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CHAPTER

12

CapacityandLevel-of-ServiceAnalysisforFreewaysand

MultilaneHighways

12

章

对多车道公路和高速公路的通行能力和水平式服务的分析

12.1IntroductiontoCapacityandLevel-of-ServiceConcepts

12.1介绍通行能力和水平式服务的概念

Oneofthemostcriticalneedsintrafficengineeringisaclearunderstandingof

howmuchtrafficagivenfacilitycanaccommodateandunderwhatoperating

mportantissuesareaddresdinhighwaycapacityand

level-of-rviceanalysis.

在交通工程中最关键的需求之一是对在一定工作条件下有多少交通设施可以容纳

有着清醒的认识。这些重要问题能对公路的通行能力和水平式服务分析进行处理。

Thebasisforallcapacityandlevel-of-rviceanalysisisatofanalytic

proceduresthatrelatedemandorexistingflowlevels,geometriccharacteristics,and

odelstakemany

e

badontheoreticalalgorithmsand/thersarebadonthe

pplicationallowstrafficengineerstodeterminethe

ultimatetraffic-carryingabilityofafacilityandtoestimateoperatingcharacteristicsat

variousflowlevels.

所有的能力和水平式服务分析的基础是一个分析程序中有关的要求或现有的流量

水平，几何特征，以及由此产生的业务质量的措施控制设置。这些模型采取多种形式。

有些是基于回归分析的重要数据基础。有些是基于理论算法和/或物理定律。还有一些

是根据模拟的结果。他们的应用程序允许交通工程师用以确定最终的交通设施承载能力

和估计各种流水平运行的特点。

rdforthetypesofanalysistheHighwayCapacityManual

(HCM),apublicationoftheTransportationRearchBoard(TRB)oftheNational

tentiscontrolledbytheCommitteeonHighway

CapacityandQualityofService(HCQSC)elopmentofmaterial

forthemanualissupportedbyanumberoffederalagenciesthroughfundingforbasic

genciesincludetheNationalCooperativeHighway

RearchProgram(NCHRP)andtheFederalHighwayAdministration(FHWA).

对于这些类型的分析美国的标准是道路通行能力手册（HCM），这是由美国国家

工程院的一个运输研究委员会（TRB）出版的。该手册是由联邦机构通过对若干基础和

应用研究的经费所支持的。这些机构包括国家合作公路研究计划（NCHRP）和联邦公路

管理局（联邦公路管理局）。

ThefirsteditionoftheHCM[1]waspublishedbythethenBureauofPublic

ectivewastoprovideuniformguidelinesforthenation'srapidly

ormalgroupofBureaupersonnel

condedition[2]oducedsignificantnewmaterialon

limitedaccessfacilities,rdedition[3]

waspublishedin1985,providingrefinementstothelevel-of-rviceconceptand

ucedforthefirsttimeasa

loo-leafdocument,significantupdatestothiditionwereintroducedin1994[4]

and1997[5].

美国道路通行能力手册第一版由当时的公共道路局于1950年出版的。其目的是

为了指引国家的快速发展。此公路建设项目的工作人员成为发达国家的HCQSC的创始

成员。第二版发表于1965.它介绍了在通道设施的重要的新材料，以及水平式服务的概

念。第三个版本于1985年出版，提供优化的水平式服务的概念与行人和交通设施新添

加的材料。对第一次推出的活页文件的说明，在1994年的第四版和1997年的第五版

有了新的改进。

ThematerialinthistextisbadonthefourtheditionoftheHCM[6],

eferredtoas,thiditionaddedsignificant

formallyaddresdtheissueofsimulationanditsrelationshiptotraditional

deterministichighwaycapacityandlevelofrvicemodels.

第六版的文字材料是基于美国道路通行能力手册第四版。它是在2000年12月

出版的，它指的是HeM2000。这个版本添加了关于走廊和系统分析的新材料。这也正

式解决了模拟与传统的确定性的公路通行能力和服务模式层面的问题。

TheHCM2000isalsothefirstmanualtobepublishedintwoforms:onein

,ualwasoriginallydevelopedin

metricunitsinrespontolegislationrequiringallstatestoconverttoametricsystem.

