美國的公路容量手冊

作者: alen3321 (小棒) 看板: Gossiping
標題: Re: [問卦] 高速公路爬坡段車速的八卦？
時間: Wed Dec  9 00:36:31 2009

看到您的文章

剛好與我的領域有關

貢獻一下我的知識：




回文、推文當中，提到了車輛密度、衝擊波等概念

不過以小弟的理解當中，密度、衝擊波為結果，而還不是我們可以推得的最根本原因。







最根本的原因為跟車模式(car-following model)

也就是車輛性能、人類行為

才是最微觀(microscopic)的根本，決定了我們今天交通的先天限制

(1)長度密度
(2)流量
(3)空間平均速率(Space Mean Speed, SMS) 三個因子，只是

(1)距離車頭距(distance headway)
(2)時間車頭距(distance headway)、
(3)單一車輛速率

的巨觀(macroscopic)尺度，因此用來做大尺度(例如路網)的運算，以簡化演算過程

而衝擊波適用這些巨觀尺度(主要以密度、流量計算) 因子所算出的現象

所以是結果，非原因。

真正可以理解原因的在於微觀尺度。




--以上為前言，以下才為重點--

至於以微觀尺度該如何解釋{上坡路段造成的容量瓶頸}

如下：


[1;33m車輛的操作性能

[1;33m上坡時 「 馬力/重量  」 不足而造成與前方車會有很大的空隙

(平地時雖有 B M W 和 Kia 的差別

但不會明顯到形成交通問題；上坡時問題就來了)




而空隙無法補回

空隙無法補回的原因很容易用直覺理解：

        如果前後車出現了空隙，故意把他填滿，要有一輛快速的車填進去

        但是，快速的車填進去的話，後面會有更大的空隙

        因此我們可以知道，雖然空隙可以在某段時間被填滿

        但若考慮{填進來的後方會造成更大的洞} 我們可知填滿所有空隙是不可能的。






置於空隙有多大，美國因為樣本很多且有固定預算與時間校正

因此有很多資料可參考

美國的<公路容量手冊 (Highway Capacity Manual，HCM)>

給了許多小客車當量(PCU， Passenger Car Unit)

也就是在某情況下 1卡車/公車/拖曳式休旅車 (非小客車)

會等於幾輛小客車的效果

也就是因為它的操作性能產生的空隙

使它看起來好像幾輛小客車在跑：






此數據是美國 TRB 做的觀察數據

在坡道長度為 1 mile~ 1.5 mile的情況下

卡車的 PCU 為

卡車佔總車流
的比例→  2     4      6 (%)

坡度(%)
↓
  ┌─────────────
<2│     1.5    1.5    1.5
  │
2 │       4     3      3
  │
3 │       8     6      5.5
  │
4 │      11     8      7.5
  │
5 │      13     9.5    9
  │                        \
                             ┘
                               PCU

WHY "坡度" 及 "卡車比例" 是變數?

就是因為 操作性能 才是決定性的關鍵

坡度嚴重影響卡車性能

尤其在陡坡

卡車把前方的道路浪費很多！

所以坡度 5 % 時卡車的 PCU 甚至高達 13 ！！


卡車比例高時，因為同一條路，操作特性類似的車一多起來

邊際效果(Marginal Eff)變小

因此 PCU 不會那麼大

即，第一輛卡車混入，會造成很大衝擊

到了第九輛、第十輛衝擊就不會那麼大了。

所以卡車比例高時，PCU才會變小





至於為何沒給[小客車平地] v.s. [小客車上坡] 的當量轉換

理論上是可以這麼做

但是實務上不實用

因此用其他因素替換掉了

所以我們沒有 [小客車平地] v.s. [小客車上坡] 的當量轉換 的數據

      [例如：純小客車環境，

      交通工程師喜歡說：{平地路段容量為1700pcphpl

                        某上坡路段容量為1400pcphpl (純舉例) }

      但廣義來說，可以說成{全線容量1700pcphpl

                          但上坡時有小客車的小客車當量1.21 (1700除以1400)}

      只不過大家都以前者為習慣，所以[小客車平地] v.s. [小客車上坡] 的當量轉換

      就沒有人在用。 ]






舉剛剛的例子

坡度 5 % 時卡車的 PCU = 13

使他一輛卡車，看起來好像13輛車

可等效上看成： [1;33m比起平地路段，這個路段平白多出了12輛車在跑！

( 並不是說車子真的冒出來，而是效果等於12輛車冒出來 )








整理起來來說，

是： [1;33m上坡使得車輛性能變得重要

        ↓

造成本車與前方車會有很大的空隙

        ↓

[1;33m此空隙無法補回  可把空隙看成插入了無中生有的車

        ↓

效果同於上坡路段冒出一堆車在前面

        ↓

因此上坡成為較易造成塞車的地方





因此，高速公路在設計時就會將坡度考慮在內

高速公路會有最大坡度準則(criteria)

