道路通行能力研究现状与发展综述

道路通行能力研究现状与发展综述

道路通行能力研究现状与发展综述 篇1

道路通行能力研究现状及发展综述

张亚平，裴玉龙

（哈尔滨工业大学 交通科学与工程学院，黑龙江 哈尔滨 150090）摘要:道路通行能力分析与交通量适应性分析，作为道路交通建设的一项基础性工作，主要用于确定公路建设的合理规模及合理建设模式，也是公路网规划，公路工程可行性研究、道路设计、公路建设后评估等的重要理论依据。介绍了国内外有关道路通行能力的研究现状，提出了通行能力研究的攻关目标和需要解决的关键技术，探讨了道路通行能力研究的发展方向，并指出了目前中国道路通行能力研究存在的问题与不足。

关键词:道路、通行能力、现状、发展趋势

Traffic capacity research situation and development thinking Abstract:Road traffic capacity and traffic adaptability analysis, as a basic task of the construction of road traffic, is mainly used to determine the reasonable scale of highway construction and reasonable construction pattern, and road network planning, highway engineering feasibility study, road design, road construction after evaluation, etc.The important theory basis.Introduced the research status of traffic capacity at home and abroad, puts forward the research target of capacity research and the need to solve the key technology, the development direction of traffic capacity were discussed, and points out the problems existing in the current research of China road traffic capacity and insufficient.Key words:Road, traffic capacity, the present situation and development trend

交通运输无论是过去、现在和将来，都是人类进步的重要物质基础。随着改革开放的深化,中国的国民经济实力不断增强,交通运输也得到空前迅猛发展.截止2000年底，中国公路总里程为1.4×106km，高速公路1.6×104km，仅次于美国、加拿大，居世界第三位。根据交通部“十五”计划和2020年长远规划，在最近的十多年间，中国的公路里程还将大幅度增加，到2010年和2020年，中国公路通车里程将分别达到1.8×106km和2.3×106km，其中，高速公路分别达到3.5×104km和5.5×104km，二级以上公路比重达到20%和25%。高速公路建设投资巨大，每公里造价高达2000~5000万元，建造一座普通立体交叉口需投资200~1000万元左右。而道路基础设施建设的主要决策依据为预测交通量及道路设施的通行能力。由于中国目前还没有科学的通行能力分析方法与标准体系，道路设施通行能力的分 析不够准确。导致公路建设标准过高或平行建设，以致建设资金超前投入而造成巨额经济损失。此外，由于对某些已有道路或交叉口的通行能力估计过高，使得在交通严重阻塞时仍得不到改建，或在建成后不久就产生严重交通阻塞而影响公路运输效率，造成巨大经济损失。因此，合理确定公路建设的规模和标准，将是公路建设中成本控制的关键，而确定公路建设规模与标准和设计总体方案的重要依据之一便是道路通行能力。

作为道路交通建设的一项基础性工作，通行能力分析与交通量适应性分析，不仅可以确定公路建设的合理规模及合理建设模式，还可为公路网规划、公路工程可行性研究、公路设计、公路建设后评估等方面提供更为科学的理论依据。“国内外研究概况

1.1 国外研究概况

道路通行能力研究始于美国，从20世纪40年代起，尤其是二次世界大战结束以后，美国加速建成了全国公路网，并对公路的规划、设计、修建养护及营运管理中出现的问题，开始道路通行能力研究。1950年美国交通研究委员会（TRB）出版了《道路通行能力手册》（简称HCM）第一版，随后于1965年修订出版了第二版HCM。1985年第三版 HCM问世。与前两版相比，第三版除详细论述了公路与城市道路的通行能力外，又增加了分析高速公路、自行车道、人行道和无信号交叉口等交通设施通行能力的内容。随着时间的推移，车辆拥有量、交通条例和交通行为均发生了变化，美国的道路通行能力手册仍在继续修订中。1994和1997年又先后对第三版进行了修订。2001年又再次修订出版了新的HCM（命名为HCM2000）,并以车流密度作为评定道路服务水平等级的主要影响因素。事实上!随着交通运输业的飞速发展，道路通行能力的标准一直在不断地进行调整，通行能力的指标也在不断提高。如早期版本的HCM 将高速公路通行能力标准定为1400veh/h/ln，1985年版才定为2000veh/h/ln。而国外有关专家通过对最新的观测结果分析后建议，高速公路的通行能力应较原建议值2000veh/h/ln高200~300veh/h，并认为随着车辆性能的不断提高，道路设施的逐步完善，高速公路的通行能力标准宜作相应的调整。加拿大、法国等西方国家已采纳这一建议，美国1994年版HCM 也已将新的标准提高到2200~2300veh/h/ln。

继美国之后，许多西方发达国家如英国、法国、德国、瑞典、加拿大、澳大利亚、日本等国，均根据本国实情组织专门研究队伍开展了这方面的实地调研，编制出版各自的HCM 手册。如1977年，瑞典出版了《瑞典通行能力手册》；1984年加拿大出版了《加拿大信号交叉口通行能力规程》；1986年日本出版了《道路通行能力》1994年，德国出版了《道路通行能力手册》（HBS）。20世纪80~90年代初，一些发展中国家如印度、巴西、印度尼西亚、韩国、马来西亚等国也在各国政府的支持下，对道路通行能力进行研究，编制出适合各自国情的通行能力手册。