LateinthedevelopmentofHCM2000,thelegislationwasmodified,leavingasplit

ult,somestatesnowu

ametricsystem,.

2000年版本的美国道路通行能力手册也是第一份将以两种形式公布的手册：一

种是美国标准单位，一种是公制单位。该手册最初是在回应立法，要求所有国家要转换

为公制计量单位。在以后的美国道路通行能力手册中，法律进行了修改，导致了国家

公路和运输部门的分裂。因此，一些国家现在使用公制系统，而其他的仍坚持使用美国

的标准单位。

woversionsofthe

HCM2000reflect"hardconversion"betweenthetwotsofunits,prentationof

bothformsinthistextwouldhavebeenimpractical.

这主要是在文字体现了美国的标准单位，截至2000年的美国道路通行能力手册

在“硬转换”两个单位之间，这两种形式在这个文本将是不切实际的。

ArecentpaperbyKittelson[7]providesanexcellenthistoryanddiscussionof

thedevelopmentoftheHCManditskeyconcepts.

按Kittelson第七版最近的一篇文章提供了一个极好的历史以及在美国道路通行

能力手册的关键概念的发展进行讨论。

12.1.1'TheCapacityConcept

12.1.1'通行能力的概念

TheHCM2000definescapacityasfollows:

Thecapacityofafacilityisthemaximumhourlyrateatwhichpersonsorvehicles

reasonablycanbeexpectedtotraverapointorauniformctionofalaneor

roadwayduringagiventimeperiodunderprevailingroadway,traffic,andcontrol

conditions.

(HCM2000,pg.2-2)

2000的美国道路通行能力手册定义的通行能力如下：

可合理预期根据当时在穿越道路，交通和控制条件给定的时间内一个点或一个车道或道

路变截面中，一个设施的容量是每小时速率最高的人或车辆。

（美国道路通行能力手册2000年。2-2）

Thedefinitioncontainsanumberofsignificantconceptsthatmustbeunderstood

whenapplyingcapacityanalysisprocedures:

该定义包含了当应用分析通行能力程序是所必须知道的重要概念：

•tcas,therateudis

forthepeak15minutesofthepeakhour,althoughHCM2000allowsforsome

nalysis,caremustbe

takentoexpressboththedemandandthecapacityintermsofthesameanalysis

period.

•通行能力定义了最大时速。对于大多数情况下，速度是高峰的每小时15分钟的峰

值，虽然2000年的美国道路通行能力手册是在一些选择的分析时间的长短决定的。

在任何分析时，必须小心表达双方的需求和在同一时期分析方面的能力。

•critical

whentransitandpedestrianissuesareconsidered,aswellasintheconsiderationof

high-occupancyvehiclelanesandfacilities,wheretheperson-capacityisclearlymore

importantthanthevehicle-capacity.

•通行能力可能表示的是人或车辆。交通和行人的问题被认为是关键的问题，以及在

车辆通道和设施的问题，这里的人的通行能力显然比车的重要。

•Capacityisdefinedforprevailingroadway,traffic,andcontrolconditions.

Roadwayconditionsrefertothegeometriccharacteristicsofthefacility,suchasthe

numberoflanes,lanewidths,shoulderwidths,c

conditionsreferprimarilytothecompositionofthetrafficstream,particularlythe

lconditionsreferprimarilyto

interruptedflowfacilities,wheresuchcontrolsasSTOPandYIELDsignsandtraffic

ortantconceptisthatachange

inanyoftheprevailingconditionscausachangeinthecapacityofthefacility.

•通行能力是指道路，交通和控制的情况。道路的条件是指该设施的几何特征，如

车道，车道宽度，肩宽度和自由流动速度的数量。交通条件主要指的交通流，特别是卡

车和其他重型车辆的存在组成。控制条件主要指断流设施，在那里停车避让标志和交通

信号控制等能力有重大影响。其重要思想是，在目前的状况的任何变化会导致该设施容

量的变化。

•rrelates

tothe"prevailingconditions"discusdabove.A"uniformction"musthave

ointwheretheconditionschange,the

capacityalsochanges.

