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1、交通工程(Traffic Engineering),授课人：王智超土木工程与力学学院,2023/9/3,交通工程,第三章,交通调查与分析,2023/9/3,交通工程,目 录(contents),3-1 交通调查的意义、内容及要求3-2 交通量调查3-3 行车速度调查3-4 车流密度调查3-5 行车时间与延误调查,2023/9/3,交通工程,3-1 交通调查的意义、内容及要求,3-1-1 交通调查的内涵,交通调查（Traffic studies）：为了找出交通现象的特征趋势，在道路系统的选定点或路段，收集和掌握车辆或行人运行情况的实际数据所进行的调查分析工作。,2023/9/3,交通工程,3-1
2、-2 交通调查的意义,科学决策和科学研究的基础,提供依据：交通规划交通设施建设交通控制与管理交通流理论研究,正确决策来源于科学的预测，科学预测的基础是准确的调查数据,2023/9/3,交通工程,3-1-3 交通调查的对象,公路网城市道路网交通控制设施道路条件,出行者特性驾驶员特性,流量速度密度延误,交通事故停车行人 货运流向,2023/9/3,交通工程,3-1-4 交通调查的分类,按照组织部门分,全国统一组织规划的调查,按项目需要组织的调查,全国统一组织规划的调查 由交通部、建设部、公安部组织，各省、市相关部门负责实施，以掌握大区域的交通需求和交通状况为目的,（1）全国干线公路调查（2）城市居
3、民出行调查（3）城市交叉口及主要路段交通调查,按项目需要组织的调查 由项目需要部门组织，以指定范围和指定路段的工程建设和交通管理需要为目的,（1）地区出入交通量调查（5）公共交通调查（2）路段瞬时车速和区间车速调查（6）综合交通运输调查（3）交叉口流量、流向、车型、（7）道路交通条件与 延误、排队调查 交通环境调查（4）路边、路外停车调查（8）交通事故多发点调查,2023/9/3,交通工程,3-1-5 交通调查的主要内容,交通流要素调查如：交通量、车速、密度以及与其有关的车头间距等；交通需求调查如：车辆OD调查、居民出行调查等；交通事故调查如：事故发生次数、伤亡性质、地点、原因的调查；交通环境
4、调查如：噪声、废气、振动、电磁场干扰等调查。,2023/9/3,交通工程,3-1-6 交通调查的基本要求,交通调查总是在对应于某些条件下进行的，这些条件在调查中必须予以注明；有一定的实测精度。交通调查与调查数据的分析处理方法也应视实测目的予以选择。调查人员要具有较强的责任心和良好的技术水平，本着实事求是的原则，切忌弄虚作假、随意编造数据。,2023/9/3,交通工程,3-2 交通量调查,3-2-1 交通量调查的目的,2023/9/3,交通工程,能反映变化规律的代表性时间工作日 周末 节假日,3-2-2 调查准备工作,通常按照交通量变化大小作为划分依据 交通变化量大的路段：调查区间宜短交通量变化
5、小的路段：调查区间可适当延长,观测站点分为：连续式观测点 间歇式观测点 临时性观测点,2023/9/3,交通工程,3-2-3 交通量调查的种类,1)区域交通量调查。以掌握某一区域的交通量的大小及变化为目的，在区域内各不同的交叉口及各不同进行的交通量调查，以掌握该区交通流量的分配形式和交通量的常年变化的规律。,区域交通量调查图示,2023/9/3,交通工程,2)小区边界线交通量调查。对客货业务繁忙地区,如特定经济区、城市及城市圈等汽车交通量的调查。调查时将地区包围线(小区边界线)与进入该地区道路的相交处作为调查点,分别调查进入和驶出小区范围的交通量。这一调查与OD调查和其他交通调查同时进行。3)
6、核查线调查。调查是以河流、丘陵、铁道等地形及地物边界线或其他人为设立的检查线为分界线，两侧区域互相来往穿过检查线的交通量。这种调查一般是为检验OD调查资料的可靠性。,2023/9/3,交通工程,4)特定地点或专项交通量调查。以研究交通管理，信号控制为主要目的，调查特定地点（交叉口、无平面交叉路段、设施的出入口）的交通量。,特定地点的交通量调查图示,2023/9/3,交通工程,3-2-4 交通量采集方法及技术,人工观测法,流动车 观测法,仪器自动 计测法,录像观测法,调查方法,2023/9/3,交通工程,人工观测法,安排人员在指定地点按调查工作计划进行交通量调查的方法调查人员用原始记录表格配合计
