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文檔簡介
1、第四章 交通流理論,交通流理論概述,■交通流理論是交通工程學(xué)的理論基礎(chǔ); ■它是運(yùn)用物理學(xué)和數(shù)學(xué)的方法來描述交通特性的理論,它用分析的方法闡述交通現(xiàn)象及其機(jī)理,使我們能更好地理解交通現(xiàn)象及本質(zhì); ■研究交通流理論的意義——把握交通流運(yùn)動(dòng)機(jī)理與規(guī)律,科學(xué)地分析交通設(shè)施設(shè)計(jì)效果與運(yùn)營管理系統(tǒng),本章內(nèi)容,■ §4-1交通流特性■ §4-2概率統(tǒng)計(jì)模型■ §4-3排隊(duì)論模型■ §4-4跟馳
2、模型■ §4-5流體動(dòng)力學(xué)模擬,4.1.1 交通設(shè)施種類,■連續(xù)交通流設(shè)施,4.1 交通流特性,■間斷流設(shè)施,無外部因素導(dǎo)致周期性中斷高速公路、限制出入的一般公路路段。,由于外部設(shè)備導(dǎo)致交通流周期性中斷一般道路交叉口,4.1.2 連續(xù)流特征,4.1 交通流特性,4.1 交通流特性,4.1 交通流特性,4.1 交通流特性,4.1.2 連續(xù)流特征,4.1 交通流特性,4.1.2 連續(xù)流特征,4.1 交通流特性,思考題,假設(shè)
3、車輛行駛速度與交通密度成線性關(guān)系。1、當(dāng)K=Kj時(shí),V=0,K=0時(shí),V=Vf,推導(dǎo)格林希爾茨(Greenshields)模型;2、以得到的Greenshields模型為基礎(chǔ),建立流量與密度的關(guān)系模型;3、根據(jù)左圖,如限制車流的實(shí)際流量不大于最大流的0.8倍,求在非擁擠區(qū)車流的最小行駛速度和對(duì)應(yīng)的交通密度。,,4.1 交通流特性,4.1.2 連續(xù)流特征,4.1 交通流特性,4.1.2 連續(xù)流特征,4.1 交通流特性,4.1.2 連
4、續(xù)流特征,4.1 交通流特性,例題講解,例1 道路瓶頸路段的通過能力為1300輛/h,高峰時(shí)段的1.69h中,到達(dá)流量為1400輛/h,然后到達(dá)流量降到650輛/h。求擁擠持續(xù)時(shí)間 ,擁擠車輛總數(shù)N、總延誤D、和 之內(nèi)的每輛車平均延誤時(shí)間。,4.1 交通流特性,例題講解,[解]: 由于在 時(shí),到達(dá)車輛的累計(jì)數(shù)=駛離的累計(jì)數(shù),故有:高峰時(shí)刻的排隊(duì)車輛數(shù)=1.69*(1400-1300)=169到達(dá)的車輛數(shù)=650*DT;
5、離去車輛數(shù)=1300*DT則有:169+650*DT=1300*DT,得:DT=0.26h擁擠持續(xù)時(shí)間 =1.69+0.26=1.95h。擁擠車輛的總數(shù)N=1.95*1300=2535輛 (或=1.69*1400+0.26*650=2535輛),4.1 交通流特性,例題講解,[解]:總延誤D =1.95*169*0.5=164.775輛.h 每車的平均延誤=D/N=234s,4.1 交通流特性,例題講解,例
6、2 道路瓶頸的通過能力為S=1400輛/h,某3小時(shí)內(nèi)到達(dá)流量為Q(t)=1800sint 輛/h,試求: (1)車流擁擠起始時(shí)刻t0; (2)車流擁擠結(jié)束時(shí)刻t1 (3)擁擠車輛總數(shù)N (4)總延誤D (5)每輛車平均延誤時(shí)間d。,4.1 交通流特性,例題講解,[解]: 在t0時(shí)刻,到達(dá)流量應(yīng)等于通過能力 故:S=Q(t),即:1400=1800sint 得:t0=0.8911h A(t)=1