随着通行能力研究的深入开展，国与国之间的学术交流也在不断加强。1990年在德国召开了第一届国际道路通行能力研讨会。1994年在澳大利亚举办了第二届国际道路通行能力研讨会，参加该会议的有18个国家，从16个国家中选出了49篇论文出版了论文集，并且有16个国家及世界银行对各自的研究情况进行了报告。1998年在丹麦召开了第三届公路通行能力国际研讨会。同年10月，交通部公路科学研究所和东南大学在南京联合举办了道路通行能力国际研讨会，来自德

国、美国、瑞典等国及国内一些科研院所的专家学者出席了会议。会议对道路通行能力问题进行了专题讲座，并出版了论文集。

1.2 国内研究现状

中国目前的交通状况类似于美国的四五十年代，汽车数量急剧增加!公路建设方兴未艾。但长期以来，由于中国对道路通行能力的研究尚未形成统一系统的方法，缺少适合中国国情的参数、模式和通行能力分析体系，中国通行能力的研究一直是一个薄弱环节。《公路工程技术标准》中所采用的通行能力，基本上沿用了国外的一些研究成果，不能反映中国道路交通的实际运行特性。中国目前的交通组成、管理方式等方面与国外有着明显的差别，国外的研究成果并不能适合中国的国情，不能一味照搬。因此，制定一套适合中国国情的道路通行能力指标体系已刻不容缓。

20世纪80年代以来，国内一些研究单位在引进国外（特别是美国）有关通行能力的研究方法及内容的同时，又对适合中国国情的通行能力及服务水平等方面进行了一些局部性研究，如北京、上海、广东、江西等省市的有关交通科研部门于80年代中期分别开展了混合交通双向双车道公路研究等工作。但这些研究并未纳入统一规划的轨道，未能形成通行能力的理论核心与框架，因此，有必要对中国道路通行能力进行全面系统的研究，形成适合中国国情的通行能力研究方法和指标体系，这己成为中国道路交通领域的决策者和专家们的共识。为此，国家计委于1996年批准立项“国道主干线设计集成系统开发与研究”项目,并由交通部公路科研所、交通部规划设计院、东南大学和北京工业大学四家联合河北、河南、北京、新疆、辽宁和广东等六省市科研设计单位组成联合攻关课题组进行“公路通行能力”专题研究；作为该课题的支撑项目，广东省交通科研所联合长沙交通学院进行“经济发达地区公路交通运行特性和通行能力研究”；辽宁省勘测设计院联合哈尔滨工业大学交通科学与工程学院开展“寒冷地区公路路段交通运行特性和通行能力研究”由河北省交通规划设计院、河南省交通科学技术研究所共同承担，瑞典公路局作为国际咨询专家单位参与的世界银行贷款项目“道路通行能力研究”，则主要针对除高速公路以外的公路路段和交叉口，进行通行能力分析。上述课题均已通过课题鉴定，其研究成果总体达到国际先进水平。目前，有关部门正在组织出版适于中国国情的道路通行能力手册。与此同时，吉林省交通科研所也联合哈尔滨工业大学交通科学与工程学院开展“高等级公路通行能力与运营管理研究”，并于2001年11月顺利通过了专家鉴定$其取得的研究成果已部分应用于交通运营与管理实践中，成效显著。

2、通行能力研究的关键技术和攻关目标

2.1 攻关目标

公路通行能力研究的最终目标是提出适合中国公路交通状况的公路通行能力分析方法、公路通行能力分析指南及其相关计算机软件系统，为有关部门进行公路规划、设计、交通控制与管理及工程可行性研究提供依据。其具体攻关目标如下：

（1）提出中国交通流的运行特性、速度与流量的关系模型以及在不同公路交通

条件下各车型的当量换算方法。

（2）提出高速公路和混合交通二、三级公路的通行能力、服务水平建议值以及

相应的分析方法、数学和计算机分析软件。

（3）提出各种常见类型公路交叉口、匝道’收费站的通行能力建议值以及相应的分析方法、数学模型和计算机分析软件。

（4）编制适合中国国情同时又能与国际接轨的公路通行能力分析指南或手册。

2.2 关键技术

根据上述攻关目标要求及中国公路交通的实际运行状况，通行能力研究中目前主要应解决的关键技术有：

（1）交通流参数采集’数据结构标准化及处理技术；

（2）交通流运行特性模拟技术及模拟模型；

（3）车型当量换算方法及其分析模型；

（4）交通流三参数关系模型及其建模技术；

（5）高速公路通行能力分析模型及其建模技术；

（6）双车道公路通行能力分析及其建模技术；

（7）交叉口通行能力分析及其模拟模型。

通行能力研究涉及交通工程学’道路工程学、心理学、运输经济学、计算机模拟、系统工程学等学科，交叉性较强。系统分析方法在通行能力研究中起着关键的作用。从观测点的分布、实测抽样、计算机模拟分析到通行能力分析、修正、验证、都必须坚持以“系统分析方法为指导”的指导思想，使所编制的公路通行能力手册更科学、更合理，以满足中国近期公路设施建设及远期公路交通现代化管理的需要。道路通行能力研究的发展方向

