整理第13章高速公路特性.docx

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整理第13章高速公路特性

第13章高速公路特性

13.1引言

本章介绍了高速公路通行能力和服务质量的概念，这些概念与第二十二章（高速公路设施）、第二十三章（高速公路基本路段）、第二十四章（高速公路交织区）和第二十五章（匝道和匝道连接点）等章中介绍的方法一起使用。

高速公路可定义为：

设有中央分隔带，全部控制出入每个行车方向最少有两条车道，专供汽车交通使用的公路。

高速公路形成连续交通流，没有信号控制、停车控制的平面交叉口，也不允许毗邻道路上车辆直接进出，进出高速公路的车辆都要通过匝道。

高速公路上的对向车流用连续的隔离栅栏或中央分隔带隔开。

高速公路上车流运行情况主要受交通流中车辆、驾驶员以及高速公路几何条件的影响。

此外，车辆运行状况也受到环境条件（如天气、照明）、路面状况和交通事故的影响。

收费通道或收费道路,除在沿线指定地点收费处与高速公路类似。

虽然收费会使交通流中断，一般仍把这种道路归入高速公路类型。

收费道路独有的交通流特性、受到的约束和产生的延误,应给予特别注意。

高速公路系统是指在限定范围内所有高速公路设施的总和。

因此，分析人员必须了解,分析的高速公路与相邻的其他高速公路或城市道路之间的相互作用,并要务必考虑与其他设施的相互影响.当相邻街道或高速公路系统的交通量大于通行能力时,或当街道的通行能力或匝道计量系统限制驶近高速公路的交通需求时，高速公路的运行情况会受到相应的影响。

如果街道系统接纳不了高速公路驶出的交通量，则街道上形成过饱和车流,结果造成上游高速公路出现排队，降低高速公路的使用性能。

这就表明街道系统的有限通行能力会降低出口匝道的有效通行能力。

因此，下游街道系统的通行能力是否能接纳由高速公路驶出的交通需求,是分析高速公路运行状况的重要环节。

同理，匝道的通行能力也会影响高速公路上的交通需求，在分析高速公路运行状况时，也需考虑。

假定高速公路设施与相邻的高速公路之间互无影响。

但在实际中，高速公路设施与相邻高速公路设施之间存在相互影响,与地面街道也存在相互影响。

这样，所分析的设施的上游和下游都是自由流。

简言之，高速公路设施的分析只能触及到时空范围内的局部饱和车流，而忽略在时空范围以外的高速公路系统的影响。

13.2高速公路基本路段

高速公路基本路段是匝道影响区,或高速公路交织区以外的高速公路路段。

图表13-1示出了高速公路基本路段。

图表13-1.高速公路基本路段示意图

13.2.1高速公路通行能力的术语

1、高速公路通行能力：

在通常的道路和交通条件下，高速公路某一均匀路段所容许通过的持续15min的最大流率。

通行能力是针对单向车流而言。

以小客车辆数/小时/车道为单位。

2、交通特征：

任何影响通行能力、自由流速度或运行情况的交通流特性，包括交通流中各类车辆所占百分比以及驾驶员操作的熟练成度.

3、道路特性：

所研究的高速公路路段的几何线形等特性，包括车道宽度、车道数、右侧路肩侧向净空、立交桥的净高、道路的纵向线形和车道组合等.

