交通量數據是交通工程學中最基本的資料,是道路交通組織獲取信息的主要手段。交通量調查的目的主要包括:通過地點交通量的周期性調查,掌握交通量隨時間推移的變化規律,以預測交通量的發展趨勢;通過區域**通量調查為新建、改建道路的先後順序提供依據;通過對路網交通量的調查為確定設置信號、標誌及采取某種交通管理措施提供論證基礎;此外,通過事前、事後的交通量調查對比,可以評價交通改善措施效果,通過交通量實時調查掌握交通動態,可以進行有效的交通控製,同時,交通量調查可用於推算道路通行能力、計算事故率及道路運輸成本和收入等。
交通量調查的種類根據用途和調查地點不同,有很多類交通量調查,現簡述如下。
①特定地點交通量調查。指為滿足交通管理或信號控製等的需要而在特定地點進行的交通量調查。
②區域交通量調查。指以掌握某一區域的交通量大小及變化為目的,在區域內各不同路段及不同交叉口處進行的交通量調查。
③小區邊界線交通量調查。為對客貨業務繁忙地區,如都市圈等汽車交通量的調查,調查時將地區包圍線(小區邊界線)與進入該地區道路的相交處作為調查點,分別調查進入方向和駛出方向的交通量。
④核查線調查。這種調查是以河流、丘陵、鐵道等地形及地物邊界線或其他人為設立的檢查線為分界線,調查分界線兩側區域相互來往穿過檢查線的交通量。常用於核查OD調查的分布數據。
交通量調查的時間與地點確定
在進行交通量調查前,首先應根據調查的目的和要求,製定調查計劃,對調查工作的內容、方法、所需條件等進行係統、周密的準備、選擇與部署,以使調查工作取得預期的成果。此外,在準備工作中,最主要的是調查區間、時間的選擇和車種劃分的選擇。
1.劃分交通量調查區間
在設置交通量觀測站前,應先將調查區域範圍內的每條幹線和支線劃分為若幹調查區間。每區間隻需設立一個觀測站,其觀測結果即可代表該調查區間路段任意斷麵的交通量。劃分交通量調查區間時一般應按交通量變化大小作為劃分區間的主要依據。
為了管理上方便,劃分區間時應考慮按行政區劃,但在必要時亦可跨區作業。劃分調查區間時,應兼顧觀測站點的設置要求,以便在典型地段能夠設立觀測站點。每條路線區間的劃分應是連續的,即前一區間的終點應是後一區間的起點,因故停止通車的路段可暫停觀測。在無特殊原因的情況下,應盡量保留已確定調查的區間劃分。在劃分調查區間後,應對各調查路段進行統一編號。
2.交通量調查的時間選擇
調查日期、時間、範圍應隨目的不同而異。作為了解交通量全年趨勢的一般性調查,必須選在一年中有代表**通量的時期進行。
從一周來說,最好是星期二到星期五,避開周末及星期日前後。從日期來說,以商業活動比較活躍的日子、非節假日、休息日、無大型文體活動的晴天為宜。如果為了了解交通量的變化趨勢,就應進行全麵的連續調查。
3.調查中車種的劃分
公路交通量調查,將車輛劃分為小客車、中型車、大型車、拖掛車四類,畜力車、人力車、自行車等非機動車,按路側幹擾因素計算,一、二級公路上行駛的拖拉機按路側幹擾因素計算,三、四級公路上行駛的拖拉機需單獨作為調查車種;城市道路調查,將車輛劃分為5種:小型汽車、普通汽車、鉸接車、自行車等非機動車(包括自行車、三輪車、板車、畜力車)、其他車種。
交通量的調查方法
1.人工觀測法
人工觀測法是交通量調查的基本方法,也是我國目前應用最廣泛的一種交通量調查方法。其特點是適用性強、機動靈活、易於掌握,且精度亦高。操作方法主要是安排人員在指定地點按調查工作計劃進行交通量觀測。人工觀測用原始記錄表格配備計數器或劃正字來記錄過往車輛,也可以用機械或電子式的簡單計數器記錄,按統計要求,將記錄結果登記於記錄表格上。根據調查計劃要求,一般應分車型、來去方向進行記錄,有時還要分車道記錄。