随着计算机技术的迅猛发展，以计算机为辅助工具，利用其可重复性、可延续性模拟交通运行状况进行道路通行能力分析研究，对于再现复杂交通环境条件下的车流运行特征，弥补观测数据不足，解决交通流车速—流量关系曲线的外延问题等都有着其它方法和手段无可比拟的优势。因此，通过计算机集成和优化，采用模拟预测和实时仿真系统进行分析研究将是通行能力研究的未来发展方向。目前国际上较为流行的四套模拟软件分别是：美国的HCS系统，它与1994年版HCM手册相配套，用于各种交通设施下的交通运行分析；澳大利亚ARRB开发的SIDRA系统，主要适用于各类交叉口的运行分析；瑞典公路局的CAPCAL系统和荷兰公路局的PTDESGN软件，分别为交叉口和环岛的交通模拟模型。其中，以美国的HCS系统应用最为普及，也最具权威。HCS由美国交通运输研究委员会（TRB）研制开发，与HCM 配套使用。该软件由交叉口、干道、公路网等模块组成。数据输入包括交通设施几何参数（车道数和车道宽度等）及交通和道路条件（交通流量、自由流速度、地形条件、道路等级、横向干扰、重车混入率等）；输出结果为各种交通设施通行能力及其相应服务水平和相关图表。硬件配置要求：486以上微机；操作系统：WINDOWS95/NT；硬盘：16MB；显示器：EGA/VGA。HCS系统软件为美国道路运输与交通工程设计、规划与控制提供了良好的服务，发挥了巨大的效用。目前，中国道路交通部门也正在加紧研究和开发适合中国国情的相关模拟软件系统，力争使中国的通行能力研究与国际接轨。

此外，随着道路交通运输的发展，道路通行能力研究理论也在不断丰富和发展。其中，交通流理论的发展和完善体现了其研究的深度和广度。国外在这方面的研究较为深入。如欧美交通工程学者Navin和Hall在20世纪80年代末期首次提出尖

点突变理论解释交通流行为，并建立了相应的突变理论模型，应用于加拿大安大略省哈密尔顿市的伊丽莎白女王大道实测的交通流数据进行验证。实验结果表明”突变理论从三维空间角度解释交通流三参数关系，能够弥补传统的二维平面分析交通流三参数的一些不足之处，突变理论在交通流的应用研究目前仍在不断完善中。中国有关学者也在这方面开展了相应的理论和应用研究。存在的问题与不足

与国外相比，中国交通界在道路通行能力研究方面还存在较大差距，其问题与不足之处主要是：

（1）缺乏成熟的通行能力分析系统软件

到目前为止，还没有成熟的道路通行能力系统分析软件，与国外先进的通行能力分析软件如美国HCS系统相比，在交通模拟与仿真技术方面还不够成熟，且各研究单位各自为政，缺乏联合攻关与合作。

（2）缺乏系统的通行能力指标体系

通行能力研究缺乏系统性，本文1.2节中提到的“公路通行能力研究”项目仅是对公路进行了较为系统的研究，而对于城市道路却缺乏系统性研究。《城市道路设计规范》中有关通行能力指标体系中有些指标与目前城市交通建设飞速发展的步伐已不相适应，需要进行相应调整。因此，即使编制出版了公路通行能力手册或指南，也仍然有所缺憾，无法象美国HCM 那样系统和权威。当然，这与中国交通建设管理体制有关。在中国，公路建、管、养隶属交通部，而城市道路建、管、养隶属建设部。由于部门之间管辖范围和权力有限，这就导致道路通行能力的研究难以真正协调和发展。因此，要求各研究单位部门在有关领导部门的大力支持下联合开展攻关，使中国道路通行能力研究真正实现与国际接轨。

（3）基于ITS的通行能力分析体系亟待研究

随着智能交通系统ITS技术在中国的迅速发展和应用，基于ITS的通行能力分析指标体系需要进行重新论证和定义。尤其是快速路系统通行能力的研究，目前在中国还是一个空白。ITS技术的应用将引起交通流的分布和运动状态发生新的变化，一旦各种ITS控制技术应用到交通系统，交通流中运动车辆之间的间距会进一步缩小，而交通流仍能以一定的稳定速度运动。这将导致传统的通行能力饱和概念发生改变。此外，由于ITS的应用，使得交通流的稳定速度区间扩大，车流变化规律受更多的外部条件影响。因此，传统的流量一速度、速度一密度和流量一密度关系也将发生变化，需要重新研究。目前，国家科技部已将其列入“十五”攻关项目，并组织有关部门，正在全国范围内抓紧进行招、投标工作、开展该方面的研究。