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1、道路通行能力手册读书报告苏永云1 美国道路通行能力研究概况美国在1950年由公路局出版了道路通行能力手册第一版，这是道路通行能力学科发展的标志，尔后于1965年在道路通行能力委员会的指导下出版了第二版。此后二十年间，公路研究计划暑和联邦公路管理局的组织许多科究机构开展了广泛的研究，于1985年出版了第三版，该版被世界各国普遍采用。此后，不定期地发布新的研究成果，于1992年更新了多车道公路通行能力分析方法，于1994年公布了较全面的修订版，该修订版对85版的7章内容作了修订。美国计划于2000年公布新的修订版。据悉在系统通行能力分析、过饱和状态下的通行能力分析、交织区的通行能力分析、公交通行能
2、力分析、行人与自行车通行能力分析等六个方面将有较大的修改，并启用新的图表格式。2 HCM的基本理论与方法HCM85版是直至80年代中期交通工程研究成果的总结与应用，内容庞博、理论基础坚实、适用性强，HCM94是目前交通工程最新研究成果的汇总与应用，各国正逐渐从使用HCM85过渡到使用HCM94。HCM按设施类型进行通行能力与服务水平计算。总体上，按是否存在外部的引起交通流中断的固定元素将设施分为非间断流与间断流两大类。前者又细分为五种类型高速公路基本路段、交织区、匝道及匝道连接点、多车道公路和双车道公路，后者细分为六种类型信号交叉口、无信号交叉口、市区和郊区干道、公共交通客运能力、行人和自行车
3、。HCM85与HCM94中通行能力指流率，而非流量。HCM中广泛使用流率概念，即是小于60分钟流量的扩展小时流量。这是由于一个小时内交通流状态是不均匀的，若以小时流量进行分析，此种不均匀足以使分析结果失去意义。只有采用流率才能达到实际应用中要求的精度。通常，采用最大的15分钟流率作为设施的通行能力。HCM定量描述流量质量的关系。HCM不仅能分析设施的最大通行能力，更重要的是能分析与具体服务质量有关的负荷能力。HCM对各种设施确定了相应的效率度量（即指标），此效率度量最能体现该类设施交通流的特征，并通过此效率度量将流量与服务水平联系起来，使服务流率与服务水平分析容为一体。对于非间断流，交通流从自
4、由流状态变化到间断阻塞状态是一个连续的变化过程，HCM将此变化过程其划分为6个区段，对应为6级服务水平。表面上，服务流率是划分各区段的指标。某一级服务水平对应交通流状态的一定波动范围，此波动范围的下边界（即交通流质量较差的一端）对应为该级服务水平的服务流率。从理想状态到实际状态的分析方法。对各种设施，根据大量的实地调查与仿真分析，测出理想条件下的通行能力。然后根据实际条件与理想条件的差异程度，乘以一系列修正系数，得到实际条件下的通行能力。由基本通行能力推算实际条件通行能力的修正系数是通行能力研究的核心内容。HCM提供不同精度的分析。对于大多数设施，HCM提供了三种不同的应用：运行分析、设计和规
5、划，以满足实践中不同分析精度的需要（对应交通设施生命周期中的不同阶段）。运行分析主要用于对现有交通设施服务水平的评价、预测交通改善效果和新设施的多方案比较。设计分析用于设计阶段，为了确定到达某一级服务水平所需要的车道数。规划分析也是用于确定为了保证一定的服务水平所需的车道数，但相对于设计分析而言，其精度低，仅是估算。通行能力分析程序化、标准化。HCM将通行能力分析视为一个过程，将其作为一个过程系统对待，这是系统工程方法在通行能力分析中的应用，HCM提出了此过程系统的结构，各类设施的分析过程与分析步骤类似。与HCM相对应，开发了HCS，在实践中，用户只需按格式输入相应数值，即可按统一格式输出分析
6、结果。3 HCM94的主要内容以及与HCM85的异同点在HCM85的基础上，HCM94对道路通行能力原理、高速公路基本路段、匝道及匝道连接点、信号交叉口、非信号交叉口与干线通行能力分析作了修改。3.1基本路段基本分析方法基本路段服务水平的效率度量为密度，HCM提供密度与流率关系图。HCM规定了理想条件，并确定了理想条件下各级服务水平对应的最大流率，其中E及服务水平的最大流率即是基本通行能力。各级服务水平对应的最大流率与E级服务水平的最大流率（即基本通行能力）之比称为v/c。HCM潜在假定实际条件下某一级服务水平的v/c与理想条件下同一级服务水平的v/c一致，由此v/c沟通了实际条件与理想条件的