7、时器以划正字等方式记录来往车辆，也可以采用机械或电子式的简单计数器进行,方便灵活，易于掌握，调查资料整理方便，调查地点、环境不受限制短期、临时的交通调查,方法,优点,适用性,2023/9/3,交通工程,计数器,JQ-14-1手按系列型计数器,GF型计数器(6单元、12单元),四位手动计数器,五位手动式电子计数器,2023/9/3,交通工程,人工观测法,2023/9/3,交通工程,人工法观测交叉口机动车交通量记录表,观测人 _页1.周期绿灯时间记录2.FFine 晴天，CClouds 多云，RRain 雨,地点_路_路 进口_ 日期_ 星期_ 时间_天气(F)(C)(R)控制方式(手)(自)路口
8、形式(十)(丁),2023/9/3,交通工程,仪器自动计测法,压管式检测器,分类,气压式,液压式,原理,依靠车轮挤压一条充气的或充液体的软管，通过气体或液体传递的压力触发开关计数。,2023/9/3,交通工程,仪器自动计测法,感应线圈式检测器,原理,依靠埋入路面面层内的一个或一组感应线圈产生生电感，车辆通过时导致该电感变化从而检测通过的车辆。,各式感应线圈图示,2023/9/3,交通工程,超声波检测器,原理,检测器发射一个连续的超声波射向驶近车辆，由于多普勒效应引起来车反射能频率的变化，从而检测到所通过的车辆。,超声波检测图示,仪器自动计测法,2023/9/3,交通工程,流动车观测法,又称浮动
9、车观测法，其特点是可以同时获得某一路段的交通量、行驶时间和行驶车速。,调查方法,调查员3人（除驾驶员），测试车1辆 记录与测试车对向开来的车辆数 记录被测试车超越的车辆数 和超越测试车的车辆数 报告和记录行驶时间 和停驶时间,2023/9/3,交通工程,2023/9/3,交通工程,式中：,2023/9/3,交通工程,该方法的优缺点 优点：可同时测得行程速度与流量，内业工作量小；缺点：道路沿途有交叉口、或交叉口间距短、交通流不稳定等情况下不宜采用，另外，观测精度低。注意：观测车的车速尽可能接近车流的平均速度，当交通量很小时，则应接近调查路段的限制车速：对于多车道的情况，最好变换车道行驶。要尽可能
10、使超车数与被超车数接近平衡，特别当交通量不高时更应如此。,2023/9/3,交通工程,利用录像机（摄像机、照相机等）作为便携式记录设备，通过一定时间的连续录像给出定时间间隔的或连续的交通流详细资料的方法,录像观测法,优点,现场人员少,资料可长期反复利用,缺点,整理资料工作量大,花费人工多，费用高,2023/9/3,交通工程,通过资料整理和分析，找出反映交通特征趋势的数据,车辆分类换算,交通量整时换算,交通量资料分析,车辆当量换算：将不同车型的交通量换算为标准车型的交通量标准车型：根据当量换算目的、车型可比性及要求达到的可认性等多方面因素确定换算方法：将某种车型交通量乘上该车型相对于标准车的当量
11、换算系数,将调查数据换算为相应的小时交通量、日交通量、月交通量和年交通量,绘制小时交通量排序曲线图计算交通量变化特征参数（月变系数、周变系数、高峰小时系数等）绘制交通量变化图（小时、日、月变化、历年变化图）,2023/9/3,交通工程,【视频车辆检测器】,视频检测，又称为图片处理或人工视觉，是一种结合视频图像和电脑化模式识别的技术。视频车辆检测器一般由摄像头、图像采集和图像处理几个单元组成。视频车辆检测器可分为三种：点式检测器、线式检测器、面式检测器。优点是无需破坏路面，安装简便，易调整。移动检测器位置：可获得大量的交通管理信息，并可提供现场录像，供专家事后分析；可进行多车道检测；维护费用低。