4、自由流速度：

在已知道路、交通条件下,在中低交通流流率的情况下，高速公路均匀路段上,小客车行进的平均速度。

5、基本交通条件：

为计算通行能力和确定服务水平,开始假定的道路几何与交通条件。

通行能力分析是针对具有统一的道路及交通条件的某一高速公路路段。

如果这些主要条件之一发生了显著变化，则路段通行能力和运行条件也会随之发生变化。

因此，对不同特性的高速公路路段应做单独的分析。

13.2.2高速公路的车流特性

高速公路基本路段的交通流的运行情况会因上游和下游瓶颈点压缩交通流的条件不同而有很大变化。

瓶颈处包括：

匝道的合流处、交织区、车道数减少地段以及正在维修保养的路段、事故发生地点和路上有交通障碍的地方。

在发生交通事故的路段，不一定都是以阻塞车道的形式形成瓶颈。

因为，肇事车辆即使停在路肩上或停靠在中央分隔带里，也会影响高速公路车道里的交通运行。

对高速公路的研究，可以进一步理解与上、下游瓶颈影响有关的交通流特性。

高速公路基本路段上的交通流可划分为三类：

不饱和交通流、排队—消散交通流和过饱和交通流。

⏹不饱和流表明交通流不受到上、下游交通条件的影响。

这一类型的交通流特征是：

中低交通流率时，车速为90km/h到120km/h；交通流率大时，车速在为70km/h到100km/h。

⏹排队—消散流表明交通流一旦通过瓶颈，就加速向高速公路的自由流速度恢复。

排队—消散流的交通特征是：

在下游另一瓶颈的影响还未出现时，交通流保持相对稳定。

这类交通流的流率变化范围较小：

在2000辆小客车/h/ln至2300辆小客车/h/ln之间。

此时，速度由55km/h到基本路段的自由流速，瓶颈下游的车流速度通常比较小。

视道路的平面和纵面线形条件，排队—消散流一般可在瓶颈下游的1-2km之内加速到自由流速度。

研究表明，瓶颈处的排队—消散流的流率比非瓶颈路段的最大流率小，交通流率的下降值约为5%左右。

⏹过饱和流是受下游瓶颈影响左右的交通流。

阻塞路段的交通流，变化范围很大，其速度取决于瓶颈的压缩程度。

高速公路上的排队与交叉口前排队不一样。

高速公路上排队，车辆没停下来。

高速公路上的车辆停停走走，队列缓慢行进。

在这一章的高速公路设施一节里以及在第22章中，还会继续讨论过饱和车流。

13.2.2.1行程车速—流率关系和密度—流率关系

在自由流速度已知的条件下，典型的高速公路基本路段的速度—流率关系曲线和密度—流率关系曲线分别见图表13-2和13-3

（1）。

图表13-2高速公路基本路段速度—流率关系曲线

图表13-3高速公路基本路段密度—流率关系曲线

最近,所有高速公路的研究都表明，当交通流率在中低范围内时，高速公路上的平均行程车速对交通流率的波动不敏感。

图表13-2表明，当交通流的自由流速度是120km/h时，交通流率在0-1300辆小客车/h/ln以下时，车速是一常数。

对更低的自由流速度，速度保持常数所对应的交通流率的范围更大。

当交通流率低于1300辆小客车/h/ln时，用实地观测的小客车的平均速度作为自由流速度。

自由流速度的实地观测可在低流率、低密度的条件下按照观测行程时间或按观测地点车速的方法观测。

图表13-2只给出了自由流速度为120，110，100，和90km/h的曲线。

但对于90km/h至120km/h之间的某一自由流速度所对应的密度—流率曲线，可采用内插法得到。

根据研究，画出这些曲线，并求出影响自由流速度的因素

（1）。

影响因素包括：

车道数目、车道宽度、侧向净空和立体交叉密度（或间距）。

还有一些因素也影响自由流速度，但一般都没有定量关系，这类因素有：

道路的平、纵线形、限制速度、交通管制水平、照明条件和天气等。

在基本的交通和道路几何条件下，高速公路的通行能力高达2400辆小客车/h/ln。

该值是在高速公路的自由流速度为120km/h或更高情况下得到的。

自由流速度降低，通行能力也有所降低。

例如，自由流速度为90km/h的高速公路基本路段的通行能力约为2250辆小客车/h/ln。

在流率接近期望通行能力时，自由流速度为90km/h的高速公路基本路段，小客车的平均车速为86km/h（FFS为120km/h或更高）到80km/h。

要注意的是，自由流的速度越高，交通流率增至通行能力时，所对应的速度下降值就越大。

例如，对自由流速度为120km/h的情况，从低交通流率增到通行能力时，车速下降了34km/h。