7、通行能力。实践中，通行能力分析的核心内容就是通过v/c求实际条件下各级服务水平的最大流率。这一般可通过两步计算得到：第一步，由理想条件E级服务水平的最大流率（即基本通行能力）乘以一系列修正值得到实际条件E级服务水平的最大流率；第二步，由E级服务水平的最大流率乘以某级服务水平的v/c得到该级服务水平的最大流率。据此，可推出实际条件下，某类设施给定流量对应的服务水平。HCM94的主要改进内容l HCM94提高了基本通行能力的值，将4车道高速公路的基本通行能力从2000 pcphpl提高到2200pcphpl, 将6车道高速公路的基本通行能力提高为2300pcphpl。l HCM94认为交通量小于1
8、300 pcphpl时，速度对交通量的变化不敏感。l HCM85中通行能力与设计车速有关，HCM94认为基本通行能力不随自由车速不同而有差异。l HCM85认为基本路段有确定的范围并规定了各种条件下的具体值，而在HCM94中基本路段没有确定的范围，根据当地具体情况而确。l HCM94还更新了密度与流率关系图，并更新了各级服务水平所对应的密度的最大值。l HCM94更新了标准小客车换算值，并将卡车与货车合为一类。3.2交织区对交织区部分，HCM94沿用HCM85的内容。基本分析方法交织是同向行使的两股或多股车流在相当长的路段上自行交叉的运行行为，其运行状态主要由交织长度、交织构型和交织宽度确定。
9、交织长度由道路几何线形决定。交织构型由交织车辆变换的车道数确定，分为A、B、C型交织区，其判断方法为：交织构型车流变换车道数（某股）A型交织区11B型交织区01C型交织区02按是否参与交织运行，将交织区内的车辆分为交织车辆与非交织车辆两类。交织区的车流运行状态总体上分为约束型与非约束型，前者交织车辆与非交织车辆的速度差异较大，后者反之。交织区内的某一车辆，可能属于三种构型（A、B、C）、两类运行状态（约束型与非约束型）、两类车辆（交织车辆与非交织车辆）12中组合（3*2*2=12）中的某一种，HCM85与HCM94都提供了12种公式计算相应的车速。交织区服务水平的效率度量为交织车辆与非交织车辆
10、的速度。服务水平分析的核心是确定交织区的运行状态，其确定方法为假设、试算法。通常按三步进行计算：第一步假定为非约束型，按相应公式计算交织车辆与非交织车辆的速度；第二步，根据上述结果，进一步计算交织车辆按非约束型运行所必需的车道数，并与由相比较（HCM认为某种构型中交织车辆可能使用的最大车道数有限），判断假设是否成立。若假设成立，则属非约束型；反之，则属约束型，并按约束型的公式计算交织车辆与非交织车辆的速度。第三步，将速度计算结果与 HCM提供的准则比较，确定服务水平的等级。3.3匝道及匝道连接点HCM85中匝道及匝道连接点的效率度量为流率：合流流率、分流流率和高速公路流率，HCM94将其改为与
11、基本路段一致的密度。基本分析方法HCM85认为在匝道连接点，受影响的是紧邻右侧匝道的1车道，此流量由该匝道类型及其上的流量、相邻前后匝道的位置及匝道上的流量决定。相应地，HCM85提供14张诺模图以计算不同组合情况下1车道的流量。由于这些诺模图与公式都是由混合小时交通量标定的，故计算出1车道流量后，还需进行2次换算（先换算为当量交通量，再换算为流率），然后对照已规定的准则确定服务水平。HCM94的改进HCM94认为在匝道连接点附近，主线上紧邻右侧匝道的2条车道受设置匝道的影响，此2条车道上的量与匝道类型、匝道流量、加、减速车道长度、紧邻合流区或分流区的主线流量、合流点与分流点的自由车速、距上、
12、下游相邻匝道的距离等决定。通行能力分析的关键就是计算这2条车道的流量。HCM94对驶入匝道与驶出匝道分别提供了5个公式，以计算不同情况下的两条车道的流量，据此，再计算对应的密度，对照给定的准则，即可推算出服务水平。3.4高速公路系统在高速公路系统部分，HCM94沿用HCM85的内容。基本分析方法HCM认为对由各类设施组成的一条高速公路，应按其上的道路、交通等情况进行分段，分别作通行能力分析，HCM提供了分段的准则。此外，还对施工条件下的通行能力分析，气候对通行能力的影响、高占有率车道通行能力的分析等作了研究。3.5多车道公路对多车道公路，于1992年作了更新，HCM94采用 的内容。基本分析方
13、法多车道公路服务水平的效率度量为密度。HCM85中多车道公路通行能力分析的原理与高速公路基本路段一致，即主要通过计算实际条件各级服务水平的最大服务流率以确定服务水平。HCM94的主要改进内容HCM94以计算自由行驶车速为中介，推算出密度，进而确定服务水平。其计算过程分为三步：第一步，调查或估算自由行使车速；第二步，计算流率；第三步，换算为密度，确定服务水平的等级。HCM94中自由行使车速的确定分为实地调查与公式估算两种。估算公式中考虑了85%位车速、中央分隔带设置情况、车道宽度、侧向净宽等因素。3.6双车道公路对双车道公路，HCM94沿用HCM85的内容。基本分析方法双车道公路的基本通行能力为
