非工作日的交通量加在一起平均所得的交通量,AADT和AAWT二者存在很大的差异,AADT并不能体现工作日交通量的特点,所以有必要提出AAWT这一指标。AAWT可用一年中总的工作日交通量除以全年的工作日总数得到。

3)平均日交通量

平均日交通量(Average Date Traffic,ADT)是指在少于一年的某个时间段内,在指定地点的平均每日交通量。

式中:Qi——观测期内第i天通过指定地点的交通量(辆/d);

n——计算时间段的天数。

平均日交通量可用半年、一个季度、一个月、一周或几天作为一个时间周期来测定,并可由此定义月平均日交通量(MADT)、周平均日交通量(WADT)等概念。平均日交通量只在测定它的那个时间周期内有效。

4)平均工作日交通量

平均工作日交通量是指在少于一年的某个时间周期内(一个季度、一个月或一周),在指定地点所有工作日的总交通量除以工作日天数。

上述交通量指标可以反映道路交通设施的特点。例如,在相同观测时间内,如果平均日交通量明显高于平均工作日交通量,则说明是周末交通量增大所致,即该交通设施主要为周末或假日旅游交通流服务。

2. 小时交通量

日交通量在道路规划中有一定参考价值,但它不能单独作为道路设计、计算和分析的依据。如果将观测交通量的时间间隔缩短,则可以更加具体地反映观测断面的交通量变化情况。因此,在工程实践中,通常以小时交通量为依据,即以1 h为计量单位的交通量,单位为辆/h。

1)高峰小时交通量

在一天的24 h内,小时交通量的差异很大,最大交通量常发生在早晚上下班拥挤时刻。一天内的高峰期间连续60 min的最大交通量称为高峰小时交通量,单位为辆/h。高峰小时交通量通常是单向的,即上行和下行两个方向的交通量要分别统计。在道路设计时,必须考虑和满足最大交通流方向上的高峰小时交通量;在运营情况分析中,应知道高峰小时交通量的存在条件,即它是由哪些环境因素引起的。因此,高峰小时交通量常作为道路设计及分析计算各种指标的基础。

2)第30位高峰小时交通量

将一年中8 760 h交通量的观测值依大小顺序排列,排在第30位的小时交通量称为第30位高峰小时交通量。如图3-1所示,第30位高峰小时大约在曲线的转弯部分。曲线的斜率在这里从较陡(高高峰小时)过渡到相对平稳(低高峰小时)。曲线较陡部分的高峰小时,在一年内出现的次数很少,为满足这些极少出现的交通量而大量增加设施是很不经济的。在曲线相对平稳处,曲线的斜度较小,基本代表了一年中大多数高峰小时的交通量,因此,常常把第30位高峰小时交通量作为设计小时交通量,用于道路设施的规划与设计。实际上,第30位高峰小时交通量是指年度高峰小时交通量排序曲线上处于由陡到缓的弯曲点的高峰小时交通量,由于各地条件的差异和同一地区不同时期交通状况的变化,该弯曲点不一定在第30位,确定这一交通量时应因地、因时制宜。

图3-1 年度高峰小时交通量排序曲线

3)设计小时交通量

在道路设施的规划设计中,必须考虑应满足绝大多数最大交通流方向上的高峰小时交通量,同时要避免建成后大多数时间车流量很低造成资源浪费、投资效益低。因此,有必要选择一个适当的小时交通量作为道路规划设计的依据,这就是设计小时交通量(Directional Design Hour Volume,DDHV)。一般来说,设计小时交通量可由式(3-3)计算:

式中:DDHV——具有方向性的单向设计小时交通量(辆/h);

AADT——年平均日交通量(辆/d);(www.daowen.com)

K——高峰小时交通量占日交通量的比例(%);

KD——方向分布系数。

K又称设计小时交通量系数,在某些道路的设计中,K常常使用第30位小时交通量与年平均日交通量的比值,即第30位小时交通量系数。K和KD这两个系数与道路所在的地区和设施的类型有关,一般来说,K随着道路周围地区人口密度的增加而减少。KD的变化由交通量的方向分布特性决定,关于交通量的方向分布将在3.2.4节中介绍。

研究表明,K值较为稳定。国外不同地区、不同道路级别的K值为12%~18%。我国20世纪80年代开始进行大量观测统计,干线公路的观测值K为11%~15%,平均为13.3%。

如果已经知道预测交通量、设计通行能力和设计小时交通量,则可简单地计算道路车道数量和路幅宽度,即

式中:n——车道数;

C1——单车道的设计通行能力(辆/h);

W——路幅宽度(m);

W1——1条车道宽度(m)。

3. 不足1 h的交通量和流率

在交通设施的设计和分析中,小时交通量是一项基本指标。但是,研究在给定的1 h内交通流的变化情况也是很有意义的,因为交通流特性常与短期内交通流的波动有关。

一个交通设施也许有足够的容量去满足高峰小时的需求,但在高峰小时内,短期的流量高峰可能超过道路的容量,从而引起阻塞。例如,在某个高峰小时中一个15 min内观测所得的交通量是1 200辆,相应的交通流率是4 800辆/h,虽然在该小时内可能只观测到4 200辆车,但在这个15 min内,车辆却是以4 800辆/h的交通流率到达的。这种短期的波动对于此期间内交通流的运行状态是十分重要的。如果所观测的交通设施有4 200辆/h的容量,那么在上述的15 min时间内,需求将超过容量,必然发生车辆阻塞。从阻塞到恢复正常这一过程是很复杂的,它常常会引发一些比阻塞过程本身更为严重的情况。因此,对通行能力分析来说,在高峰小时内考虑最大交通流率是十分必要的。

在进行交通分析时,常将高峰小时划分成较短的时段,以显示各个时段交通流的变化特征。但是,对于采用多长时间作为观测的最小时间间隔并没有统一的标准。时间间隔过短,交通流率的变化规律不稳定,很难看出它与小时交通量的联系;时间间隔过长,又极易与小时交通量重合。因此,一般在路段交通量分析时采用5 min作为最小时间间隔,在交叉口交通量分析时采用15 min作为最小时间间隔。最小时间间隔的交通流率与该小时的全部交通流量的关系用高峰小时系数(Peak Hour Factor,PHF)表示。高峰小时内的小时交通量与最大流率的比值,称为高峰小时系数。它的表达式为

对于用15 min作为时间区间而言,当每个15 min的交通量相等时,PHF达到最大值1.00;当整个小时内的交通量集中在一个15 min区间内发生时,PHF的最小值为0.25。一般来说,PHF的范围为0.70~0.98。较低的PHF意味着流量变化较大。

PHF反映了交通量变化的特性,它可以作为一个常数应用到城市道路系统和公路系统实际问题的分析中。当已知PHF时,也可以用它把高峰小时交通量转变为高峰小时最大交通流率:

式中:v——高峰小时交通流率;

PHF——高峰小时系数;

V——高峰小时交通量。

【例3-1】 某检测站得到各连续5 min时段的交通量统计表,如表3-2所示,高峰小时交通量为1 414辆/h,计算5 min、10 min及15 min的高峰小时系数。

表3-2 连续5 min时段的交通量统计表

【解】由表3-2可知8:45~8:50是最高5 min,故

最高10 min流量为8:40~8:50,故

最高15 min流量为8:45~9:00,故

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