道路交通第2章 道路交通基本知识2.docx
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道路交通第2章道路交通基本知识2
第2章城市道路交通基本知识
2.1城市道路基本知识
2.1.1城市道路类型
道路是供各种车辆和行人等通行的工程设施。
按其使用范围分为公路、城市道路、厂矿道路、林区道路及乡村道路等。
城市道路是指在城市范围内，供车辆及行人通行的具备一定技术条件和设施的道路。
城市道路是城市中组织生产、安排生活所必需的车辆、行人交通往来的道路；是连接城市各个组成部分：
包括城市中心区、工业区、生活居住区、对外交通枢纽以及文化教育、风景游览、体育活动场所等，并与郊区公路相贯通的交通枢纽。
城市道路不仅是组织城市交通运输的基础；而且是布置城市公用管线、街道绿化、组织沿街建筑和划分街坊的基础；并在一定程度上影响城市沿街建筑的日照、通风和建筑艺术。
因此城市道路是城市市政设施的组成部分。
按照道路在道路网中的地位、交通功能以及对沿线建筑物的服务功能等，城市道路分为四类：
一、快速路
快速路应为城市中大量、长距离、快速交通服务。
快速路对向车行道之间应设中间分车带，其进出口应采用全控制或部分控制。
快速路两侧不应设置吸引大量车流、人流的公共建筑物的进出口。
两侧一般建筑物的进出口应加以控制。
二、主干路
主干路应为连接城市各主要分区的干路，以交通功能为主。
自行车交通量大时，宜采用机动车与非机动车分隔形式，如三幅路或四幅路。
主干路两侧不应设置吸引大量车流、人流的公共建筑物的进出口。
三、次干路
次干路应与主干路结合组成道路网，起集散交通的作用，兼有服务功能。
四、支路
支路应为次干路与街坊路的连接线，解决局部地区交通，以服务功能为主。
2.1.2城市道路设计原则
城市道路规划设计的内容包括：
路线设计、交叉口设计、道路附属设施设计、路面设计和交通管理设施设计等五个部分。
其中道路选线、道路断面组合、道路交叉口选型等都是城市总体规划和详细规划的重要内容。
城市规划工作者必须掌握城市道路设计的基本知识和技能。
城市道路设计应本着以下原则进行：
一、城市道路的设计必须在城市规划、特别是土地利用规划和道路系统规划的指导下进行；
二、要求在经济、合理的条件下，考虑道路建设的远近结合、分期发展，避免不符合规划的临时性建设；
三、要综合考虑道路的平面线形、纵断面线形、横断面布置、道路交叉口、各种道路附属设施、路面类型，满足行人及各种车辆行驶的技术要求；
四、设计时应同时兼顾道路两侧城市用地、房屋建筑和各种工程管线设施的高程及功能要求，与周围环境协调，创造好的街道景观；
五、合理使用各项技术标准，尽可能采用较高的线形技术标准，除特殊情况外，应避免采用极限标准。
2.1.3道路的功能
道路具有交通、形成城市结构、公共空间、防灾和繁荣经济等方面的功能。
道路是交通的基础，是社会、经济活动所产生的人流和物流的运输载体，负担着城市内部和城际之间交通中转、集散的功能。
在改善投资环境的形势下，要求有一个安全、方便、通畅和舒适的交通运输体系，在发生火灾、水灾、地震和空袭等自然灾害或紧急情况时，能提供疏散和避险的通道与空间。
道路是国土结构的骨架，城市道路则是城市建设的基础，城市各类建筑依据道路的走向布置而反映城市的风貌，所以城市道路是划分街坊、形成城市结构的骨架。
道路作为公共空间不仅为交通体系提供了空间，且能保证日照、通风，提供绿化、管线布置的场地，为地面排水提供条件。
各种构筑物的使用效益，有赖于道路先行来实现。
在道路建设过程中，各项基础设施得以同步进行，随着道路的建成可使土地与开发得以迅速发展，经济得以繁荣，所以健全的道路系统能促进经济发展，方便生活。
道路是经济建设的先行设施。
它对商品流通、发展经济、巩固国防、建设边疆、开发山区和旅游事业的发展等方面都有巨大的作用。
