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总论
目录
第一章总论1
1.1引言1
1.1.1手册编写背景1
1.1.2通行能力分析的主要作用2
1.1.3分析层次2
1.1.4手册编写原则3
1.1.5地区划分3
1.2基本定义3
1.2.1公路设施的类型3
1.2.2通行能力4
1.2.3服务水平8
1.3交通流特性11
1.3.1交通流关键参数11
1.3.2路段交通流特性14
1.3.3交叉口交通流特性16
第一章总论
1.1引言
公路通行能力反映了公路设施在保持规定的运行质量前提下所能疏导交通流的能力，是公路规划、设计和运营、管理的重要参数。
本手册为公路规划、设计和运营、管理人员提供完整的通行能力分析指南，可作为《公路工程技术标准》（JTJ001-97）和《公路路线设计规划》（JTJ-011-94）的配套使用手册。
1.1.1手册编写背景
国外从本世纪50年代开始进行对通行能力研究，一直持续至今，取得了大量的研究成果，其中美国运输研究委员会（TransportationResearchBoard，以下简称TRB）的研究工作最具系统性和代表性。
从1950年第一部《道路通行能力手册》（简称HCM）出版至今，随着交通工具的更新、交通设施的发展，几乎每隔15年再版一次。
特别是于2000年编写的第四版《手册》，吸收了世界范围内最新的研究成果，引入了交通流仿真模型和智能交通技术ITS，丰富了通行能力研究的实验手段。
其他一些发达国家和发展中国家也以美国《HCM》为蓝本，结合各国具体的交通流特性，编写了各自的《道路通行能力手册》。
我国对通行能力的研究始于80年代初，1984年交通部公路科学研究所联合八省市的公路交通部门进行了“混合交通双车道公路路段设计通行能力”研究。
与此同时，市政工程部门联合北京工业大学、东南大学、同济大学等一些大专院校，也先后对城市交叉口的通行能力进行了分析研究，湖南长沙交通学院还应用交通熵的理论对混合交通的交通组成特性进行了探索性研究。
进入90年代，1995年世界银行也将道路通行能力研究作为河北、河南两省贷款项目——石安高速公路技术援助项目的一部分，并聘请了10位国、内外咨询专家，重点对双车道公路、无信号控制与信号控制交叉口开展了较大规模的研究。
但这些研究都是地方性的、分散的，未能形成通行能力的理论核心与框架，因而难以作为修订标准和规范的技术依据。
为此，在前期研究的基础上，“九五”期间国家计委立项对“公路通行能力研究”进行了专项科技攻关，针对我国的交通组成、车辆动力特性以及驾驶员行驶特征，在北京、河北、河南、辽宁、四川、新疆和广东等六省一市对各类公路设施的通行能力进行了较全面、深入的研究，并分别开发了各类交通设施的数据处理软件以及计算机仿真模型。
以科技攻关成果为技术支撑，同时参考借鉴美国2000年版《手册》的部分内容，编写我国首部《公路通行能力手册》，以期科学地指导公路规划、设计、运营和管理。
1.1.2通行能力分析的主要作用
公路通行能力作为公路规划、设计与管理的基本依据，贯穿于我国公路工程建设的各个阶段。
通行能力分析的主要作用可以概括为以下四方面：
1）用于公路规划设计
Ø确定公路等级的主要的依据
根据设计小时交通量和公路设计通行能力的对比，可以提出所设计公路的技术等级，所需的车道数，以及是否需要设置爬坡车道等。
Ø设计长度内总体服务水平的分析
高速公路和一级公路各组成部分（基本路段，匝道及交织区）通行能力和服务水平的分析计算后，可得到每一组成部分的服务水平级别，以了解全线服务水平的差别情况，并从整体出发，作出几何设计上的调整、改进，并消除潜在的瓶颈。
2）用于交通运行分析，评估现有公路网承受交通需求的适应程度，并通过交通量预测及投资效益和环境影响等的评估，规划公路网改善的规模，建设项目和实施步骤。