從理論上來看,人工觀測法無論在車型的分辨或是計數方麵都應比儀器觀測準確和機動靈活方便,調查方法易於掌握,調查資料整理方便,而且調查地點、環境也不受限製。可以得到分車種、分流向的交通量值,但由於受人員素質、管理水平的影響較大,致使精度反而不高,優勢不明顯。人工觀測法一般隻適合短期、臨時的交通量調查。
2.儀器自動計測法
目前,主要使用的檢測器(傳感器)有道路管(氣壓式或液壓式)、電接觸式、光電管、雷達、磁性、感應線圈、超聲波、紅外線和電容式等許多形式。
有些永久性的計數檢測站上隻安裝檢測器作傳感器,而將脈衝信號傳輸到記錄和數據中心。以下介紹各類自動機械計數裝置。
(1)壓管式檢測器
壓管式檢測器分氣壓式和液壓式兩種。其原理是依靠車輪擠壓一條充氣的或充**的軟管,通過氣體或**傳遞的壓力觸發開關計數。由於攜帶方便、價錢便宜,安裝和維修簡便等特點,在交通工程研究中用於臨時交通量觀測應用較廣。但壓管式檢測器由於其直接安放在道路上,受車輪碾壓等易於損壞,同時長期使用精度會降低,因此不適合進行長期觀測。
(2)感應線圈式檢測器
感應線圈式檢測器是依靠埋入路麵麵層內的一個或一組感應線圈產生電感,車輛通過時導致該電感變化從而檢測所通過的車輛。感應線圈式檢測器應用非常廣泛,可以在每條車道下分別設置感應線圈以檢測每條車道上的車輛通過數,特別適用於交通量較大的道路上進行連續觀測或設置在交叉口為信號控製采集數據。與其他檢測器相比感應線圈式檢測器準確性較高,對環境要求不高,但存在成本較高、維護困難的缺點。
(3)電接觸檢測器
電接觸檢測器是由一塊鋼底板,以及在板上用一塊澆鑄硫化橡膠墊固定的並可拆卸的懸置彈簧鋼的帶條所組成。在兩個接觸帶之間開口,並用惰性氣體充填成形,通過熱補封閉組裝元件。將這種檢測器裝置埋設於車道裏並與路麵齊平,當車輛從路麵上通過時,使接觸帶接觸而接通電路觸發計數器。可以在每條車道下分別安裝這種檢測器,統計各條車道的車輛數。另外還有鋪於路麵之上的由導電橡膠為主組成的檢測器,當車輛通過時使相對隔離的兩部分接觸,從而接通電路觸發計數器。目前我國不少單位已研製開發出這類檢測器,並投入使用。但是造價比較貴,防潮防水性能有待改善,直接鋪於路麵上的檢測器因受車輪的直接作用,容易損壞、壽命較短。我國還研製了檢測自行車交通的這類檢測器,它是利用導電橡膠的不同尺寸和形狀的組合,從而區分汽車和自行車,或排除自行車的影響,或另外專門檢測自行車。
(4)光電檢測器
光電檢測器一般可分為光束切斷型和光束反射型兩種。前者的原理是發出一道光束穿過車行道射到光敏管(光電管)上,當有汽車通過時就切斷光束,光敏管測出後即激發計數器計數;後者的原理是一道光束從路麵反射到光敏管上,汽車駛過時使光束從汽車上反射,這種特別的光反射在光敏管上被測出後即激發計數器計數。光電檢測器對於預計每小時交通量超過1000輛的雙車道或多車道道路是不太適用的,它也無法區別同時通過光束的兩輛車,使得計數有誤差。另外,由於車輛本身設計尺寸的變化很大,要確定光束通過的合適高度較困難。雖然這是一種簡單可靠的計數係統,但由於精確度的問題,僅限於交通量不大的道路使用,也不適用於有自行車混合交通的道路。
(5)雷達檢測器
