道路通行能力也称道路容量,是指道路的某一断面在单位时间内所能通过的最大车辆数。道路通行能力是道路的一种性能,是度量道路疏导车辆能力的指标。当道路上的交通量接近道路的通行能力时,就会出现交通拥挤现象。这时所有车辆按同一车速列队行进,一旦发生干扰,很容易造成交通阻塞;当道路上的交通量小于道路的通行能力时,驾驶员驱车前进就有一定的自由度,有变换车速和超车的机会。进行通行能力分析的主要目的是估算在规定的运行条件下设施的交通负荷能力,求得在不同运行质量下单位时间所能通行的最大交通量,为分析和改进现有设施并为规划和设计待建设施提供了依据。
1. 基本概念
通行能力是假定具有良好的气候条件和路面条件下的最大通过能力。交通设施的通行能力是指在一定的时段和通常的道路、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。通行能力一般以veh/h(辆/小时)、pcu/h(当量标准小客车/小时)表示,基本单位是pcu/(h·ln)(当量标准小客车/小时/车道)。
(1)通行能力与交通量。通行能力与交通量存在相同之处,它们都是指单位时间内通过道路某断面的交通实体数量,表示的单位和方法相同,但是,二者之间有着本质的区别。
交通量是指单位时间内,道路上实际通过的交通实体的观测值,其数值具有动态性与随机性;通行能力是在已知的道路设施和规定的运行质量条件下,单位时间内所能适应的最大交通量,其数值具有相对的稳定性。在正常运行状况下,道路的交通量均小于通行能力。当交通量远远小于通行能力时,车流为自由流状态,车速高,驾驶自由度大,驾驶员可以随意变更车速,实现超车;随着交通量的增加,车流的运行状态逐渐恶化,当交通量接近或等于通行能力时,车流为强制流状态,车辆行驶自由度降低,将会出现交通拥挤、阻塞等现象。由此可见,在交通流状态分析中,交通量和通行能力二者缺一不可,通行能力反映了道路的容量(服务能力),交通量反映了道路的负荷量(交通需求)。因此,常用交通量与通行能力的比值来表征道路的负荷程度(或利用率、饱和度)。
(2)交通量和交通流率。对交通量而言,时间计算单位越大,交通量不均匀性越不明显,越不能很好地反映交通量与运行质量之间的关系。例如,以1 h为单位统计的交通量变化,就不能反映15 min的交通量变化情况。通常,以“小时”为单位来计算通行能力和设计交通量。对通行能力的研究,通常采用“15 min”的分析时段,这样能更清楚地表达交通高峰对道路运行状况的影响。
2. 通行能力的影响因素
道路通行能力的影响因素主要有道路条件、交通条件、管制条件、环境和气候条件及规定的运行条件等。运行条件不同,要求通行质量不同,其通行能力自然不同。因此,通行能力不是一个固定的数值,而是在一定客观条件和主观要求下的一个相应范围。
(1)道路条件是指交通设施类型、车道宽度、车道数、侧向净空、附加车道、几何线形、视距、坡度和设计车速等因素。
(2)交通条件是指车流中的车辆组成、车道分布、方向分布等因素。
(3)管制条件是指交通法规、控制方式、管理措施等。对于信号控制交叉口,信号相位、绿信比、周期长短、进口车道数及车道划分等都是影响通行能力的主要因素。
(4)环境条件是指街道化程度、商业化程度、横向干扰、非交通占道、公交车站和停车位置等因素。
(5)气候条件是指风、雨、雪、雾、沙尘暴等对通行能力产生影响的天气因素。
规定的运行条件主要是指计算通行能力的限制条件,这些限制条件通常根据速度和行程时间、驾驶自由度、舒适和方便性及安全性等因素来规定。其运行标准是针对不同的交通设施用服务水平来定义的。
另外,道路周围的地形、地物、景观、驾驶员技术等对道路通行能力有一定的影响。
3. 通行能力的分类
根据道路设施和交通实体的不同,通行能力可分为机动车道路通行能力、非机动车道通行能力和人行道通行能力;按其研究对象不同,通行能力可划分为城市干道通行能力、高速公路通行能力、双车道和多车道公路干道通行能力、信号交叉口通行能力等。
根据通行能力的作用性质和使用要求的不同,通行能力可分为基本通行能力、可能通行能力和设计通行能力三种。
基本通行能力是指在一定的时段,理想的道路、交通、控制及环境条件下,道路的一条车道或一均匀段上或某一交叉点能通过人或车辆的最大小时流率。这是一种理想状态下的通行能力,实际上很难实现或不可能达到。
可能通行能力是指在一定的时段,在具体的道路、交通、控制及环境条件下,道路的一条车道或一均匀段上或某一交叉点能通过人或车辆的最大小时流率。可能通行能力根据道路和交通实际情况,对理想条件进行修正,根据这些修正系数乘以基本通行能力数值得出,是指道路所能承担的实际最大交通量。这些修正系数包括车道宽度修正系数、侧向净宽修正系数、纵坡修正系数、视距修正系数、沿途条件修正系数等。
设计通行能力是指在一定的时段,在具体的道路、交通、控制及环境条件下,一条车道或一均匀段上或某一交叉点对应服务水平的通行能力。其主要用作道路交通规划和设计的依据。
需要进行通行能力和服务水平分析的道路及其组成部分包括:
(1)高速公路的基本路段。
(2)多车道公路路段。(www.daowen.com)
(3)双车道公路路段。
(4)匝道,包括匝道-主线连接部分。
(5)交织区。
(6)信号控制的平面交叉口。
(7)无信号控制的平面交叉口。
(8)城市干道及近郊干线道路。
4. 车型分类及车辆折算系数
(1)车辆折算系数(也称车辆换算系数)。我国公路混合交通现象十分常见。在一般公路上,机动车行驶受拖拉机等慢速车辆及自行车、行人等非机动车的干扰;在高速公路上,实际运行的车辆种类、交通构成也远比西方发达国家复杂。对于通行能力分析而言,车型分类的目的就是把在混有多种车型交通流中运行特征相似的车辆归为一类,以便确定各类运行车辆对标准车交通量的不同影响,让不同交通组成的交通流能够在同样的尺度下进行分析,使它们之间具有可比性。
在分析计算通行能力和服务水平时,需要将标准汽车交通量与实际或预计的交通组成中各类车辆交通量进行换算,从而将总交通量中各类车辆交通量换算成标准车型交通量。
车辆换算系数就是在特定的公路、交通组成条件下,所有非标准车相当于标准车(小客车)对交通流影响的当量值。我国现行《公路工程技术标准》(JTG B01—2014)中,汽车代表车型和车辆换算系数规定如表6-1所示。
表6-1 汽车代表车型和车辆换算系数规定
由于车辆的运行特征在不同道路设施上存在差异,因此车型分类在高速公路、一般公路和交叉口上有所不同,用于通行能力分析的一般公路路段和高速公路路段的换算系数推荐值如表6-2和表6-3所示,可以在具体情况下参考选用。
表6-2 我国一般公路路段的车辆换算系数
注:V/C是在理想条件下,最大服务交通量与基本通行能力之比,基本通行能力是四级服务水平上半段的最大服务交通量
表6-3 我国高速公路路段的车辆换算系数
(2)换算交通量。换算交通量也称当量交通量,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。其计算式为
式中:Ve——当量交通量;
V——未经换算的总交通量(辆);
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。
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