•通行容量定义为一个点或一个统一的部分设施。与此相关的“通行条件”上面已

在讨论。“统一部分”必须有一致的通行条件。在任何一刻，这些条件的改变，也改

变了通行能力。

•Capacityreferstomaximumflowsthatcanreasonablybeexpectedtotraver

cognizesthatcapacity,asarealltrafficfactors,issubjecttovariation

,capacityisnotdefinedasthesinglehighestflowlevel

itisavaluethatreprentsaflowlevel

thatcanbereasonablyachievedrepeatedlyatagivenlocationandatsimilarlocations

,isolatedobrvationsofactualflowsinexcess

ofstatedcapacitiesisnotacontradictionandis,infact,anexpectedcondition.

•最大通行能力是指可合理预期的流动。此时通行能力是交通的因素，是受时间和

空间变化。因此，通行能力不定义为最高流量将发生时一个设施的水平。相反，它是一

个值，表示一个流动的合理水平，可以实现在一个给定的位置，并在美国各地的类似场

所的反复。因此，这与孤立的观察并不矛盾，在事实上，这是预期的情况。

Itshouldbenotedthat,whilecapacityisanimportantconcept,operating

conditionsatcapacityaregenerallyquitepoor,anditisdifficult(butnotimpossible)

tomaintaincapacityoperationwithoutbreakdownsforlongperiodsoftime.

应当指出，虽然通行能力是一个重要的概念，在条件比较差的情况下，这是困难的

（但不是不可能）维持无故障长时间运作能力。

12.1.2TheLevel-of-ServiceConcept

Thelevel-of-rviceconceptwasintroducedinthe1965HCMasaconvenient

waytodescribethegeneralqualityofoperationsonafacilitywithdefinedtraffic,

roadway,letterscalefromAtoF,aterminologyfor

operationalqualitywascreatedthathasbecomeanimportanttoolincommunicating

2000defines

levelofrviceasfollows:

12.1.2水平式服务理念

水平式服务的概念是在1965年美国道路通行能力手册介绍了作为一个便捷的

方式来描述一个具有明确的交通，道路，设施和控制条件的行动的总体质量。使

用字母从A到F的规模，以运行质量建立术语，已成为一个决策者和公众对复

杂的问题进行交流的重要工具。在2000年美国道路通行能力手册的服务水平定

义如下：

"Levelofrvice(LOS)isaqualitymeasuredescribingoperationalconditions

withinatrafficstream,generallyintermsofsuchrvicemeasuresasspeedand

traveltime,freedomtomaneuver,trafficinterruptions,andcomfortand

convenience."(HCM2000,pg.2-2).

“服务级别（LOS）的描述是一个质量的衡量标准在交通流的操作条件，作为一般的

速度和旅行时间，自由行动，交通中断，舒适和便利服务等方面的措施。”（美国道

路通行能力手册2000年。2-2）。

Thesixdefinedlevelsofrvice,A-F,describeoperationsfrombesttoworstfor

iginallydefined,modelsdidnotexistfortheprediction

facilitytypenowhaslevelsofrvicedefinedintermsofaspecificmeasureof

12.1showsthemeasuresudtodefinelevelsofrviceinthe

HCM2000.

对这六个水平的定义，明确描述每个类设施，从最好的到最差的。当最初定义，模

式并不存在的严谨的质量措施，许多类型的设施预测。这不再是正确的。现在用每类设

施的具体措施的成效来定义服务水平。表12.1显示了2000年美国道路通行能力手册

服务水平的措施。

Levelsofrvicearebasicallystep-functions,eachreprentingarangeof

operatingconditions,,caremustbetakenwhen

ilarfacilitieswiththesamelevelof

rvicemaydiffermorethantwowithdifferentlevelsofrvice,dependingupon

ofrviceBandC,forexample,may

reprentverysimilarconditionsiftheyarebothclotothedefinedboundary

betweenthetwolevels.