3）对现有的或潜在的瓶颈路段进行服务水平分析和交通量预测，提出改善交通运行质量的公路工程和交通管理措施。
4）用于交通管理，根据预测交通量增长情况和分析运行质量变化情况，计划好各阶段交通管理措施。
1.1.3分析层次
根据公路建设的工作阶段和通行能力分析目的，按要求不同，《公路通行能力手册》在两个层次上展开对公路设施通行能力的分析：
1）运行状况分析：
其目的是在现有的或规划的交通需求下，确定交通流的运行状况，以及公路设施所能提供的服务水平等级，计算实际道路条件下的通行能力，以及在保持某一特定运行状况的前提下所能通过的最大服务流量。
通过运行分析，可以发现现有交通设施的问题，并寻找解决问题的办法，正确评价公路运行状况，为公路交通管理部门制定正确的交通管理措施提供依据，保证公路处于良好的运行状况。
2）规划和设计分析：
其目的是确定公路设施的几何参数。
在规划、设计阶段，计算在特定的运行状况条件下，承担给定交通量所需要的公路设施几何参数，如车道数、行车道宽度、平交类型等，并预测其它一些设计要素（如预留中央分隔带、调整路肩宽度、设置爬坡车道）对通行能力和运行特性的影响。
规划分析与设计分析的根本目的是一致的，但由于规划分析交通资料仅有规划年的年平均日交通量（AADT），其他必要的分析参数则由分析人员假定或采用推荐的默认值，所以与设计分析相比，规划分析相对比较简单。
1.1.4手册编写原则
“公路通行能力手册”不仅要提供各种公路设施的通行能力分析方法，更重要的是对公路通行能力进行系统的论述。
本次手册编写工作是我国首次对公路通行能力编写手册，所以最根本的是要建立系统、科学、全面的结构层次，使手册在内容上尽量覆盖通行能力全部研究领域，并且特别强调手册的总体结构，在满足表述清晰的同时还能符合手册不断发展的需要。
在内容上，以现有研究成果的为基础，突出重点。
重点编写公路路段和无信号交叉口部分，其他内容则在借鉴国外相关经验的基础上进行编写。
手册的内容和形式注重实用性和可操作性，并为使用人员提供了丰富的算例，使之更易使用、满足各有关部门和各层次人员的相关需求，为公路规划、设计及工程可行性研究、交通控制与管理提供依据。
1.1.5地区划分
本手册将全国按地理位置和交通特性划分为东、中、西部三大地区，具体划分见表1—1。
表1-1东、中、西部地区的划分
地区
包括省市
东部
北京、天津、河北、辽宁、山东、江苏、浙江、上海、福建、广东、广西、海南
中部
山西、内蒙、吉林、黑龙江、安徽、江西、河南、湖北、湖南
西部
四川、重庆、贵州、云南、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏、新疆
1.2基本定义
1.2.1公路设施的类型
公路交通设施，按照交通特性可分为连续流和间断流交通设施两大类：
1）连续交通流交通设施（以下简称连续流），没有如交通信号等固定因素从外部来导致交通流的中断，交通流状况是交通流内部各车辆之间相互作用和影响以及道路几何构造、环境条件等对车辆作用和影响的结果。
在这些道路设施上，交通流状态是车辆相互之间，以及车辆与公路线形、公路环境之间相互影响的结果，而没有停车或让路一类的交通标志，也不会由于信号灯控制平面交叉而中断车流。
2）间断交通流交通设施（以下简称间断流），这类交通流设施是指由于外部条件而导致交通流周期性中断的交通设施，导致间断流的主要设施装置包括交通信号、停车标志和其他类型的管制设备。
不管车流量多大，这些设施会导致交通流产生周期性的停止或车速明显的减慢。
连续流和间断流描述的是交通设施的类型，而与交通设施内部交通流性质无关。
因此，一条高度拥挤的高速公路，尽管交通流状态已经不稳定了，但高速公路设施仍然是“连续流交通设施”。
因为，此刻的交通拥挤是源于交通流内部的相互干扰，而不是由于外部设备所导致。
