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公路通行能力的测算和车速流量关系的建立
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内容提示：本文采用理论分析与实测数据验证相结合的方法，对不同等级道路的通行能力及不同车型的车速与流量关系进行了较深入的研究，并建立了相应的于公路运输的宏观分析，对用于交通工程分析也有着较好的参考数学模型，可应用价值。
摘要：本文采用理论分析与实测数据验证相结合的方法，对不同等级道路的通行能力及不同车型的车速与流量关系进行了较深入的研究，并建立了相应的于公路运输的宏观分析，对用于交通工程分析也有着较好的参考数学模型，可应用价值。
关键词：公路 通过能力 车速 流量 关系 研究
1 简介
在公路投资分析和交通工程中，经常要用到道路通行能力及车速——流量关系，国外对不同的道路及交通特性条件下车速与交通量及通行能力的关系 做过大量的的研究，其中最有影响的莫过于1965年出版的美国《道路通行能力手册》(Highway Capacity Manual，简称HCM)以及后来的1985年修订本。最近，世界银行又在印度尼西亚开展了一项大规模的公路通行能力研究，其研究结论中不少与HCM的结论相似。
国内在这方面也开展过一些研究，交通部公路科研所完成了双车道公路通行能力研究，交通部公路规划设计院与全国5个省的交通部门协作完成《山区公路技术经济指标》(以下简称《指标》)研究等，《指标》的研究建立了山区低等级公路的车速——流量关系。但从总体上说，这方面研究无论是在深度还是在广度上均是有限的。
1994～1995年，交通部和世界银行联合委托我院及澳大利亚的RUSTPPK公司和蔡摩根公司一道开展了“公路投资优化和可行性方法改善研究”工作，用理论分析与实测数据验证相结合的办法，对不同道路等级的通行能力及不同车型的车速——流量关系做了比较深入的研究，并建立了相应的数学模型。本文将介绍这一研究的主要成果。应当指出，这里建立的车速——流量关系及公路通行能力主要是针对可行性研究中的测算车辆运营成本而建立的，它的应用范围主要是宏观分析。如果用于交通工程分析，则模型还应更细一些，如道路的局部几何条件等均应考虑在内。
2 公路和车辆分类
2.1公路的分类
我国公路目前分为两大类：汽车专用公路和普通公路。汽车专用公路又分为高速公路、一级公路和二级公路；普通公路分为二、三级和四级公路，各类公路的几何要求在《公路工程技术标准》中有严格的定义，这里不再赘述。
2.2 车辆的分类和换算系数
目前我国将汽车分为六类，即小客车、大客车、小货、中货、大货、拖挂，考虑到面包车(包括中巴)和小轿车虽然同属小客车，但它们的动力性能、行驶速度区别较大，在本次研究中又对它们加以区分。各类车辆换算系数(以中型汽车为标准车型)如表1。
表1
车 辆 类 型 | 换 算 系 数 | 车 辆 类 型 | 换 算 系 数 | |
小轿车 | 0.5 | 中货 | 1.0 | |
面包 | 0.5 | 大货 | 1.0 | |
大客 | 1.0 | 拖挂 | 1.5 | |
小货 | 1.0 | 拖拉机 | 1.0 |
3 公路通行能力的测算
公路通行能力是指在给定的道路和交通条件下，公路上的某个断面或某个规定的路段上单位时间内平均能够通过的最大车辆数，一般采用小时为单位，故通行能力一般以每小时能够通过的最大车辆数计。
道路条件是指公路的几何特性，包括车道的数量和宽度、路肩宽度、侧向系宽、设计车速、平面和纵面线型等要素。交通条件是指道路上交通流的特性，包括车型分布、交通量的大小及车流在不同车道上的分布等要素。
在“标准”或“理想”条件下的通行能力为基本通行能力，在这里，我们将符合《公路工程技术标准》的道路称之为满足“标准”条件。一个路段确实能达到的通行能力称为实际通行能力，它是通过考虑道路、交通条件后对基本通行能力修正后获得的。
