交通工程绪论

一、交通工程

交通工程学定义
交通工程学研究的内容
交通工程学的产生与发展
交通工程学在道路运输管理中的作用

1. 交通工程学定义

早在20世纪30年代，美国交通工程师协会(American Institute of Traffic Engineers)给交通工程学(Traffic Engineering)下了一个定义：所谓交通工程学是运输工程学的一个分支，它研究道路规划、几何设计、交通管理和道路网、终点站、毗邻用地与各种交通方式的关系，以便使客货运输安全、有效和方便。
1983年，在交通工程师协会的会员指南中又重新定义为：交通工程学是运输工程学的一个分支，它涉及到规划、几何设计、交通管理和道路网、终点站、毗邻用地，以及与其他交通方式的关系。
英国学者这样定义交通工程学：道路工程学中研究交通运营与控制、交通规划、线形设计的那一部分叫交通工程学。
澳大利亚著名的交通工程学教授布伦敦给交通工程学下的定义是：交通工程学是关于交通和旅行的量测科学，是研究交通流和交通发生基本规律的科学。为了使人和物安全有效移动，把这些科学知识应用于交通系统的规划、设计和运营。
前苏联交通工程学专家将交通工程学定义为：交通工程学是研究交通过程的规律和交通对道路结构、人工构造物的影响的科学。
日本渡边新三、佐佐木纲等学者认为：交通工程学研究的是结合客、货运输的安全、方便与经济，探讨公路、城市道路及其相连接的整体用地规划、几何线形设计和运营管理等问题。
任福田教授将交通工程学定义为：交通工程学是研究交通规律及其应用的一门技术科学。

它的·研究目的是探讨如何安全、迅速、舒适、经济地完成交通运输任务；

它的研究内容主要是交通规划、交通设施、交通运营管理；

它的探索对象是驾驶员、行人、车辆、道路和交通环境。

备注：a.《交通工程学第二版》是2009年人民交通出版社出版的图书，作者是任福田;

b. 这里所谓交通规律是指交通生成、交通分布、交通流流动、停车等规律。根据这些规律可以采取规划、工程、组织管理等各种措施，改善交通状况;

交通工程学是以人（驾驶员和行人等）为主体、以交通流为中心、以道路为基础，将这三方面有关的内容统一在道路交通系统中进行研究，综合处理道路交通中人、车、路、环境之间的时间与空间关系的科学。它寻求的是道路通行能力最大、交通事故最少、能源机件损耗与公害程度最低、运输效率最高而费用最省的科学措施，从而达到安全、迅速、经济、舒适和低公害的目的。

根据交通工程学涉及的内容，有人将交通工程学称之为包括执法（Enforcement）、教育（Education）、工程（Engineering）、和环境（Environment）的“4E”科学。后又加能源（Energy）。

2. 交通工程学的研究内容

a.交通特性（Traffic characteristics）

为了研究某一地区的交通，首先应掌握改地区的交通特性及其发展倾向，这部分的内容包括：

1.人（驾驶员、行人和乘客）的交通特性（Critical characteristics of road users）驾驶员、行人和乘客是道路、车辆的使用者。人的交通特性主要研究驾驶员的视觉特性、反应特性、酒精对驾驶的危害性、驾驶员的驾驶适合性，以及疲劳、情绪、意志、注意力等对行车的影响；行人和乘客的交通需求、心理特征和习惯等。

2．车辆（机动车、非机动车）的交通特性（Critical characteristics of vehicles）

车辆拥有量它具体体现了一个城市或一个地区的交通状况。要研究车辆历来的增长率、按人口平均的车辆数、车辆的增长与道路发展的关系、车辆组成、车辆拥有量的预测及如何合理地控制车辆拥有量的盲目增加。
车辆运行特性研究车辆的尺寸大小与质量、操纵特性、通行性能、加速性能、制动性能、安全可靠性、经济特性与交通效率。

3．道路（公路、城市道路、交叉口及交通枢纽）的交通特性（Critical characteristics of highways）道路是交通的基本组成部分之一。

交通工程学研究道路规划指标如何适应交通的发展；

研究线形标准如何满足行车要求；

研究线形设计如何保证交通安全；

研究道路与环境如何协调。

b.交通调查(Traffic studies)

交通调查是开展交通工程研究的基础工作。交通工程学包括的主要调查项目有：

交通量、车速和车流密度调查；
行程时间和延误时间调查；
停车调查；
公共交通客流调查；
公路客、货流调查；
道路通行能力调查；
交通事故调查；
交通环境调查；
居民出行调查；
起讫点（OD）调查。