2.2交通流的特征
2.2.1交通流的概念
2.2.1.1交通流
凡在道路上通行的车辆和行人都有像气体和液体那样流动的特点，如流量、速度和密度等性质，因此，将在道路上通行的车流和人流统称为交通流。
交通流必须具备两个条件：
一是在道路上，二是在通行中。
2.2.1.2交通流的分类
按交通流种不同成分可分为车流、人流以及混合交通流。
按交通流输送的对象可分为客流和货流。
按交通设施对交通流的影响分为连续流和间断流。
按交通流的交汇流向可分为交叉、合流、分流和交织流。
按交通流内部的运行条件及其对驾驶员和乘客产生的感受可分为自由流、稳定流、不稳定流和强制流。
2.2.1.3连续流和间断流
连续流和间断流主要是以交通设施类型对交通流性质的影响区分。
一、连续流
这种交通流没有象交通信号那样在交通流外部引起交通流中断的固定因素的影响。
交通流状况主要是车辆与车辆之间以及车辆与道路线形、道路环境之间相互影响的结果。
二、间断流
这种交通流有引起交通流周期性间断的固定因素的影响。
引起交通间断的固定因素有交通信号、通车标志和其他类型的管制设备。
不论交通量大小如何，这些设备都会引起交通周期性停止或车速显著减慢。
2.2.1.4交汇交通流
交汇交通流是指行驶在不同车道上的两股或多股交通流交汇运动的状态，其中分为：
一、借助交通信号或其他管制设施进行的交叉
二不借助交通信号或其他管制设施进行的合流、分流和交织。
合流是指两条分离的车道交通合并为一条车道的一种流向；分流则为有一条车道交通流分成两个分离车道上的车流流向；交织是指行驶方向相同的两股或多股交通流，沿着相当长的路段，通过驾驶改换车道使交通流彼此穿插对方路径进行的交叉运行。
2.2.1.5交通流特性与参数
行驶在道路上的各种车辆，由于出行目的不同、车型不同、行驶路线各异，其运行状态随道路条件、交通环境和驾驶员特点而有不同变化。
尽管这种变化非常复杂，但通过大量观测分析，各种交通运行状态是具有一定特征性倾向的。
交通流运行状态的定性定量特征即称为交通流特性。
用以描述和反映交通流特性的一些物理量称为交通流参数。
通常描述交通流特性有三大参数：
交通量（流量）、速度和密度。
此外还有用车头间距、车头时距、车道占有率等作为参数来描述行驶车辆在道路上分布的密集特征。
2.2.2机动车交通特征
2.2.2.1交通量、行车速度和车流密度的定义
一、交通量
交通量
是指单位时间内通过道路某一地点或某一断面的车辆数量或行人数量。
前者称车流量，后者称人流量。
道路车流量是指在单位时间段内，通过道路某一断面或某一条车道的车辆数。
按车辆类型可分为：
机动车交通量和非机动车交通量，且常指来往两个方向的车辆数。
交通量是一个随机数，随不同时辰、不同地点而变，但其变化的现象在时空分布上具有很明显的特征。
研究或观察交通量的变化规律，对于进行交通规划、交通管理、交通设施的规划、设计方案比较和经济分析，以及交通控制与安全，均具有重要意义。
在分析计算交通量时，对交通体如不加具体说明，一般是指机动车的流量，对不同计量的时间，有不同的表达方式。
由于交通量时刻在变化着，且统计得到的结果是混合各种车辆的交通量，为计算交通量，常将各种车辆换算成同一种标准小汽车，称为当量小汽车（pcu）（车辆的换算系数可参见《城市道路设计规范》），并取某一时段内的平均值作为该时间段的代表交通量。
（pcu/单位时间）2-2-1
式中：
Qi各规定时间段（分钟、小时、日）内的交通量总和；
n统计时间内（小时、日、年）的各规定时间段的个数。
根据统计时间段类型的不同可分为日交通量、小时交通量和时段交通量（不足一小时的统计时间）。
（一）平均日交通量
平均日交通量依其统计时间的不同又可分为年平均日、月平均日和周平均日交通量，年平均日交通量在城市道路设计中是一项极其重要的控制性指标，用作道路交通设施规划、设计、管理等的依据，是确定车行道宽度、人行道宽度和道路横断面的主要依据。