当实际交通条件与“理想”条件不同时，在本研究中所采取的处理方法是在计算交通量时按换算系数将不同类型的车辆换算成标准中型车，建立车速——流量曲线时分车型进行。在影响通行能力的各种几何条件中，路面宽度是最主要的因素，当路面宽度与《公路工程技术标准》中的要求的宽度不同时，必须对基本通行能力进行修正。公路两侧的商业活动、停车、行人活动等通常称为路边“摩阻”，它们也会对通行能力产生一定的影响，同时，路边“摩阻”也会对车速产生影响。对公路来说，路边“摩阻”对车速的影响比对通行能力的影响要大一些，因此，我们这次采取了修正车速而不修正通行能力的做法。
根据美国《道路通行能力手册》所述，水平直线上的4车道、路面宽为14m的公路路段的理论通行能力为4000标准车/h，或1000标准车/车道/h(2000小汽车/车道/h)，由于我国车辆的动力性能较差及存在着混合交通(这样外侧车道路利用不充分)，理论通行能力将小于这一数字。根据对广佛高速公路观测数据分析，每小时每个车道能力约为800辆中型车，因此，我们以这一数值作为高速公路和一级汽车专用公路的基本通行能力。平原地区路面宽为9m的双车道三级公路的基本通行能力约为1200辆/h中型车，其它各种等级公路的基本通行能力均以这些数据为基础，并考虑车道宽度、计算标准和路肩宽度而测算的。各类公路的基本通行能力见表2 。
汽车专用公路及普通公路基本通行能力 表2
道 路 类 别 | 等 级 | 地 形 | 车道宽度(1) | 路肩宽度 | 通行能力(2) |
汽车专用公路 | 高速公路 | 平原微丘区 | 3.75 | 2.50 | 800 |
山岭重丘区 | 3.75 | 2.5/2.0 | 750 | ||
一级 | 平原微丘区 | 3.75 | 2.50 | 800 | |
山岭重丘区 | 3.50 | 2.5/2.0 | 750 | ||
二级 | 平原微丘区 | 8.00 | 3.00 | 1200 | |
山岭重丘区 | 7.50 | 1.5 | 1100 | ||
普通公路 | 二级 | 平原微丘区 | 9.00 | 3.00 | 1200 |
山岭重丘区 | 7.00 | 0.50 | 800 | ||
三级 | 平原微丘区 | 7.00 | 1.50 | 700 | |
山岭重丘区 | 7.00 | 1.50 | 600 | ||
四级 | 平原微丘区 | 3.50 | 0.0 | 200 | |
山岭重丘区 | 3.50 | 0.0 | 180 |
注：(1)指汽车专用公路单车道宽度或普通公路的双车道宽度；
(2)汽车专用公路和普通公路分别以(标准车/h/车道)和(标准车/h)为单位。
高速公路和一级汽车专用公路的车道宽度是固定的，即在平原微丘区每个车道为3.75m，山岭重丘区为3.5m，因此，不需要做宽度修正。但是，路面宽度对其它公路的通行能力却有着十分重要的影响，当路面宽度与《公路工程技术标准》规定的宽度有出入时，必须考虑采用宽度修正系数对基本通行能力进行修正，亦即：
C=fw*Co
式中：C——实际通行能力；
fw——宽度调整系数；
CO——基本通行能力。
某个等级公路的宽度修正系数是这样测算的：首先测算标准宽度下的基本通行能力，并测算一个假想的4车道、路面宽度为14m的同类公路的基本通行能力，然后采用线性内插法求取修正系数。宽度修正系数fw可以通过下式计算：
fw=aW b
式中：W ——行车道宽度；
a，b——系数，见表3。
宽度修正系数 表3
公路类别 | 等级 | 地形 | a | |
汽车专用公路 | 二级 | 平原微丘区 | 0.22 | -0.778 |
山岭重丘区 | 0.196 | -0.269 | ||
普通公路 | 二级 | 平原微丘区 | 0.250 | -1.250 |
山岭重丘区 | 0.286 | -1.000 | ||
三级 | 平原微丘区 | 0.265 | -0.857 | |
山岭重丘区 | 0.286 | -1.000 | ||
四级 | 平原微丘区 | 0.619 | -1.167 | |
山岭重丘区 | 0.619 | -1.167 |
4 车速——流量关系
4.1 简介
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200603/4126.htm
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