12、缺点是受现场照明条件的限制，不能检测到静止状态的车辆，价格较高。视频检测设备可以得到：车道交通量、车流速度、车流密度、车道占有率、车头视距等数据。目前已在我国城市交通管理实践中得到广泛应用。,2023/9/3,交通工程,同济大学开发的流量自动检测软件,2023/9/3,交通工程,3-2-5 交通量调查的实施,交叉口交通量调查,人员安排：每个交叉口一般至少安排4个人，每个进口道方向至少1人，需要保证精度的情况下每个进口道需要安排3人时间间隔：一般采用较短的时间间隔，不超过10min,2023/9/3,交通工程,路网交通量调查,路网交通量调查是三大规划的依据：,道路交通规划,运输规划,城市建设规划
13、,根据路网交通量调查的数据可绘制路网流量图，反映流量的空间分布特征。,2023/9/3,交通工程,小区边界线交通量调查,小区边界线交通量调查：是在一个完全被一条假设线封闭的特定区域内，对进出该区域的所有道路进行交通量调查，以检测出入的交通量和该区域内交通量的比例关系，又称小区出入交通量调查,方法：,人工计数法,机械计数法,相结合,2023/9/3,交通工程,【例】某观测站用人工法做短期辅助调查，结果列于下表。假设检测过程中没有计数误差，求该观测站车辆数与车轴数之间的换算系数。如果该观测站气压式检测器24小时测得的总轴数为20000，求其日交通量。,解：假设气压式检测器没有计数误差，并假定以2轴
14、为主，则得到的车辆数为：15150/2=7575（veh）,但人工法调查结果为6550辆，因此换算系数为：,则日交通量为:200000.860.5=8600（veh/d）,6550/7575=0.86,2023/9/3,交通工程,3-2-6 交通数据的分析应用及不同车辆的换算,1)绘制交通流量图。将在同一时期内测得的同一区域各条道路的交通量标注在该区道路示意图上即可。,2023/9/3,交通工程,2)绘制交通量变化图。以纵坐标表示交通量,横坐标表示时间,绘制交通量随时间推移的变化图。根据时段长短又可分为交通量季节变化,周、日变化,小时变化图等。,2023/9/3,交通工程,3)交叉口交通流量图
15、。对通过交叉口的交通量进行实测后,可分别按不同交通流向绘制交叉口交通量图。,2023/9/3,交通工程,4)计算交通量特定参数周。一般情况下,对实测交通量值要进行以下特定参数的计算:平均日交通量ADT；高峰小时交通量PHV；交通量月变化系数Km；交通量周日变化系数kw。,5)交通量中不同类型车辆的换算。,2023/9/3,交通工程,2023/9/3,交通工程,3-3 行车速度调查,3-3-1 速度调查概述,地点车速调查,区间车速调查,常见的速度调查,2023/9/3,交通工程,3-3-2 地点速度调查,准备工作,调查时间选择,选择与调查目的相对应的具有典型性和代表性的时段,调查地点选择,不同调
16、查目的差别较大,速度抽样,抽样均衡性、样本量确定、控制调查成本,2023/9/3,交通工程,调查抽样与样本量的确定应选择交通流在畅通条件下具有代表性的随机样本；当车流为一车队行进时，应选择头一辆的车速，而跟随的车速在没有超车的情况下，按前一辆车速行驶，其速度受到限制，没有代表性；在车流中货车出现比率大时，应选择卡车作为速度观测；避免大部分在高速车辆中选择样本。,最小的样本量：（对地点车速）,最小抽样里程数:（对区间车速）,式中：K 置信水平系数;E 允许误差:标准偏差N 总里程数;,2023/9/3,交通工程,K值根据要求的置信度来确定。对于正态分布，按下表选用。,相应于置信度的K值,允许误差
17、E取决于平均车速所要求的精度，其取值范围从1.5km/h8.9km/h。一般用E=2.0km/h。,标准差值（km/h）,2023/9/3,交通工程,例1：在郊区某双车道公路上，欲得到平均车速的容许误差不超过2.0km/h，其置信度水平为95%，问至少应取多少样本？,如果我们关心的是某一百分位车速，则所需的最小样本量由下式求得：,式中：,解：=8.0km/h，查表得K=1.96，则：,所以至少应取62辆进行观测。,所以至少应观测95辆车才能满足要求。,2023/9/3,交通工程,人工测量,仪器测量,检测器测量,调查方法,2023/9/3,交通工程,调 查 方 法,人工测量,一般是采用秒表测速法