（pcu/d）2-2-2
城市道路上的交通量有明显的高峰现象。
一定时间内（通常指一日或上午、下午）出现的最大小时交通量成为高峰小时交通量。
（二）小时交通量
将观测统计交通量的时间间隔缩短，能更加具体反映观测断面的交通量变化情况。
因此，常用到以下概念：
小时交通量——是指一小时内通过观测站的车辆数；
高峰小时交通量——是指一天内的车流高峰期间连续60min的最大交通量。
设计交通量——作为道路规划和设计依据的交通量，成为设计交通量。
一般取一年的第30小时交通量作为设计交通量。
即将一年中8760小时的交通量按大小次序排列，从大到小序号第30位的那个小时交通量。
（三）时段交通量（流率）
对不足一小时的时间间隔内观测到的交通量换算为一小时的车辆数成为当量小时流率，或简称流率。
计算市为：
流率=
分钟内观测到的车辆数
（pcu/h）2-2-3
式中
——观测时间，一般取用5min、15min。
一天中工作上下班前后有早高峰和晚高峰，通常以早高峰为最大，时间最集中，晚高峰次之，但持续时间长，中午的峰值较小。
在调查道路断面交通量时，常取5分钟为一个计量时段，统计高峰小时或一天的交通量。
根据国内一些城市的交通调查，高峰小时中最大连续15min的交通量约占高峰小时交通量的1/3左右。
一天中高峰小时的交通量约占全天交通量的1/6左右。
其具体数值应通过交通调查得到。
（四）交通量的换算
统计交通量所得的结果是混合交通量。
为计算交通量，应将各种车种在一定的道路条件下的时间和空间占有率进行换算，从而得出各种车辆间的换算系数，将各种车辆换算为单一车种，称为当量交通量（pcu）。
国外多以小型车为标准换算车辆。
我国高速公路、一级公路至四级公路和城市道路均以小型车为标准换算车辆，换算系数见表2-2-1。
城市道路各种车辆对标准车的换算系数表2-2-1
位置
车型
路段
环形平交
设信号平交
小型车
1.0
1.0
1.0
中型车
1.5
1.4
1.6
大型货车、公共汽车
1.5
1.5
1.6
拖挂车、铰接车、大货车
2.0
2.0
2.5
摩托车
0.5
0.5
0.5
自行车
0.2
0.2
0.2
（五）交通量调查
就某一具体的交通量调查而言，收集哪类数据，取决于调查资料的用途。
一般有以下几种情况。
1．不分流向调查
用于研究日交通量、绘制交通流量图、确定交通量趋势等。
2．分流向调查
用于分析通行能力、确定信号灯配时、为实行交通管理措施提供依据、制定道路改造规划、获得圈定范围内的车辆总数等。
3．转向调查或交叉口调查
用于交通渠化设计、制定禁止转向措施、计算通行能力、分析多发事故交叉口、评价交通拥挤等。
4．分车种调查
用于确定结构设计和几何设计标准、预估从道路使用者处获得的年收益，计算通行能力（受货运车辆影响的）、确定机械计数法的修正系数等。
5．车辆占有调查
用于确定每车乘客数的分布、某一区域内的累计人数、使用运输设施的人所占的比例等。
6．行人交通调查
用于估算步行道和人行横道的需求量，为设置行人过街信号灯提供依据，确定交通信号配时等。
7．境界出入调查
在圈定的区域（中心商业区、购物中心、工业区等）的境界上进行交通量调查。
用于统计在一定时间内进入和离开该区域的车辆和（或）人员的数量，得到该调查区域内聚集的车辆或人员的总数。
8．分隔查核线调查
在穿过分隔核查线的所有道路上进行的分车种交通量调查。
用于确定交通趋势、扩充城市出行数据、进行交通分配等。
（五）交通量计数方法
交通量技术调查的测记方法主要取决于所能获得的设备、经费和技术条件、调查的目的以及要求提供的资料情况等。
一般有人工计数法、浮动车法、机械计数法、录像法。
1．人工计数法