对于中断性交通流的道路设施，其通行能力不仅受到几何构造等的限制，而且还受到交通流中各行驶方向车流有效利用道路设施的时间的限制，连续流交通设施的通行能力则不受时间利用的限制。
本手册提供的通行能力分析方法适用于表1-2所示的公路设施类型。
表1-2公路设施型式表
连续流交通设施
间断流交通设施
Ø高速公路
—基本路段
—交织区
—匝道（包括匝道-主线连接处）
Ø多车道公路（一级公路）
Ø双车道公路路段
Ø信号控制平面交叉口
Ø“停”“让”标志控制的无信号交叉
—十字交叉口
—T型交叉口
—环形交叉口
Ø收费站
1.2.2通行能力
公路交通设施的通行能力，定义为在一定时段和通常的道路、交通与控制条件，以及规定的服务质量要求下，能合理地期望车辆通过车道或道路的一点或均匀断面上的最大小时流率。
其中，以下几个问题需要明确：
1）通行能力是指特定时段内讨论的。
通常该时段为15分钟，此为稳定交通流的最短存在时间，通常以15分钟作为研究交通流模型和交通量与运行质量相互关系的时间间隔。
2）通行能力是在通常的道路、交通和管制条件下的道路的一点或均匀断面基础上来讨论的。
而道路条件包括车道数量、车道宽度、几何线形、横断面形式等内容；交通条件主要包括交通组成、驾驶员总体特征等；管制条件包括限速标志、停车标志、让车标志、信号控制等。
以及道路的一点或均匀断面，只有这些条件确定下来以后，交通设施的通行能力才能确定。
所有这些条件的变化都将导致通行能力的变化。
3）通行能力是在合情合理的条件下讨论的。
所谓合情合理是指的一个统计意义上的概念，通行能力实质上是一个统计值，是指在交通需求充足的高峰期间交通设施能反复达到的某个交通流率。
通行能力值绝对不是指交通设施在特定时段达到的最大流率，因为绝对的最大流率在每一天、每一个地方都各不相同，而是在特定条件下“合情合理”地经常出现的最大流率。
4）通行能力分析必须与运行质量相联系。
通行能力分析的目的之一是估算已知公路设施所能通行的最大交通量。
由于交通设施在达到或接近其通行能力时，交通状况通常处于不稳定状态，运行质量很差，道路设施很少以此作为规划或设计的依据。
因此，通行能力分析必须与交通运行质量联系起来，以保证在一定年限内交通流的稳定运行。
由于不同公路设施的道路条件、交通条件等几乎都不相同，在具体应用时需要有一种不同公路的通行能力均能与之对比的基本参照通行能力，因此，公路通行能力按使用性质可分为理想通行能力、实际通行能力和设计通行能力三种。
（1）理想通行能力
在理想的道路、交通、控制和环境条件下，一条车道的均匀路段或典型横断面上，道路在特定时段内（通常为15min.）所能通过的最大标准车辆小时流率，也称基本通行能力。
其中，理想条件是指天气良好、路面状况良好、道路使用者熟悉交通设施且道路中没有任何障碍。
理想条件原则上是指对条件更进一步改进时也不能提高通行能力的条件。
对于连续流交通设施（图1-1）和间断流交通设施（图1-2）的理想条件分述如下：
连续流交通设施的理想条件包括：
●车道宽3.75m；
●行车道外边缘线与右侧障碍物之间的净宽为1.75m、距左侧障碍物之间的净宽为0.75m；
●多车道公路的设计速度≥100km/h；
●交通流中只有小客车，没有其他类型车辆；
●平原地形；
●双车道公路中没有禁止超车区；
●没有行人和自行车的干扰；
●没有交通控制或转弯车辆干扰直行车的运行。
图1-1连续流交通设施
交叉口引道的理想条件包括：
●车道宽3.75m；
●引道坡度为零；
●交叉口引道上没有路边停车；
●交通流中只有小客车；
●驾驶行为规范、冲突车流遵守优先规则
●没有自行车和行人干扰。
图1-2交叉口引道
（2）实际通行能力
已知的公路设施在实际或预计的道路、交通及控制条件下，该组成部分的某车道或条件基本一致的横断面上，道路在特定时段内（通常为15min.）所能通过的最大车辆小时流率。
在混合交通的公路上，通行能力以实际车辆数，辆/h作为计量单位。
（3）设计通行能力