18、：,1,2,测量一小段距离L,观测员用秒表测定各类车辆经过L两端的时间,记录员记录距离、车型及通过时间,3,地点车速调查的测量长度建议值,注：车辆经过t段的时间不应少于1.5s，最好在2s左右。,2023/9/3,交通工程,2023/9/3,交通工程,调 查 方 法,仪器测量（主要是雷达测速法）,雷达测速枪,雷达测速仪,雷达测速仪BP-60,2023/9/3,交通工程,调 查 方 法,检测器测量,1,2,在一条车道上以一定距离连续设置两个检测器,车辆通过前后两个检测器发出信号传给记录仪,记录仪记下车辆通过前后检测器的时间，从而计算出车速,3,2023/9/3,交通工程,交通量及地点车速测量记录
19、表,观测日期：星期：天气：观测人：,2023/9/3,交通工程,调 查 资 料 整 理 与 分 析,对地点车速资料进行分组：确定分组数和组距 列出地点车速分布表,地点车速分布表,2023/9/3,交通工程,调 查 资 料 整 理 与 分 析,对地点车速资料进行分组：确定分组数和组距 列出地点车速分布表 绘制地点车速频率分布直方图和累计频率曲线,频率（%）,速度（km/h）,地点车速频率分布直方图,2023/9/3,交通工程,调 查 资 料 整 理 与 分 析,累积频率（%）,15%车速,累积频率曲线,表示在该车速及低于该车速行驶的车辆数占被观测总数的15%，常作为最低限制车速,速度（km/h）
20、,50%车速,表示在该车速以下行驶的车辆数等于在该车速以上行驶的车辆，又称为中值速度,85%车速,表示在观测的车辆中，有85%的车辆具有这种速度或在该速度以下，常作为最高车速限制标准,计算地点车速频率分布特征值,2023/9/3,交通工程,3-3-3 区间车速调查,区间车速调查的意义：,评价道路服务水平的主要指标路线改善设计的依据衡量道路上车辆运营的经济性（运营时间和车辆油耗）,牌照法,五轮仪法,跟车法,流动车测速法,调查方法,2023/9/3,交通工程,调 查 方 法,牌照法,1,2,在调查路段起终点设置观测点,观测人员记录通过观测点的车辆类型、牌照号码、各辆车的到达时间,选出相同牌照号码，
21、计算通过两断面的时间差为行程时间，进而计算行程车速,3,2023/9/3,交通工程,车辆牌号对照法（人工观测或图象识别观测）,区间长度L=2.34km,2023/9/3,交通工程,调 查 方 法,跟车法,1,2,利用观测车在观测路段往返行驶,记录下所用时间,路段长度除以所用时间即得到行程车速,3,2023/9/3,交通工程,2023/9/3,交通工程,调 查 方 法,五轮仪法,五轮仪是测量车速的专用仪器，与速度分析仪同时使用,测速时将五轮仪装置于试验车之后，成为试验车以外另一个轮子，故名五轮仪,五轮仪图示,2023/9/3,交通工程,调 查 方 法,流动车测速法,该方法与观测交通量的流动车法相
22、同,优点,缺点,可同时获得交通量、行程时间和行程车速,内业工作量小,调查结果不如牌照法精确,2023/9/3,交通工程,试验车观测法：此法与调查交通量时的移动观测法完全相同。,2023/9/3,交通工程,3-4 密度调查,3-4-1 密度调查概述,2023/9/3,交通工程,准备工作,1,2,确定观测总时间,一般大于5min取值，观测结果较为准确,确定测定区间长度,出入流量法,摄影法,常用方法,一般大于800m取值，观测结果较为准确,2023/9/3,交通工程,3-4-2 调查方法,出入流量法,出入流量法示意图,通过观测取得中途无出入交通的区段内现有车辆数或行驶时间的方法,在 t 时刻的密度可
23、由下式计算,其中：在t时刻AB区间内的车辆数 从观察开始到t时刻，AB区间内的原始车辆数 在观测开始的t0时刻，AB区间内的原始车辆数 从观测开始的t时刻通过B处的累加交通量,2023/9/3,交通工程,2023/9/3,交通工程,摄影法,摄影法,地面高处摄影法,航空摄影测量法,2023/9/3,交通工程,3-5 行车时间与延误调查,3-5-1 行车时间与延误的含义,行车时间：指汽车沿一定路线在实际交通条件下从一处到达另一处行车所需的总时间(包括停车和延误)。延误：由于交通摩阻与交通管制引起的行驶时间损失，以秒(s)或分(min)计。基本延误（固定延误）：由交通控制装置、交通标志等引起的延误。