雷達檢測器一般分為連續波雷達檢測器和導向型雷達檢測器兩種。前者的原理是利用懸掛在車道上方一定距離的檢測器,向下方車道發射已知頻率的無線電波並接收反射波,通過反射波和接收波頻率差異來檢測通過的車輛。後者的原理是把無線電波以一定頻率輸送到埋置在車道下的傳送線裏,由於上麵汽車的通行,而使檢測器測出其變化並計數。這兩種檢測器都很精確可靠,並且不受行車作用而磨耗損壞。目前國內已較多地引進、研製和使用,效果甚好。但它們初始費用較昂貴,並需要專門人員維修保養,因此限製了其推廣。
(6)磁性檢測器
磁性檢測器的原理是在其周圍形成一種磁場(可由人工形成,也可利用天然的地球磁場),當具有金屬體的車輛通過時,引起原來磁場的變化,由此即可通過變換器產生信號或脈衝。它可安設在車道表麵上或埋在車道下。其優點是不受車輪的直接磨耗或破壞,也不受冰雪影響。但當附近有大型電氣設備、電纜等產生強磁場時,它就會受到幹擾,使用非常困難。目前,我國已改進,研製磁性檢測器,並投入實踐應用。
(7)超聲波檢測器
超聲波檢測器的原理是檢測器發射一個連續的超聲波射向駛近的車輛,由於多普勒效應引起來車反射能頻率的變化,從而檢測到所通過的車輛。超聲波檢測器準確性較高,不受天氣影響,維護方便,缺點是初始費用較大。
(8)紅外線檢測器
紅外線檢測器一般可分為主動式和被動式兩種:主動式紅外線檢測器與光電檢測器的原理相似,不過它使用半導體紅外線發生器作為傳感器;被動式紅外線檢測器其原理是利用無車輛時路麵的紅外線能輻射強度與路上有汽車通過時的紅外線能輻射強度的變化,由紅外線接收器檢測出來。
(9)電容式檢測器
電容式檢測器一般可分為機械性電容式和非機械性電容式兩種:機械性電容式檢測器原理是車輛通過時車輪的壓力改變了兩個重疊起來的柔性金屬麵的間隔,從而引起它們之間的靜電耦合變化,最終電容的變化即被適當地檢測出來;非機械性電容式檢測器原理是兩個電極之間的電容(或是一個電極和車輛車身組成的電容)由於車輛金屬物的幹擾而發生了變化,這一變化同樣可用前一種方法檢測出來。
(10)其他類型檢測器
除了以上所介紹的各類檢測器外,還有一些檢測器目前也已應用,如壓電式檢測器、摩擦電式檢測器、地震式檢測器。
以上所介紹的各種類型的檢測器,除了可供交通量調查之外,在交通控製和交通管理中也得到了廣泛應用。同時,還可供車速檢測或其他交通參數的檢測。當作車速檢測器使用時,需用兩個前後排列有適當距離的通行檢測器組成,根據車輛通過前後兩個通行檢測器已知距離的時間差,即可換算成車速。也可采用前述的多普勒速度傳感器(如雷達檢測器)來測定車速。還可用兩個或多個檢測器來測定其他交通參數,例如,利用通行檢測器加上速度檢測器即可測出車輛密度。
選用哪一種類型的檢測器,要根據各地各部門交通調查的目的、檢測車輛種類、設備的性能、國內目前所能購置的情況及經費的多少等條件決定。目前,我國交通、公安、電子機械等部門已研製和引進了不少類型的檢測器。
3.流動車觀測法
流動車觀測法又稱浮動車法,此法是由英國交通工程專家Wardrop和Charlesworth提出的,其特點是可以同時獲得某一路段的交通量、區間車速,是一種較好的綜合的交通調查方法。
(1)調查方法
流動車觀測法需要有1輛觀測車,3名調查員。調查人員(除駕駛人外)需要一人記錄與觀測車反向行駛的會車數(輛);一人記錄與觀測車同向行駛的被觀測車超越的車輛數(輛)和超越測試車的車輛數(輛);另一人報告和記錄往返行駛時間(min)。調查過程中,觀測車一般需沿調查路線往返行駛6~8個來回。流動車法調查延續的時間較長,為了真實反映交通情況,應注意路段和行程時間不要太長,行程距離應已知,路段長度一般取1km左右即可。