在预计的道路、交通和管制条件下，有代表性的一条车道均匀路段或典型横断面上，在所选用的设计服务水平下，设计道路在特定时段内（通常为15min）所能通过的最大车辆小时流率。
在混合交通的公路上，通行能力以标准车折算数，即小客车/h作为计量单位。
三种通行能力的定义分别是基于道路、交通管制条件和选用的服务质量要求。
基本通行能力与设计通行能力的主要区别在于前者是在理想条件下的，而后是在实际（或预计）条件下的通行能力；而实际通行能力与设计通行能力的主要区别在于前者是在不论运行质量情况下的，而后者是在所选用服务水平条件下的通行能力。
因此，通行能力分析既常用确定交通设施在规定的运行质量条件下所能承受的最大交通量；也可通过通行能力分析了解特定交通需求下，公路交通设施的运行质量，这样将公路规划、设计及交通管理等与运行质量联系起来，能更加合理的使用公路建设资金、提高公路工程和汽车运输的综合经济效益。
虽然3种通行能力的划分，并不能完全表达交通运行状况与通行能力的关系，而且在美国通行能力手册中早已取消了这种定义，但考虑到我国工程设计人员的多年习惯，并与技术标准中的适应交通量指标相对应，因此，本手册仍沿用了这3种定义。
1.2.3服务水平
服务水平是衡量交通设施提供的运行质量好坏的定性指标。
服务水平定义为衡量交通流内的运行条件及其为驾驶员和乘客提供服务质量的一种衡量指标，通常与行车速度、行驶时间、驾驶自由度、交通阻塞程度以及舒适和方便程度等因素有关。
需要指出的是，因交通安全程度与许多因素有关，故服务水平并没有考虑安全因素。
本手册根据交通流状态，将服务水平分为四级，四级服务水平的定性规定如下：
一级服务水平，交通流处于自由流状态。
交通量小，速度高，行车密度小，驾驶员能自由或较自由地按照自己的意愿选择所需速度，行驶车辆不受或基本不受交通流中其他车辆的影响。
超车需求远小于超车能力，被动延误少。
在交通流内驾驶的自由度很大，为驾驶员、乘客或行人提供的舒适度和方便性非常优越。
图1-3表现了一级服务水平下的交通流状况。
二级服务水平，交通流状态处于稳定流的中间范围，驾驶员基本上按照自己的意愿选择行驶速度，但是开始要注意到交通流内有其他使用者，并可能影响到行驶速度的选择。
相对于一级服务水平而言，交通流中驾驶的自由度较略有下降。
因为交通流中其他使用者的存在，开始影响部分操作，交通设施所提供的舒适和方便程度已经下降。
图1-4表现了二级服务水平下的交通流状况。
三级服务水平，交通流处于稳定流范围下限，但是车辆运行明显地受到交通流内其它车辆的相互影响，速度和驾驶的自由度受到明显限制。
在交通流中驾驶，要求部分驾驶员切实提高警惕。
总的舒适度和方便性明显下降。
图1-5表现了三级服务水平下的交通流状况。
图1-3一级服务水平下交通流状况（连续流）
图1-4二级服务水平下交通流状况（连续流）
图1-5三级服务水平下交通流状况（连续流）
四级服务水平，分为上下两半部分。
其中上半部分的运行条件等于或接近通行能力值。
所有车辆的速度都降到很低，但运行速度相对一致的水平，交通流中驾驶的自由度极少，为了适应这种驾驶，一般需要强迫行人或车辆让路。
舒适和方便程度极差，驾驶员和行人受到的阻碍一般都很大。
在这个水平上运行通常不稳定，因为交通流中流量稍有增大或微小波动，都会引起交通阻塞。
图1-6反映了四级服务水平上半部分的交通流状况。
下半部分是通常意义上的强制流或阻塞流。
这一服务水平下，交通设施的交通需求超过其允许的通过量，车流排队行驶，队列中的车辆出现停停走走现象，运行状态极不稳定，可能在不同交通流状态间发生突变。
图1-6四级服务水平上半部分交通流状况（连续流）
图1-7四级服务水平下半部分交通流状况（阻塞流）
本手册中提供的四级服务水平与美国HCM的六级服务水平相比，一级相当于A级，二级相当于B级、三级相当于C级和D级，四级相当于E、F两级。