7、800(1-cost) 開始坐標(biāo)(t,A(t0)),即(0.8911,668.6)點(diǎn)斜式: D(t)=1400*(t-0.8911)+668.6,4.1 交通流特性,例題講解,在t1時(shí)刻,有: A(t)=D(t),即:1400*(t-0.8911)+668.6=1800(1-cost)可求得:t1=2.964hN=A(2.964)-A(0.8911)=2902輛;D= =419.6輛.h
8、d=D/N=520s,4.1 交通流特性,4.1.3 間斷流特征,4.1 交通流特性,4.1.3 間斷流特征,4.1 交通流特性,4.1.3 間斷流特征,4.1 交通流特性,4.1.4 信號(hào)交叉口的交通分析,右圖為城市中常見的十字交叉口的幾何布置。東西方向?yàn)橹鞲傻?。①信?hào)規(guī)則與相位,4.1 交通流特性,4.1.4 信號(hào)交叉口的交通分析,將交叉口的車流分成n路,對(duì)應(yīng)周期C按一定比例分成n段,在每段中,有且僅有第i路車流獲得通行權(quán)
9、。并分別按紅、綠、黃三色燈組成的信號(hào)燈控制。顯示順序?yàn)榧t燈、綠燈和黃燈,顯示時(shí)間長度分別記為R、G和Y。,4.1 交通流特性,4.1.4 信號(hào)交叉口的交通分析,第i路車流的紅、綠、黃燈時(shí)長分別記為,即第i組信號(hào)燈顯示綠、黃燈時(shí),第i路車流獲得通行權(quán),其他各路失去通行權(quán)。 一組信號(hào)燈按以上方式循環(huán)作出的紅、綠、黃三種顏色的顯示,稱為交叉口信號(hào)控制的一個(gè)相位。,4.1 交通流特性,4.1.4 信號(hào)交叉口的交通分析,上圖中,車流被分成四
10、路,實(shí)行四個(gè)相位的信號(hào)控制,其中一種可采用的控制方式為:,4.1 交通流特性,4.1.4 信號(hào)交叉口的交通分析,A相位:,G,G,Y,Y,R,B相位:,R,G,Y,R,C相位:,D相位:,R,G,Y,R,R,G,Y,Y,4.1 交通流特性,飽和流量,② 飽和流量和有效綠燈時(shí)間■紅燈時(shí): 車輛就停車排隊(duì)而達(dá)到最大密度?!鼍G燈亮: 排隊(duì)車輛依次起動(dòng)通過停車線,在綠燈前期若干秒內(nèi),車輛通過停車線時(shí)還未完成加速過程,車流的流量由零逐漸
11、增大?!鲭S著停車線處車速恢復(fù)到正常的路段行駛速度,排過隊(duì)的那部分車輛通過停車線處的的流量就達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的最大值,該值稱為飽和流量(Saturation flow),記為S?!雠胚^隊(duì)的車輛全部駛過停車線或綠燈結(jié)束: 流量才從S值逐漸下降,在紅燈啟亮?xí)r必然降到零。,4.1 交通流特性,右圖表示綠燈及黃燈期內(nèi)車輛通過停車線時(shí)流量隨時(shí)間而變化的規(guī)律。 飽和周期:綠燈結(jié)束,仍有排過隊(duì)的車輛沒有通過停車線。,,4.1 交通流特性,有效綠燈時(shí)
12、間,■(1)曲邊梯形的高表示飽和流量S,其面積表示在綠燈和黃燈時(shí)間內(nèi)可通過的最大車輛數(shù)N?!?(2)用一塊面積相等的矩形代替曲邊梯形,AD表示有效綠燈時(shí)間g,其余為有效紅燈時(shí)間r。 ■(3)問題簡化為:在g內(nèi),車流量可達(dá)到飽和流量S,而在g之外,流量為零。時(shí)段0A稱為綠初損失l0,時(shí)段DK為黃燈損失le,它們之和為l,稱為相位損失。,4.1 交通流特性,有效綠燈時(shí)間,■顯示綠燈時(shí)間與有效綠燈時(shí)間的關(guān)系為:③ 定周期信號(hào)燈交叉口