在設計、選線時

不可超過某坡度



若是真的造成容量瓶頸太嚴重

那麼就要考慮設置爬坡道

也就是把這些看似無中生有的幽靈車紓解

當然，這些幽靈(PCU 造成的等效效果) 在上坡完畢後就會消失

可是他這短暫的存在卻使公路出現了非常大的瓶頸








事實上，敝人認為我國的爬坡道不夠多

尤其是省道。

美利堅於許多US Route等級的道路 (類似我國的省道)

也是有許多爬坡道，這些爬坡道不長，但效果會很好

正因為幽靈只出現一下子，所以爬坡道就蓋這幾百公尺，效果馬上浮現

但很可惜，可能受限於經費(?)

許多路段因為缺乏爬坡道 那麼瓶頸就在於這些上坡處了。

(其實不只上坡，轉彎、隧道口，同樣也會有類似的效果)










有興趣研究的人

可以觀看我在 Road(公路板) #17XRuiGD 的文章   歡迎來公路板討論

目前我也仍在研究摸索階段

不算進化完成

因此可能也有缺陷需要同儕切磋

希望這篇文章有幫助到您。


※ 引述《ljsnonocat3 (喵的真正~)》之銘言：
:   之前蠻常台北-新竹之間跑
:   大家應該都知道高速公路這中間有幾個爬坡路段
:   林口路段  楊梅幼獅路段  湖口路段
:   我常常百思不得其解  為啥明明沒有事故  車流也不算擁塞
:   但是這些路段車速就會龜了下來
:   我開的也只是一般1500cc頭又大的老舊國民車  在這些路段爬坡也沒很吃力
:   只要一路順順爬  幾乎也不需要重踩油門  就一樣可以維持在100km/h
:   但是就無法理解為什麼有人就是會慢下來  很多車還比我馬力大很多....
:   這是得用心理學來解釋嗎？  有沒有人可以八卦？

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[41m         _2  2                               [1m       [31;47m the quantum rules on 1-dim
[41m         h  d ψ(x)                                                            
[41m         ────── ┼ V (x) ψ(x) = E(x) ψ(x)                              
[41m                2                                    [1m                  [;37;41m ..     
[41m         2 m d x                     [1m              [;37;41m  [1m    [;37;41m ── Erwin Schrodinger

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※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc)
◆ From: 220.136.46.215
→ pshhs0808:end                                                   12/09 00:36
推 hibbb:.....  太難了啦                                           12/09 00:37
→ tyrande:喔喔 原來如此。                                         12/09 00:37
推 kuweilun:專業                                                   12/09 00:38
推 kivan00:END                                                     12/09 00:38
推 westwood0402:雖然看不懂 還是給個推                              12/09 00:38
→ darkbrigher:腦海突然冒出數字搜查線主角在解說的畫面...           12/09 00:38
推 femckog:只看得懂最後一段                                        12/09 00:38
推 deju:靠杯 我交工三修了 不過這我還聽的懂 後面的重車因子就很奇怪  12/09 00:39
→ Talos:敝人程度不夠...看不太懂                                   12/09 00:41
→ Boku:根據我常開國道的觀察,我認為要推廣,不同速不同安全距離       12/09 00:43
→ Boku:有時候明明塞車,卻總有白目前面留了一百公尺安全距離-->塞車   12/09 00:44
→ Boku:更嚴重                                                     12/09 00:44
推 litthe:推專業! 看完後..會覺得似乎可以用這個做出一套遊戲來?!     12/09 00:44
→ litthe:類似simcity的遊戲~  不錯玩的樣子XD                       12/09 00:45
→ Boku:還有台灣內側車道總是最慢,應強制執行最內道最低速限          12/09 00:45
→ Boku:alen大的解釋很棒,感覺就上上坡路段"感覺車子總數變多了"      12/09 00:46
推 freshego:推                                                     12/09 00:48
→ bluebluelan:專業推                                              12/09 00:51
推 pancake:這是在寫交通工程作業嗎...? 唉唉                         12/09 00:55
※ 編輯: alen3321        來自: 220.136.46.215       (12/09 00:56)
推 ljsnonocat3:專業！！！                                          12/09 01:05
推 rcak801:快推不然人家以為我看不懂XDDD                            12/09 01:13
推 SHENGKENT:專業文推啦                                            12/09 01:19
推 dtlove17:已經有點感冒  看完這篇文頭更痛了                       12/09 01:22
推 chocho55:完全看不懂，但是推專業                                 12/09 01:27
推 phyllia:講的很清楚  推專業文                                    12/09 08:28