以上定义主要是针对连续流的概念性描述。
对于间断流交通设施的服务水平，按照使用者对服务质量的感受和服务水平运行质量评价指标这样两个条件去衡量，因交通设施不同而有很大的差别，这里不再一一论述，而在相应章节进行具体详细的描述。
由于各种交通设施中能够敏感地反映交通运行状况和质量的指标不尽相同，以及有效资料不足，故不能同时用上述诸因素来量度服务水平和划分服务水平等级。
因此，手册根据指标对交通运行状况和运行质量的敏感程度，选择了能反映交通设施运行质量的参数作为衡量该交通设施服务水平的评价指标。
表1-3列出了用于确定各种设施服务水平的评价指标。
表1-3确定服务水平的效率指标
交通设施类型
评价指标
高速公路
高速公路基本路段
密度（辆小客车/km/车道）
交织区
密度（辆小客车/km/车道）
匝道与主线连接点
密度（辆小客车/km/车道）
一般公路
一级公路
密度（pcu/km/ln）
双车道公路
延误率（%）
平均行程速度（km/h）
无信号交叉口
平均延误（s/veh.）
信号交叉口
平均延误（s/veh.）
收费站
平均延误（s/veh）
1.3交通流特性
1.3.1交通流关键参数
表征交通流特性的关键参数有：
速度、交通量和车流密度。
（1）速度
用单位时间通过的距离表示，通常为km/h。
在表示交通流的速度特性时，因为在交通流中观察到的速度分布通常比较离散，所以一般采用速度的统计特征值来表示。
本手册所用的速度标准是平均行程速度（averagetravelspeed），这是因为在计算该值的过程中，很容易观测交通流中单个车辆的行程速度，并且在统计学上，该速度值最适合用来讨论与其他变量之间相互关系。
计算平均行程速度系采取道路的一段长度
，除以车辆通过该路段的平均行程时间。
因此，如果有
辆车，通过路段的长度为
，测得车辆的行程时间为：
则平均行程速度可按式（1-1）进行计算。
式（1-1）
其中，
——平均行程速度，km/h；
——公路路段长度，km；
——第i辆车通过该路段的行程时间，h；
——观测行程时间的次数。
值得注意的是：
1）计算中使用的行程时间包括观测路段中由于设备中断或交通拥塞引起的停车延误，该时间是指通过观测路段的总的行程时间。
2）注意平均行程速度与平均行驶速度（averagerunningspeed）的区分。
平均行驶速度是距离除以通过此距离的平均行驶时间，平均行驶时间只包括车辆处于运动中的时间。
虽然对于在非阻塞条件下运行的连续流设施，平均行程速度和平均行驶速度是相等的，但是从概念上应该对二者有明确区分。
同时，二者都可以认为是区间平均速度，在统计意义上，都是计算一定区间内的平均速度。
3）通行能力分析中，实测平均行程速度时，最好通过观测车辆驶过公路的时间来进行计算。
而区间长度的选取，对于稳定流范围内运行的连续流交通设施，所取长度应为100m以上，便于观测；对于间断流交通设施，观测路段长度应该包括相关的交通中断点。
4）利用雷达测速仪或其他设备可观测地点速度，地点速度的算术平均值就是时间平均速度。
时间平均速度通常比相应的区间平均速度大1~7km/h，但随着速度的提高，两者之间的差异变小，即区间平均车速接近于时间平均车速。
时间平均速度通常不适于评价间断流交通设施，因为交通中断所损失的运行时间是评价间断流交通设施重要组成部分。
另一方面，通过计算地点速度的调和平均值，可以得到区间平均速度，也就是说可以通过地点车速计算区间速度。
在第二章中对时间平均速度和区间平均速度之间的关系将作进一步的讨论。
（2）交通量和流率
交通量和流率都是描述规定时间间隔内，通过一条车道或道路某一断面的车辆数的度量值。
具体定义如下：
交通量：
在已知时间间隔内，通过一条车道或道路某一点或某断面的车辆总数。
可分为年交通量，日交通量，小时交通量或不足一小时时段的交通量，如15分钟交通量、5分钟交通量等。
流率：