(2)調查數據計算
根據所觀測到的數據,可分別按下列公式計算測定方向上的交通量QaQb:
式中:QaQb——由A向B、由B向A行駛的交通量;
Xa、Xb——由A向B、由A向行駛時與觀測車反向行駛的會車數;
Yb-a、Ya-b——由B向A、由A向B行駛時同向超越觀測車的車輛數;
Za-b、Zb-a——由A向B、由B向A行駛時被觀測車超越的車輛數。
Ta-bTb-a——由A向B、由B向A的行程時間/min。
在利用以上公式進行計算時,式中所用的數值(如Xa、Xb等)一般都取用往或返行駛的算術平均值。如果分次計算Qa和Qb後,再計算各次和的平均值亦可,但計算比較麻煩。
4.攝影法
攝影法是利用攝像機、電影攝影機或照相機作為便攜式記錄設備,通過一定時間的連續圖像給出一定時間間隔的或連續的交通流詳細資料的方法。
攝影法在錄像時要求采用專門設備,並升到一定高度(如架設在人行過街天橋上),以便能觀測到所需的範圍。放映或顯示攝製到的錄像帶,按照一定的時間間隔以人工來統計交通量。這種方法搜集交通量或其他資料數據的優點是現場人員較少,資料可長期反複應用,而且一次性可以調查多條車道上各種車輛(包括非機動車)甚至行人的交通量。因此在交叉**通狀況的調查中,應用較多。
攝影觀測法的缺點在於整理資料工作量大、花費人工多,導致費用比較高。因此,目前多用於研究工作的調查中。近年來,國內外的一些研究機構開發了一種采用計算機圖像處理和模式識別技術對攝像觀測采集的連續圖像(或稱視頻)進行加工,自動獲取其中交通信息的技術,如美國開發的Autoscope。隨著這種技術的成熟,攝影法會得到更加廣泛的應用。
5.GPS法
以上幾種方法的一個共同缺點是它們不太適合於實現交通狀況的實時采集。利用GPS(Global Positioning system)技術可以經濟而有效地解決這一問題。GPS是一種全球性、全天候、連續的衛星無線電定位係統,可提供實時的三維坐標的位置、速度等空間信息和高精度的時間信息。因其具有定位精度高、速度快,不受雲霧、森林等環境遮擋的特點,已被廣泛應用於軍事測繪、精密測量、導航定位、地球科學研究、交通管理等國民經濟的各個領域,成為當今應用最為廣泛的先進定位係統。將GPS技術與城市交通管理係統相結合,得到交通實況信息具有重要意義,可實現交通狀況的實時檢測與控製。
利用GPS實時檢測實驗車,雖然無法直接得到路段的交通量,但可以根據所測得的路段區間平均車速依據交通流量與平均車速、車流密度三者的關係式來反推路段交通流量。
6.航空攝影法
航空攝影法,即利用航空攝影技術來進行交通量調查,其觀測點是一個空間連續的移動斷麵,因此航空攝影法車流量Q航的計算為:
Q航=KVs
Q=Q1+Q2
式中:Q——頃向、逆向雙向交通流量;
Q1、Q21頃向、逆向車流量;
Vs——車流空間平均車速/(km/h)。
通過航空攝影法在公路調查中的實際應用表明,利用此法進行車速和交通量調查較傳統的交通量調查具有明顯的特點,主要表現在:
①使用航空攝影法調查,可以不受天氣、地點、時間的影響,可大大減少實地交通調查的工作量,具有很好的現實性和實用性;
②能在空中動態地監測道路運行狀況,特別是在監測城市汽車行駛路線、沿線車輛停放及交叉**通狀況等方麵也是一種有效的手段;
③進行公路狀況調查時的不足之處為因影像較小而對車型判讀比較困難。