24、它与交通流状态和交通干扰无关，主要发生在交叉路口。,2023/9/3,交通工程,运行延误：由于各种交通组成间相互干扰而产生的延误。一般它含纵向、横向与外部 和内部干扰停车时间延误：指车辆在实际交通流条件下由于该车本身的加速、减速或停车而引起 时间延误，即与外部干扰元关的延误。停车延误：刹住车轮及车辆停止不动的时间，等于停车时间。其中包括车辆由停车到启动时驾驶员的反应时间。,延误产生的原因：,基本延误主要产生在车辆通过交叉口时,这种延误与交通流动特性无关,是由信号、停车标志、让路标志及平交道口等原因造成的。运行延误是因受其他车辆或行人干扰而产生的。,2023/9/3,交通工程,3-5-2 路段行
25、车延误调查,方法 输入输出法 适用范围 瓶颈路段的行车延误 假设前提 车辆的到达和离去属于均匀分布；车辆排队现象存在于某一持续的时间内。在其中某一时段内，若到达的车辆数大于路段的通行能力则开始排队；而当到达车辆数小于路段的通行能力时，则排队将开始消散。优点 比较简单，调查结果能整理成十分直观的图表。缺点 无法确定产生延误的准确地点和原因，而且还无法识别延误的类型。,2023/9/3,交通工程,例：某公路上的瓶领路段发生阻塞时的调查结果。己知该处通行能力为360辆h，或每15min平均通过90辆车，现在试求单个车辆，如第180辆车通过瓶颈段的延误时间。,某瓶颈路段堵车调查结果表,解：,排队长度：
26、,单车通过的平均时间：,第180辆车通过所耗费总时间：,延误时间：,2023/9/3,交通工程,受阻车辆通过瓶颈路段所耗费的总时间为：,每辆车通过瓶颈路段所需的平均行车时间为：,当无堵塞时，每辆车所需行驶时间为:,平均每辆车的延误为：,2023/9/3,交通工程,3-5-3 交叉口延误调查,停车时间延误,测定从交叉口前的某一点至交叉口内或交叉口之后的某一点的行程时间,包括：停车延误 加速延误 减速延误,间断航空摄影法延误仪测计停车时间点样本法,行程时间延误,试验车法牌照法间断航空摄影法,2023/9/3,交通工程,点样本法：,交叉口延误调查,人员安排：每个入口一般至少安排4个人和一块秒表，其中
27、安排1人持秒表按间隔时间通知剩余的3个观察员。时间间隔：选取的时间间隔应保证不被周期长度整除（例如15s）,2023/9/3,交通工程,2023/9/3,交通工程,3-5-4 调查资料的应用,通过行车时间及延误的调查,可评价道路拥挤度,并可通过实测延误的大小、位置及原因确定缓解拥挤的对策；由行车时间调查资料可确定车辆通过区间的通畅程度；通过事前、事后调查,可评价交通措施效果；为路网交通分配提供行车时间依据;用于计算营运成本及经济效益;通过周期性调查,掌握道路上车辆行车时间及延误的变化趋势;交叉口延误调查,可为交通控制提供设计依据。,2023/9/3,交通工程,大作业（交通调查）,1、调查时间
28、2009.10.7-8（6h观测：上午8：0011：00；下午14：0017：00）2、调查地点 湘潭市二环线某一路段或市区某一路段3、调查内容高峰小时交通量（假设调查的最大时段交通量为高峰小时的时段交通量）地点车速区间车速交通流密度交叉口停车延误,2023/9/3,交通工程,4、调查方法交通量和地点车速采用人工观测法；行驶车速采用车牌号码登记法；交通流密度采用出入量法；交叉口停车延误采用样本点法。5、计算指标高峰小时交通量（假设调查的最大时段交通量为高峰小时的时段交通量）高峰小时系数车型构成比方向不均匀系数地点车速区间车速交通流密度交叉口平均停车延误时间,2023/9/3,交通工程,6、要求所有调查均须同时完成；交通量调查时段可选取5分钟或15分钟，但累计不小于1小时；车型按单机大货车、拖拉机、单机大客车、小轿车、摩托车、自行车6种车型进行分类；进行地点车速观测时，选取的观测路段长度应使车辆经过该路段时不少于1.5秒，最好在2秒左右，但路段长度不得小于25米；地点车速和区间车速调查次数不得少于50次；交通流密度定点调查路段长度选取800米左右；调查完成后撰写并提交调查报告。,