服务水平基本上是循序渐进的功能，每个代表的工作条件范围内，如图12.1所示。

因此，必须小心使用服务水平的描述。相同的服务水平类似的设施可能根据不同的服务

不同层次由个以上定义。这取决于他们在定义的范围内。B和C的服务水平，例如，

可能是非常类似的情况，如果他们都在两层之间定义是接近的。

Anothercriticalconceptisthatlevelofrviceistobedefinedintermsof

parametersthatcanbeperceivedbydriversandpasngersandthatthedefinitions

shouldreflectthatperception.

另一个关键概念是服务水平要由司机和乘客自觉参数来定义，而定义应该反映这种

看法。

Thus,volumeorflowisneverudasameasureofeffectiveness,asitisapoint

measurethatcannotbeperceivedbydriversorpasngersfromwithinthetraffic

therhand,itisverydifficulttomeasuredriverorpasnger

,mostlevel-of-rvicecriteria

arebadonthecollectivejudgmentofprofessionals,exercidthroughtheHighway

CapacityandQualityofServiceCommitteeanditssubcommittees.

因此，体积或流量从未用作效率的估量，因为它只是一个部分的措施，不能由司

机或乘客认为。另一方面，这是非常难以具体衡量司机或乘客的看法。因此，服务标准

的基础应通过专业人员的集体判断能力和公路服务质量委员会及其小组委员会的判断

行使。

ServiceFlowRates

ibit

alsoice

flowrateissimilartocapacity,exceptthatitreprentsthemaximumflowratethat

eflow

ratesmaybedefinedforlevelsofrviceA-E,butareneverdefinedforlevelof

rviceF,

thecomplexityofsomecapacityandlevel-of-rvicemodels,rviceflowratesare

difficulttodetermineforsometypesoffacilities.

服务流动速率

图12.1所示的范围或职能的服务水平。这还说明了另一个相关的概念，服务流动

速率的定义。一个服务流率与能力，但它代表了最大流量可容纳同时保持指定的服务水

平。服务流率可能被定义为服务自动曝光水平，服务流程利率可能被定义为A-E的服务

水平，但决不能为F的服务水平，代表不稳定的流量或服务的质量水平差得令人无法接

受的定义。由于某些能力和水平式服务模式的复杂性，服务流率难以确定某些类型的设

施。

Likecapacity,rviceflowratesaredefinedforprevailingconditionsonuniform

ctionsofafacility,andtheyrelatetoflowlevelsthatcanbereasonablyexpectedto

occuratthevariouslevelsofrvice.

像通行能力能力，服务流率是指第一个统一的设施条件，以及它们与流动，可以合

理预期发生在不同级别的服务水平。

ProblemswithLevelofService

Asnoted,thelevel-of-rviceconcepthasbecomeamajormediumudin

des,

andis,however,hwayCapacity

andQualityofServiceCommitteehasbeenwrestlingwithmanyoftheissuesfora

numberofyearsandhavenconsideredabandoningtheconceptinfavorofsimply

hemost

significantproblems,theabilitytomisinterpretchangesinlevelofrviceduetothe

step-functionnatureoftheconcept,theotherkey

problemsare:

服务水平的问题

如前所述，水平式服务理念已成为一个主要媒介，往往是复杂的概念，以描述决策者和

一般公众使用。它可以是，但是，往往在那些不打算使用的方式

。介绍通行能力

和水平式服务的概念的问题争执很久

，甚至考虑放弃在简单的数值报告质量的基础

上，他们赞成措施的概念。最重要的问题，它能够使人改变对服务水平的误解，由于这

个概念的逐步在性质上的的变化，人们已经注意到。其他主要问题有：

•Asingletoflevel-of-rvicecriteriadoesnotrecognizedifferinglevelsof

ghtbe

acceptabledelayatan

interctioninNewYorkCity,forexample,mightnotbeacceptableat

asimilarinterctioninasmallcommunity.