14、2800pcph, 服务水平的效率度量为时间延误百分率、平均行程车速和通行能力利用程度。时间延误百分率一般以车辆行驶车头时距小于5s的百分率度量。双车道公路通行能力分析的原理、过程与前几种设施类似，主要不同点有：1.双车道公路的车道数是确定的，2.只提供运行分析与系统规划两个层次的服务，并且重点都在于确定服务水平。3.7 信号交叉口信号交叉口属于间断流设施， HCM94对HCM85作了较少的改进。基本分析方法与前述各种连续流设施的通行能力分析相比，信号交叉口通行能力分析的显著不同点在于：1. 通行能力与服务水平没有简单的一一对应关系，交叉口的最大通行能力与E级服务水平不一定对应；2. 估算各车
15、道组的通行能力而不估算整个交叉口的通行能力。服务水平的效率度量为平均延误。信号交叉口通行能力分析的几个重要概念为流率、通行能力、饱和流率、引道流率、X（饱和度）。流率是对每一车道组而言的，是小于一小时时段（一般为15分钟）流量的扩展小时流量，符号为v。交叉口的通行能力也是对每一车道组规定的，它是在现行的交通、车道和信号设计条件下，某一指定引道所能通过交叉口的最大流率，符号为c。饱和流率：指在通常的道路与交通条件下，某一指定引道所能通过交叉口的最大流率，即假定指定引道车流不受信号灯影响下的通行能力，符号为s。引道流率：指实际流率与其饱和流率之比，=v/s。饱和度X：指实际流率与其通行能力之比，=
16、v/c。本类设施通行能力分析的核心是估算给定的道路、交通与信号设计条件下各车道组的通行能力与整个交叉口的延误。分析按5步进行：1.输入模块：将交叉口的几何线形、交通量、交通条件和信号等所有必要的数据按指定格式输入计算机。2.交通量校正模型：先根据观测或预测的交叉口流量资料换算为流率，再按车道与流向的匹配模式将进口道划分为分析的基本单位车道组，最后在车道组内调整各个车道的流率分布。3.按理想条件下饱和流率为1800veh/h，计算各车道组的饱和流率。4.根据前述计算结果，计算每一车道组的流量比（=v/s）,每一车道组的通行能力（ci=si*(g/C)i）,每一车道组的饱和度（=vc）,整个交叉口
17、的v/c极限比值。5.服务水平计算模块：根据信号参数与车道组通行能力计算指定车道组每辆车平均停车延误，进而计算每一引道与整个交叉口的平均延误。得出交叉口通行能力与服务水平的计算结果。HCM94改进的主要内容将理想条件下的基本通行能力由1800veh/h 提高为1900veh/h。3.8 无信号交叉口在无信号交叉口通行能力分析部分，HCM94对HCM85作了较大改进。基本分析方法本类设施指双向停-车控制交叉口。假设主要街道的交通不受次要街道车流的影响，次要街道左、直、右转车辆与主要街道左转车辆利用主要街道车流的间歇通过交叉口，此四类车辆利用间歇的次序为：次要街道上的右转、主要街道上的左转、次要街
18、道上的直行与次要街道上的左转。无信号交叉口服务水平的度量指标是各车道的储备通行能力，它等于车道的共用通行能力与所用该车道的总交通量之差。车道的共用通行能力通过共用车道中左转、直行与右转流向的通行能力计算。因而，通行能力与服务水平分析的关键就是计算左转、直行与右转流向的通行能力。它通过 步计算得到：1.计算冲突交通流交通量，前述四类次要车流在通过交叉口时，会与有优先权的车流发生冲突，HCM给出了各类次要车流对应冲突交通量的计算公式。2.次要车流穿过交叉口所必须的最短主要车流的最短间隙为临界间隙，它由基本临界间隙量进行调整得到。基本临界间隙量与交叉口所属地位的行驶方式、控制类型和主要街道上的车速决
19、定。根据路缘石半径，是否提供加速车道，视距是否受限等进行调整。3.根据冲突交通量与临界间隙求流向的可能通行能力。4.次要车流中，次序在后的车流的可用间隙受优先车流的影响，因而应对受影响车流的通行能力进行调整。5.根据前面计算出的各车道的通行能力计算几个流向共用一个车道时该车道的通行能力。6.计算储备通行能力，查处服务水平。HCM94改进的主要内容计算延误，以其取代HCM85中以储备通行能力，作为评价服务水平的依据。3.9 市区和郊区干道在无信号交叉口通行能力分析部分，HCM94对HCM85作了较大改进。基本分析方法4美国通行能力研究对我国道路通行能力研究4对我国研究的启示21知其然不知其所以然2.2服务水平等级的划分、基本参数与修正系数是研究重点2.3交通管制未考虑通行能力2.4 从宏观到微观