由一人或几人在指定的地点和规定的观测时间内记录下通过观测点的车辆数、累计时间及分段时间（5min、10min）的累计交通量。
使用的工具除必要的计时器外，一般还需要手动计数器和其他记录用的记录板、纸和笔。
人工计数法适用于任何地点、任何情况的交通量调查，机动灵活，易于掌握，精度较高。
但是调查员需要进行培训，加强职业道德和组织纪律性教育，并具有良好的责任心。
一般适用于：
转向交通量调查；分车种交通量调查；车辆占用调查；行人交通量调查；高速公路的交通量调查。
2．浮动车法
此法是由英国道路研究试验所的沃尔卓普（Wardrop）等人提出的方法，可同时获得某一路段的交通量、行驶时间和行车速度，是一种较好的交通综合调查方法。
该方法需要一辆测试车，车中一人记录与测试车对向开来的车辆数，一人记录与测试车同向行驶的车辆中，被测试车超越的车辆数和超越测试车的车辆数，另一人报告和记录时间及停驶时间。
行程距离应已知或有里程读取，或向有关单位获取。
整个调查过程，测试车一般需测调查路线往返行驶12～16次（即6～8个来回）。
测试车行驶时应尽可能接近观测车流的平均速度，当交通量很小时，则应接近调查路段的限制车速。
对于多车道路段，最好变换车道行驶，并尽可能使超车次数、被超车次数大致相等。
3．机械计数法
根据调查的要求，可以选择所需的自动机械技术装置，进行连续性调查，可以得到一天24h交通量、一个月或一年的累计交通量等各种数据。
自动机械计数装置一般由车辆检测器（传感器）和计数器两部分组成。
这种装置可以节省大量人力，使用方便，可以同时进行范围广泛的调查，精度也较高，特别适用于长期连续性交通量的调查。
但是这类装置也存在着一些不足，如一次性投资大，使用率往往不太高，特别是对调查项目的适应性较差，它们大部分无法区分车辆类型、车辆分流流向，对于行人交通量和自行车（非机动车）交通量调查往往无能为力。
4．录像法
目前常利用录像机（摄像机、电影摄影机或照相机）作为高级的便携式记录设备。
可以通过一定时间的连续图像给初定时间间隔的或实际上连续的交通流详细资料。
这种方法的优点是现场人员较少，资料可长期反复使用，比较直观，可以获得较全面的交通资料。
缺点是费用比较高，整理资料花费人工多。
目前多用于研究工作的调查中。
这种方法适合于街道交叉口的交通情况分析，一般将摄影安装在交叉口附近的制高点上,镜头对准交叉口，按一定的时间间隔（如30s、40s或60s）自动拍摄一次或连续摄像或摄影。
二、行车速度
速度
的一般定义是指车辆或行人在单位时间内行驶或通过的距离。
车速是泛指各种车辆的速度，是单位时间t内行驶的距离s。
按s和t的取值不同，可定义为各种不同的车速。
（一）地点车速
它是车辆通过某一地点断面时的瞬时车速，用作道路交通管理和规划设计时参考用。
（二）行驶车速
它是指驶过某一区间距离与所需时间（不包括停车时间）求得的车速，用于评价该路段的线形顺适性和通行能力分析，也可用于进行道路使用者的成本效益分析。
（三）行程车速
它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。
（四）设计车速
道路几何设计所依据的车速，称为计算行车速度，也称设计车速。
它是指在气候良好、交通密度低的条件下，一般驾驶员在路段上能保持安全、舒适行驶的最大速度。
汽车在道路上以一定车速行驶，除了车辆本身要有良好的性能外，还要求道路提供相应的技术保证。
例如车行道的宽度、道路的平面线型及纵坡是否平缓、道路的几何形状乃至路面质量等均与行驶速度有关。
行驶速度不同，对道路的要求亦不相同，因此道路设计前所确定的计算行车速度是道路设计的一项重要依据。
否则，道路建成后，汽车在道路上以最高速度行驶，也会被上述各项几何要素所限制。
我国国家标准《城市道路交通规划设计规范》对大、中、小城市道路网规划的机动车设计车速规定见表2-2-1。