自由流速度为90km/h的高速公路，平均车速的下降值只有10km/h。

图表13-2表明，交通流率对平均车速影响开始增大的范围为：

1300辆小客车/h/ln到1750辆小客车/h/ln。

自由流速度为120km/h的基本路段，交通流率在1300辆小客车/h/ln时，平均车速开始下降。

高速公路自由流速度越低，则平均车速开始下降的流率越大。

13.2.2.2排队—消散与过饱和交通流

与自由流不同，排队—消散流与阻塞交通流的变化很大，尚未进行充分的研究。

从1990年开始，高速公路研究者给出了用来描述这两种不同类型交通流的速度—流率关系曲线。

图表13-4是推荐的一组关系曲线，仅供读者参考。

图表13-4排队—消散流与过饱和交通流的平均车速—流率关系曲线

提醒分析人员，图表13-4表示的关系是速度与排队-消散流和过饱和流的预言性模型，应从概念上去理解。

比较确切地定义这两种类型的交通流还需要进一步研究。

13.2.3影响高速公路自由流速度的因素

高速公路的自由流速度取决于交通和道路条件。

这些条件叙述如下。

13.2.3.1车道路宽度和侧向净空

当车道宽度小于3.6m时，驾驶员不得不采用比正常要求更小的车头时距离行驶。

这样势必会降低行程速度。

限制侧向净空的影响都类似。

如果物体距离中央分隔带的边缘和距离道路边缘太近，该车道的驾驶员就会倾向于“躲开”物体，使车辆行驶轨迹离路面边缘的距离比正常的或理想条件下的距离大。

这与车道狭窄的影响相同。

迫使驾驶员缩小跟车间距，势必会降低车速。

最右侧车道的净空比左侧车道净空（指靠近中央分隔带的车道）对驾驶员的限制更大。

在靠近中央分隔带车道上开车的驾驶员在左侧净空小于0.6m时，才会受影响，而在右侧靠近路肩的车道上开车的驾驶员在右侧净空小于1.8m时，开始受到影响。

照片13-1表明车道宽度和侧向净空的影响，还表明了车辆的侧向偏移。

照片13-2是车道宽度和侧向净空都达到或超过基本条件的高速公路路段。

照片13-1

照片13-2

13.2.3.2车道数

高速公路基本路段的车道数影响自由流速度。

随着车道数的增加，相应地，驾驶员行车避开慢速车辆的机会也在增加。

车辆在高速公路上行驶，按速度在不同车道上有分布趋向。

在靠中央分隔带的车道上行驶的车辆一般比在毗邻路肩的车道上行驶得快。

因此，较之六车道、八车道或十车道的高速公路，四车道（这里指双向各两车道）高速公路为驾驶员提供的回避低速车辆从而提高速度的机会少。

这种机动性的减少，必然导致交通流平均车速下降。

13.2.3.3立体交叉的密度

立体交叉间距小的高速公路路段，如在开发强度大的市区，自由流速度比在郊区或乡村立体交叉少的高速公路上低。

立体交叉形成合流与交织，影响交通流速度。

交通流速度随着立体交叉密度的增加而减小。

在一段长度为8-10km的高速公路路段上，立体交叉的理想间距平均是3km或更长些。

在高速公路上，立体交叉的平均间距最小为1km。

13.2.3.4其它因素

决定高速公路基本元素尺寸的设计速度，会影响行程速度。

特别是，高速公路的平面和纵面线形会影响这一路段上的自由流速度。

如果高速公路有值得注意的平面条件或纵面条件，鼓励分析人员用实际观测、分析的数据确定自由流速度。

13.2.4小客车当量

车辆当量是以对高速公路的交通条件的观测为基础。

交通流中包括诸如货车、公共汽车和旅游车等，重型车辆造成比交通基本条件差的状况，这种比较差的条件包括在重型车前后出现过多过长的车头时距。

此外，相邻车道上车辆的车速和车头时距也会因这些慢速行驶的大车而受影响。

最终导致重型车的实际间距是小客车典型间距长度的2-3倍。

对高速公路通行能力采用的分析方法是基于交通流测度的一致性，因此，需将交通流中的各种重型车辆换算成当量数目的小客车。

换算的结果：

流率是单车种值，单位是小客车/h/ln。

换算系数的大小取决于车流中重型车所占比例以及上下坡的坡度与坡长。

照片13-3和13-4反映了高速公路上货车和其它重型车对道路交通的影响。

照片13-3

照片13-4

13.2.5驾驶员总体特征

研究说明，常规通勤的驾驶员的总体特征与非通勤驾驶员的总体特征不一样。

在同一路段上，旅游交通的通行能力比通勤交通的通行能力低10-15%，而自由流速度却没有类似影响。

分析人员若考虑这种影响，在分析中使用当地驾驶员的数据。

13.2.6服务水平

对于服务质量来说，尽管驾驶员最关心的是速度，但是，在交通流中的行车自由度以及车辆间相互靠近的程度也