在给定不足1小时的时间间隔（通常为15分钟）内，通过一条车道或道路的指定断面的当量小时流率。
交通量与流率之间的区别很重要，交通量是在一段时间间隔内，通过一点的观测或预测的实际车辆数。
流率则表示按照不足一小时观测间隔的交通情况，通过一点的小时当量的车辆数，以不足1小时时段观测的车辆数，除以观测时间（单位为小时），即得到流率。
如果在15min内观测到的交通量为100辆，则小时流率为400辆/h。
以表1-4为例说明两种度量的差别。
在四个连续15min时段内观测了交通量，1小时的总交通量为各时段交通量之和即4300辆/h，然而流率在每个15min时段内都各不相同。
在流量最大的5:
15~5:
30时段内，流率是4800辆/h。
应注意，实际上并没有4800辆车真正通过观测点，而是说如果按照5:
15~5:
30的交通情况持续1小时，通过该观测点的交通量应该是4800辆。
可见，流率能更细致地反映交通量的波动情况，也更便于相互比较。
表1-4交通量与小时流率之间的区别
时间段
交通量
小时流率（辆/h）
5:
00~5:
15
1000（辆/15分钟）
4000
5:
15~5:
30
1200（辆/15分钟）
4800
5:
30~5:
45
1100（辆/15分钟）
4400
5:
45~6:
00
1000（辆/15分钟）
4000
小时交通量（5:
00~6:
00）
4300（辆/h）
最大小时流率4800（辆/h）
通行能力分析中，高峰时间的流率非常重要。
在上例中，如果公路路段的通行能力是4500辆/h，那么在峰值15min的流量时段内，当车辆以4800辆/h的流率到达，交通就会出现阻塞。
可见，尽管整个小时的交通量小于通行能力，但是由于高峰时段的出现，却可能导致交通阻塞，而消散这种阻塞的过程将持续几个小时，使交通流状况不可能出现按照1小时进行分析而得出的情况。
因此，通行能力分析中通常采用高峰时间的流率，而并非1小时的交通量。
高峰流率与小时交通量之间通常使用高峰小时系数产生联系。
高峰小时系数定义为整个小时交通量与该小时内最大15分钟的流率之比，计算公式如式（1-2）所示。
该值是一个0~1之间的小数，越接近1，表示该时段内的交通量变化越平稳；而该值越小，说明该时段内的交通量变化越剧烈。
式（1-2）
如果采用15分钟时段计算高峰流率，PHF按式（1-3）计算。
式（1-3）
其中，
——高峰小时系数；
——小时的交通量，辆/h；
——在高峰小时内高峰15分钟期间的交通量，辆/15分钟。
（3）密度
密度的定义是指单位长度的车道或道路中的车辆数，单位为辆/km，通常是指一定时间段内单位长度的车道或道路中车辆数的平均值。
密度是描述交通流运行状态的重要参数。
它可以直观地反映车辆之间相互接近的程度，反映驾驶员操作的自由度。
密度的观测方法通常有两种：
1）摄像法：
选取制高点，对具有相当长度的一段公路进行高空摄像，可以获得密度观测值。
2）计算：
通过平均行程速度
和流率
计算密度，如式（1-4）：
式（1-4）
其中，
——流率，辆/h；
——平均行程速度，km/h；
——密度，辆/km。
例如，某公路路段的交通流率为1000辆/h，平均行程速度50km/h，则其密度为
=20辆/km。
1.3.2路段交通流特性
式（1-4）描述了路段交通流三个参数之间的基本关系式。
尽管单从这个基本关系式来看，当流率确定时，理论上可能出现无穷多组速度和密度的组合。
但是，由于速度、密度和流率之间存在着内在联系，使这三者表现出图1-8所示的关系。
图1-8速度、密度和流率关系图
图1-8表现了连续流交通设施中速度、密度和流率的基本关系，这是连续流通行能力分析的理论基础。
应该注意的是，这些关系是一般形式，针对不同的交通设施，这些曲线的确
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