13、上均勻車流的延誤和停車率分布 在交叉口定時(shí)信號(hào)控制下,均勻到達(dá)車流的集結(jié)排隊(duì)與消散的過程可用下圖描述:,4.1 交通流特性,交叉口定時(shí)信號(hào)控制,■時(shí)段OB,CE——紅燈禁行期,記時(shí)長為r,■時(shí)段BC——綠燈通行期,記時(shí)長為g,■ OFHJK——A(t)線,直線,表明到達(dá)流量均勻不變的?!?OBFHIJK——D(t)線,紅燈禁行期,通過的車輛數(shù)為零,故D(t)線在該段是水平的?!鰰r(shí)段BL——飽和綠燈時(shí)間, ,紅燈期間及綠
14、燈初期集結(jié)排過隊(duì)的車輛以飽和流量S通過交叉口。,4.1 交通流特性,交叉口定時(shí)信號(hào)控制,■ L——排隊(duì)車輛全部消散的時(shí)刻;■時(shí)段LC——非飽和綠燈時(shí)間,時(shí)長為■在gu 之內(nèi),到達(dá)流量=通過流量,即A(t)與D(t)重合■直線OK的斜率——到達(dá)流量,q (輛/s)■直線BF的斜率——飽和流量,S。 ■飽和流量——單位綠燈時(shí)間所能通過的最大車輛數(shù)。,交叉口定時(shí)信號(hào)控制,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,a)飽和綠
15、燈時(shí)間、排過隊(duì)的車輛數(shù)N 在r和 之內(nèi)以流量Q到達(dá)后要集結(jié)排隊(duì)的車輛數(shù)N,只能在 內(nèi)以飽和流量S通過交叉口,即:,,,,4.1 交通流特性,交叉口定時(shí)信號(hào)控制,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,最大排隊(duì)車輛數(shù): b) 總延誤D 上面討論一個(gè)周期內(nèi),三角形OBF的面積在數(shù)值上等于D。,,,,,4.1 交通流特性,交叉口定時(shí)信號(hào)控制,c) 每車平均時(shí)間延誤d 一個(gè)周期內(nèi)所通過的全部車輛的平均延誤時(shí)間。,4.1
16、 交通流特性,交叉口定時(shí)信號(hào)控制,d) 排隊(duì)率——指排過隊(duì)的車輛數(shù)占總車數(shù)的比率。 ——紅信比, ——綠信比,4.1 交通流特性,交叉口定時(shí)信號(hào)控制,上述公式成立的必要條件是:集結(jié)排隊(duì)的車輛一定要能夠在綠燈期內(nèi)消散盡,即飽和度:,4.1 交通流特性,例題講解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,例1 信號(hào)燈交叉口周期C=130s,有效紅燈r=60s,飽 和流量S=1800
17、輛/h,到達(dá)流量在紅燈前22.5s內(nèi) 為 輛/h,在周期其余時(shí)間為輛/h。求排隊(duì)車輛數(shù)及飽和綠燈時(shí)間。[解],4.1 交通流特性,4.1 交通流特性,例題講解,,,,,,,,,800,600,,22.5s,37.5s,S,4.1 交通流特性,例題講解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,例2 定周期信號(hào)燈交叉口的一個(gè)進(jìn)道口上,車流均勻到達(dá), 輛/h,如果周期C=120s,有效綠燈g=
18、50s,飽和度X=1,求飽和綠燈時(shí)間 ,排隊(duì)率 ,每車平均延誤時(shí)間及一個(gè)周期內(nèi)排過隊(duì)的車輛數(shù)。[解],,,,,,4.1 交通流特性,例題講解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4.1 交通流特性,例題講解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,4.1 交通流特性,例題講解,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,例3 在某一路段上車流以駛?cè)肼蔘(輛/小時(shí))
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