•一个单个的服务水平不能说明美国各地的看法或可接受的水平。例如在

纽约市的一个交叉口可接受的延迟，例如，可能在小社区中的一个类

似的十字路口是无法接受的。

•Somestateandlocalgovernmentshaveincorporatedlevel-of-rvicecriteria

,whenrevisionstotheHCMaremade,legal

clearlynottheintentoftheHCQSC,anditisnot

generallyrecognizedbythelegislationenactingthelaws.

•一些州和地方政府已纳入发展立法层次式服务标准。因此，当美国道路通

行能力手册改变时，法律标准正在改变。这显然不是HCQSC意图，它不被颁布

的这些法律法规承认。

•In1985,theadoptionofdelayasalevel-of-rvicemeasureforsignalized

interct

sometypesoffacilities,thisdesignationindicatesasituationinwhichdemand

ertypesoffacilities,itindicatesunacceptablervice

quality.

•1985年，延迟的水平式服务为信号交叉口的措施引入了新的复杂的服务水

平，对某些类型的设施的解释，这一名称表明的情况是，需求超过生产能力。对

于其他类型的设施，它显示是不能接受的服务质量。

Theavailabilityofmodelscapableofestimatingnumericalvaluesofmeasuresof

effectivenessforalltypesoffacilitiesinHCM2000makesitpossibletoconsider

essuchasdelay,density,speed,and

othersarecontinuousmeasuresandbetterreflectthecontinuumofoperating

ationoftheconcept,however,wouldplaceaburdenonpracticing

trafficengineerstoexplainmeasuresofeffectivenesstodecision-makersandthe

eofthis,the

sionals,however,shouldtakecaretouthe

conceptappropriatelyandtopointoutinstancesinwhichalevel-of-rvice

designationmightbemisleading.

对模型估计在2000年的美国道路通行能力手册所有的设施类型的数值的有

效性的措施能够供应使得有可能考虑消除水平式服务的概念。如延迟，密度，速

度的措施，有些则是连续的措施，更好地反映经营状况的连续性。消除这个概念，

但是，将放在交通工程师解释和公众解释在不同情况下的可接受水平。正因为如

此，这个概念仍然是有用的。专业人士，但是，应该注意使用正确的概念，并指

出在这种情况下的水平式服务指定可能会产生误导。

AdditionalPerformanceMeasures

TheHCM2000,inadditiontothemeasuresofeffectivenessthatdefine

level-of-rviceboundaries,alsocontainsmethodologiesforpredictingadditional

,while

uninterruptedflowfacilitieshavelevelsofrvicedefinedbydensity,predictionsof

nalizedinterctions,delayestimatesare

onsiderablediscussionand

debate,theHCM2000doesnotdefinelevelsofrviceforsystems,corridors,or

erformancemeasuresaredefined,andinsomecastimated,the

meaningofabroad-badlevelofrvicemeasureinvolvesanumberofnew

tsignificantinvolvesur

mlevel-of-rvicemeasure,forexample,might

notrelatetoanyindividual'

discussion,alongwithothersconcerningthelevel-of-rviceconcept,will

undoubtedlycontinueoverthenextveralyears,asafiftheditionoftheHCMis

contemplatedandplanned.

更多性能的措施

2000年的美国道路通行能力手册，除效力的措施，确定水平式服务的界限，

也包含了额外的性能的措施，交通工程师可能会感兴趣的方法。因此，虽然有不

间断的流动设施的密度定义的服务水平，平均速度的预测也有提供。信号交叉口，

延迟估计辅之以平均队列长度的预测。经过大量讨论和辩论，2000年美国道路通

行能力手册没有定义的系统，走廊，或网络的服务水平。虽然性能措施的定义在

某些估计的情况下，一个服务措施的基础广泛的层面的含义包括了一套有新的问

题仍在考虑。最重要的涉及用户的服务质量的看法。例如，可能不涉及任何个人

的旅行经验，同时使用该系统的一部分。这次讨论中，与人相处有关的水平式服

务理念，无疑将继续在未来的几年里，作为美国道路通行能力手册第五版是考虑

和规划。

12.1.3Thev/cRatioanditsUinCapacityAnalysis

Oneofthemostimportantmeasuresresultingfromacapacityand/or

level-of-rviceanalysisisthev/cratiotheratioofcurrentorprojecteddemandflow

tioisudasameasureofthesufficiencyof

existingorpropodcapacity.