大、中、小城市道路网规划的机动车设计车速（km/h）表2-2-1
城市规模
快速路
主干路
次干路
支路
大城市
＞200万人
80
60
40
30
50~200万人
60～80
40～60
40
30
中等城市
----
40
40
30
小城市
----
干路40
20
我国建设部行业标准《城市道路设计规范》对大、中、小城市各级道路的机动车计算车速的规定见表2-2-2。
各类各级道路计算行车速度（单位：
km/h）表2-2-2
道路类型
快速路
主干路
次干路
支路
道路级别
—
I
II
III
I
II
III
I
II
III
计算行车速度
60,80
50,60
40,50
30,40
40,50
30,40
20,30
30,40
20,30
20
注：
大城市道路采用I级标准，中等城市采用II级标准，小城市采用III级标准，条件许可，宜采用大值。
车辆在行驶时若经常变换排档，改变车速，将导致燃料和时间的额外消耗，机件和轮胎的磨损加剧，驾驶员也倍感疲劳。
因此同一条道路上的计算行车速度应该一致，以使车辆状态较稳定。
不同设计车速的道路衔接处，应设过渡段。
过渡段的最小长度应能满足行车速度变化的要求，其变更位置应选择在容易识别的地点，如道路交叉口、匝道、道路出入口等，并设置相应的交通标志。
以上几种车速代表了不同的作用。
地点车速是经过理论分析推算所得的车速；设计车速是道路几何设计的计算所依据所制定的车速；行驶车速是车辆在道路上实际行驶的车速。
行车速度既是道路规划设计中的一项重要控制指标，又是车辆运营效率的一项主要评价指标，对于运输经济、安全、迅捷、舒适具有重要意义。
了解和掌握各类道路上行车速度及其变化规律，是正确进行道路网规划、设计和车辆运营、管理的基础。
三、车流密度
密度
是指在某一瞬时内单位道路面积上分布的车辆数或行人数量。
车流密度是指在某一瞬时内一条车道的单位长度上分布的车辆数，它表示车辆分布的密集程度，其单位为pcu／km，于是有：
（pcu/km）2-2-4
式中：
K车流密度（pcu/km）；
N单车道路段内的车辆数（pcu）；
L路段长度（km）。
道路上车头间隔也反映车流密度。
车头间隔常用车头间距与车头时距两种方式表示
（一）车头间距
在同向行驶的车流中，前后相邻两辆车的车头之间的距离称为车头间距。
观测路段上所有车辆的车头间距平均值，成为平均车头间距。
平均车头间距
（m/pcu）与密度
（pcu/km）之间的关系为
（m/pcu）2-2-5
（二）车头时距
在同向行驶的车流中，前后相邻两辆车驶过道路某一断面的时间间隔称为车头时距。
观测道路上所有车辆的车头时距的平均值为平均车头时距。
平均车头时距
（s/pcu）与交通量之间的关系为
（s/pcu）2-2-6
2.2.2.2交通量、行车速度和车流密度之间的关系
一、基本关系
在一条车道上，交通量
、行车速度
、车流密度
是表征交通流特性的三个基本参数。
此三参数之间的基本关系为
2-2-7
式中：
Q平均流量（pcu/h）；
V平均车速（km/h）；
K平均车流密度（pcu/km）。
二、速度与密度的关系
1963年，格林希尔茨（Greenshields）提出了速度-密度线性关系模型，如图2-2-3、式2-2-8，式2-2-9：
图中：
——最大流量；
——畅行速度，车流密度趋于零、车辆可以畅行无阻时的最大速度；
——临界速度，流量达到
时的速度；
——最佳密度，流量达到
时的密度；
——阻塞密度，车流密集到所有车辆无法移动时的密度。
2-2-8
2-2-9
式中:
——畅行速度；
——阻塞密度。
研究表明，平均车速与车流密度是直线关系，并且模型与实测数据拟合良好。
当
趋近0时，
，即在车流密度很少的情况下，车辆可以自由速度行驶。
当
趋近
时，
，即在车流密度很大时，车辆速度就趋向于零，出现交通阻塞。
三、速度、密度与流量的关系
