View
175
Download
12
Tags:
Embed Size (px)
Citation preview
1
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Introduction to Traffic
Engineering
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Traffic Engineering
Definition: Branch of civil engineering that uses
engineering techniques to achieve safe, efficient,
and economic movement of people and goods.
Traffic Engineers: manage, organize, and control
the actual movement of vehicles and pedestrians
on the facility.
Basic Components in Traffic Engineering:
• Road users (driver, pedestrian, cyclists)
• Vehicles
• Roads and highways
• Control Devices
2
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Traffic Flow
Characteristics
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
The theory of traffic flow can be defined as:
A mathematical study of the movement of vehicles
over road network.
Definition of Traffic Flow
3
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
1. SPEED (V)
2. VOLUME (q) = FLOW
3. DENSITY (K)
1. HEADWAY (h)
2. SPACING (S)
3. OCCUPANCY ( R )
4. CLEARANCE (C )
5. GAP (g)
Traffic Flow Parameters
Primary Parameters
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
6
Traffic Flow Parameters
1. Speed
• In a moving traffic flow, each vehicle travels at a different speed.
• Thus, the traffic stream does not have a single characteristic speed but rather a distribution of individual vehicle speeds.
• From the distribution of vehicle speeds, a number of “average” or “typical” values may be used to characterize the traffic stream as a whole.
4
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
7
Traffic Flow Parameters
Speed (contd..)
• Average or mean speeds can be computed in two different ways:
1. Space Mean Speed (SMS) is defined as the average speed of all vehicles occupying a given section of a highway over some specified time period.
2. Time Mean Speed (TMS) is defined as the average speed of all vehicles passing a point on a highway over some specified time period.
• Time mean speed is a point measure, while space mean speed is a measure relating to a length of highway or lane.
it
nd
nit
dSMS
nitd
TMS
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
8
Traffic Flow Parameters
Speed (contd..)
• where, d is the distance traversed, n is the number of travel times observed and ti is the travel time for i-th vehicle.
it
nd
nit
dSMSandn
itd
TMS
5
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا 9
Traffic Stream Parameters
Speed (contd..)
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا 10
Traffic Stream Parameters
Speed (contd..)
it
nd
nit
dSMS
nitd
TMS
6
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
SPEED ( V )
Rate of motion ( Distance / Unit time)
There are 3 more types of speeds:
3- Spot Speed
يمكن مالحظتها على عداد السيارةوالتىالسرعة اللحظية
4- Running Speed
السرعة مقاسة على أساس زمن الحركة فقط
5- Overall Speed
السرعة مقاسة على أساس الزمن الكلى للرحلة متضمنا التأخيرات
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
12
Traffic Flow Parameters
Volume and Flow
• Volume is defined as the number of vehicles that passa point on a highway, or a given lane or direction of ahighway, during a specified time interval.
• Usually expressed as vehicles per unit time, forexample, vehicles per hour or vph.
• Rate of Flow is the equivalent hourly rate at whichvehicles pass a point on a highway lane during a timeperiod less than 1 hour.
7
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
13
Traffic Flow Parameters
• Volume and Rate of Flow are two different measures.
• Volume is the actual number of vehicles observed or predicted to be passing a point during a given time interval.
• Rate of flow represents the number of vehicles passing a point during a time interval less than 1 hour, but expressed as an equivalent hourly rate.
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
14
Traffic Flow Parameters
• A volume of 200 vehicles observed in a 10-minute
period implies a rate of flow of:
(200 x 60)/10 = 1200 veh/hr
• Note that 1200 vehicles do not pass the point of
observation during the study hour, but they do pass
the point at that rate for 10 minutes.
8
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Density or Concentration
• It is defined as the number of vehicles occupying
a given length of a roadway, averaged over time,
usually expressed as vehicles per mile (veh./mi)
or vehicles per mile per lane (v/mi/ln).
q = v * k
where:
q = rate of flow (veh/hr)
v = average travel speed (mph)
k = average density (veh/mi)
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Density
No of vehicles/Distance
Density
9
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Spacing (s)
• Front bumper to front bumper distance
between successive vehicles
S1-2S2-3
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Spacing
Spacing
10
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
T=0 sec
Headway (h)
• Time between successive vehicles
passing a fixed point
T=3 sec
h1-2=3sec
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Clearance and GapClearance: is defined as the distance
between successive vehicles in a traffic
stream as measured from front bumper of the
behind vehicle to back bumper of the front
vehicle
Gap: is the corresponding time between
end of the front vehicle and front of the behind
vehicle
11
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Clearance (c) and Gap (g)
• Front bumper to back bumper distance
and time
Spacing (ft) or headway (sec)
Clearance (ft) or Gap (sec)
Clearance (ft) = (spacing) – (average vehicle length)
Gap (sec) = (headway) – (time equivalence of the average vehicle length)
Gap: is the corresponding time between end of
the front vehicle and front of the behind
vehicle
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Clearance
Clearance
12
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Lane Occupancy
• Ratio of roadway occupied by vehicles
L1L2L3
D
D
L
LO i
i
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
• Speed (v) – ft/sec or mph
• Flow (q) – veh/sec or vph
• Density (k) – veh/ft or vpm
• Spacing (s) – ft/veh
• Headway (h) – sec/veh
• Clearance (c) – ft/veh
• Gap (g) – sec/veh
Remember, units are critical!
Units
13
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Fundamental Relationships
• q = k v
(veh/hr) = (veh/mi) (mi/hr)
• h = 1 / q
(sec/veh) = 1 / (veh/hr) (3600)
• s = 1 / k
(ft/veh) = 1 / (veh/mi) (5280)
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Types of Facilities
• Uninterrupted flow
• Freeways
• Multilane highways
• Two-lane highways
14
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Types of Facilities
• Interrupted flow
• Signalized streets
• Un-signalized
streets with stop
signs
• Transit lanes
• Pedestrian
walkways
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
35
Speed, Flow and Density Relationship
• Assume
• We have
BkAv
2BkAkkvq
B
vv
B
A
B
vAvq
2
Jam Density
A/2
q=kv
Jam Density
15
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
37
General properties for any
traffic flow model
• Need to satisfy four boundary conditions
• Flow is zero at zero density
• Flow is zero at maximum density
• Mean Free-Flow Speed occurs at zero density
• Flow-density curves are convex
(i.e. there is a point of max flow)
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا 38
Connections between speed,
density and flow• A: almost zero density, free-flow speed, very low
volume
• B: increased density, reduced speed, increased
volume
• C: increased density, reduced speed, max volume
• D: jam density, min speed (crawling), very low
volume
16
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
39
Traffic Stream Parameters
Since a given flow may occur under two completely
different operating conditions (stable and unstable),
volume or rate of flow cannot be used as a measure
describing the operational quality of the traffic
stream.
Speed and density, however, are good measures of
the quality of operations, as both uniquely describe
the state of the traffic stream.
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Greenshield’s Model
• Assume a linear relationship between v and k:
High Density = Low
Speed
Low Density =
High Speedvf
kj
kk
vvv
j
f
f
17
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Greenshield’s Model
K
Q
Max flow
qmax
K0 Kj
vf v0
2kk
vkvq
j
f
f
kk
vvv
j
f
f
المنصورة-قسم الهندسة المدنية –معهد مصر العالي للهندسة والتكنولوجيا
Greenshield’s Model
Q
V
Max flow
Qmax
Vf
V0
1/k0
Density=inverse of slope