12.1.3的V/C比，在开展能力分析中的应用

最重要的一个能力和/或造成措施之一，水平式服务分析是V/C比的流动比率

或预计的需求流向设施的能力。这个比例是作为对现有或拟议能力自给自足的措

施

Itis,ofcour,desirablethatallfacilitiesbedesignedtoprovidesufficient

capacitytohandleprentorprojecteddemands(i.e.,thatthev/cratiobemaintained

atavaluelessthan1.00).

这是，当然，最理想的所有设施的设计提供足够的能力处理目前或未来的需

求（即的V/C比小于1.00）。

Whenestimatingorconsideringav/cratio,caremustbetakentounderstandthe

originoftheflowrate(v)andcapacity(c)wrateshouldreprent

tingsituations,truedemandconsistsofactualarrivalflowsplus

trafficthathasdivertedtoalternativeroutes,othertimeperiods,oralternative

tpossible,forexample,fora

,itispossible

forameasureddepartureflowtobecomparedtoacapacityestimatedusingHCM

2000orotheranalyticprocedures,yieldingav/cratio>ctualthroughput

ordepartureflowcannotexceedactualcapacity,theimplicationinsuchcasisthat

alingwithfutureprojections,theforecast

/cratio>1.00

impliesthattheestimatedcapacityisnotsufficienttohandletheforecastdemand

flows.

当估计或考虑的V/C比，必须小心理解的流量（V）和能力（c）原产值。

流速应代表的要求。在现有情况下，是真正的需求由实际的流量加上已改行的替

代路线，而其他时段，或由于该系统拥塞而替代目的地。这是不可能的，例如，

一个测量出发流向超过实际能力的设施。然而，这对于美国道路通行能力手册或

其他分析程序流量测量出发进行比较的能力估计使用是可能的，产生的V/C比

值>1.00。由于实际的吞吐量或出境流量不能超过实际能力，在这种情况下的含

义是，估计容量太低。当未来的预测时，流量的预测需求，并与使用的估计能力。

V/C比值>1.00意味着该估计容量不足以应付需求的预测流量。

Whenthetrueratioofdemandflowtocapacity(eitherintheprentorthefuture)

isgreaterthan1.00,theimplicationisthatqueuingwilloccurandpropagateupstream

entofqueuesandthetimerequiredtoclearthem

dependuponmanyconditions,includingthelengthoftimethatthev/cratioexceeds

dependsuponthedemandprofileover

time,asqueuescanstarttodissipateonlywhendemandflowsdecreatolevelsless

r,whenqueuingoccurs,driverstendtoek

,theoccurrenceofv/c>1.00oftencaus

adynamicshiftindemandpatternsthatcouldsignificantlyimpactoperationsinand

aroundthesubjectgment.

当真正的需求流能力比（无论是现在或将来）比1.00更大，其含义是排队时

会发生和传播运输区段上的问题。对排队时间清除取决于许多条件，包括时间的

长短取决于的V/C比大于1.00，超出多少。它还取决于对时间的需求配置，就可

以开始消散队列，只有当需求流量下降的水平比通行能力少。此外，在排队时，

司机往往会寻求替代路线，以避免拥塞。因此，对V/ç>1.00发生往往造成了需

求的模式，对此有着显著的影响，并围绕这一问题进行分类操作。

Inanyevent,thecomparisonoftruedemandflowstocapacityisaprincipal

,inadditionto

level-of-rvicecriteria,thev/cratioisamajoroutputofsuchanalys.

在任何情况下，真正的需求比较流量的能力是能力和服务水平分析的主要目

标。因此，除了水平式服务标准之外，

V/C

比是这种分析的主要成果。