将式（2-2-9）代入式（2-2-7），得：
2-2-10
上式可用一条抛物线表示，图中斜率为车流密度K（如图2-2-2）。
速度-密度-流量曲线形状与实测结果十分相似。
三者之间的关系（图的右侧部分），开始时车流密度稀少，通过的车流量也很小；车流量随着车流密度的提高而增加，车速稍有下降，车流为自由流；随着车流密度增加，车流量进一步增大，车流在道路上处于稳定流状态；当车流密度再提高时，同向车流在车道上连续行驶时，车和车之间存在着相互影响，当车流密度增加到一定程度时，车速就出现不稳定状态，在道路上同样这些车辆行驶时，时快时慢，但这时通过的车流量最多；当车流密度继续增大时，车速和车流量随之每况愈下，车流进入强制流状态，后车的行动还受到前车的制约，并且受制约的状况要向后传递，后车动作要比前车的动作延迟一点时间。
当车流密度很大时，车辆间的空档已经很小，若驾驶稍有不慎，就会发生车辆追尾事故。
当密度继续增大到阻塞密度
时，速度趋近于零，交通流量也趋近于零，此时道路上的车流被完全阻塞。
若将式（2-2-10）乘上
，取横坐标为
即察看车辆通过得又多又快时与车速的关系（见图2-2-4的左侧部分），此曲线为三次方的曲线，即车速与流量曲线所包围面积的积分值。
从曲线中可以看到：
当车流密度增加时，车速虽有所下降，但车辆在稳定流时通过的流量是又多又快；当车流进入不稳定流后，状况就急剧下降。
这说明在城市快速路和主干路上控制驶入车数，保持一定车流密度的重要性。
目前国内外的一些城市，在快速路和主干路上设置了传感器或使用卫星传感自动定位导向装置（GPRS），将自动收集到的交通信息传递到控制中心的电子计算机，选择出最佳运行方案，再发出指令，指挥车辆应遵循的行驶方向，以此来迅速地调度交通流，使整个道路系统发挥最大的效能。
2.2.2.3汽车在城市道路上的行驶状况
由于城市道路有不同等级，车辆在行驶过程中归纳起来可分为连续流和间断流。
一、连续流
连续流一般出现在无平面交叉口的城市道路上。
在城市快速路上，车辆可以不间断地连续行驶，它在道路上的分布是随机的、离散型的。
在车流密度不大时，后面的快车要超越前面比它慢的车，可以自由变换车道超车，然后交汇到前面的车流中去。
到了立体交叉口，或路侧出入的匝道口，也很容易分流、合流，自由出入。
当车流密度增加，车辆行驶的自由度就受到前车的制约，尤其是在不稳定流的状态，车速时快时慢、变化又突然，容易发生交通事故。
所以，在整个行驶过程中道路上的车流密度是决定车辆能否自由交织、变换车道、出入车道，能否按规定的车速安全、舒适行驶的关键。
国外常用道路上每车道的车流密度值来确定其分级的服务水平。
对于城市快速路的服务质量，人们最关心的是车速和在路途上耗费的时间。
但在连续稳定的交通流内，流量是随车流密度的增加而增加的。
为此采用车流密度作为规定连续流道路路段服务水平的参数。
按照每车道每公里分布的当量小汽车数分成若干级别（美国分6级），定出每级的最大车流密度，由此规定出各级服务水平下的平均行程速度和道路饱和度，以及相应的最大服务流量。
道路的饱和度（v/c）是一个相对值，表明道路上车辆的充盈程度，是指道路上的车流量（Volume）与其可能通行能力（Capacity）之比。
我国尚无服务水平的技术规定，大都是套用国外的做法。
二、间断流
间断流一般出现在有平面交叉口的城市道路上。
在城市主干路上，若纵横两个方向行驶的车辆都较快又多，这时就要用信号灯管理交通，藉着红绿灯的不同相位，将纵横两个方向的车流在时空上错开通过。
这时道路网上各个流向的车流就被切成一段段、间断式地向前行驶。
最理想的是使它们在到达交叉口时，横向的车流正好驶过交叉口。
这时道路上的车流大都能在绿灯中通过，
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