如何进行以上调查（包括调查时间、地点、方法），如何取样，如何进行数据分析，都是交通工程学要研究的问题。

c.交通流理论

研究各种不同状态的交通流特性与其表达参数之间的关系，寻求最恰当的模型描述各种交通状态，推导表达公式，为制定交通治理方案、增建交通设施、评定交通事故提供依据。目前已有用概率论、流体力学理论、动力学排队论等方法对交通流进行研究。

d.交通规划

根据城市性质、用地功能分区与布局、工作与居民地点分布，研究规划年限内的城市客运量与货运量，以及车辆出行的次数与流向的变化规律，计算交通出行在各用地分区之间如何分配，根据国民经济的发展水平和城市规划用地布局，分析城市交通特点，研究和选择高效的交通方式；配合城市道路系统规划的初步方案，研究城市客运和货运的交通流量和流向分布图，从而为修正或规划道路系统提供依据。

根据某一地区的人口、经济和土地使用等情况，经过调查找出其当前的交通形式，根据未来的人口、经济和土地使用的情况，预测未来的交通形式，提出可供选择的不同的交通规划方案，对各方案进行评价，对实施的程序和费用进行估计。其内容根据地区范围大小而有不同要求，且有长期和短期规划之分。

e.交通管理与控制

研究组织、管理、控制交通的措施和装备，主要涉及的内容有：研究符合社会制度和公众道德规范的交通法规和执法管理；组织车流在路网上合理分布，在路线上有序行进；研究标志、标线的颜色、图形、尺寸、设置尺寸和画法以及反光、发光的标识采用电子计算机技术及各种电子设备等新技术建立各种道路交通控制系统；研究道路交通专用的通讯和数据传输系统；研究道路交通事故的快速救助处理系统。

f.停车场及服务设施

研究停车需求，对停车场进行规划、设计和管理，讨论交通服务设施的布点、规模和经营等。

g.交通事故与安全

在全世界范围内交通事故是一个严重的问题。研究和掌握发生交通事故的规律，弄清交通事故与人、车、路、环境之间的关系，以及如何减少交通事故等，对保证交通安全极为重要。故需对交通事故的变化规律、影响因素和交通事故心理等进行广泛研究。

h.公共交通

讨论各种交通方式的特点、适用条件以及各种交通方式的衔接、配合，并探索新的交通方式，为居民提供最大方便的交通系统、保证城市的可持续发展。

i.交通环境保护

研究加强排水系统，控制水土流失，保护天然植被、平衡生态环境以及减少交通噪声、废气、振动和漂移物对环境影响的措施，保护水源，创造良好的生活环境等。

3. 交通工程学的产生与发展

一、交通工程学的产生

交通工程学是伴随着汽车工业和公路运输的发展而建立的，是在近代科学技术发展的推动下而发展起来的。
1885年，格道力普·达勒姆制造了一辆实验性的燃汽油的四轮汽车，同年德国人卡尔·奔茨也制造了一辆燃汽油的三轮汽车。1888年，在市场上首次出售奔茨汽车。从此，世界上出现了近代汽车。
汽车的大量生产、公路的迅速修建，使以马车为主要交通工具的时代宣告结束，道路交通进入了汽车时代。公路运输随之获得了迅速发展。
汽车保有量的增加、汽车运输的发展，促进了人类社会的文明、进步，极大地方便了人民生活，但同时，它也给人类社会带来了许多有害的影响，对人民的身体健康构成了威胁。
由于原有道路是供马车行驶的，随着汽车的使用，道路立即表现出不相适应，出现了交通拥挤、阻塞和交通事故，这样就迫切要求改建道路。同时，各种交通工具并存混行，相互干扰，险象发生。
发生交通事故等诸多交通问题的主要原因是：
（1）道路和汽车的数量、质量的发展比例失调；
（2）对交通系统的四个基本要素——人、车、路、环境缺乏系统、综合的研究，没有对这些要素从交通规划、道路设施及现代交通管理手段等方面综合治理，使这些要素得以协调地发展；
（3）未能及时筹建、发展新的交通系统。
这三项原因，尤其是前两项原因，有待建立一门新兴的学科来解决，这样交通工程学就应“需”而“生”了。

二、交通工程学的发展概况

在西方，约公元前400年，古罗马修筑了29条以罗马城为中心，辐射到广大地区的大道。在城市交通方面，采用了单向交通，规定高峰期间在市中心商业大街上不准停车，限制一般车辆进城等，可说这是交通控制的萌芽。1868年，英国伦敦威斯敏斯特地区的煤气交通信号灯，可算是近代交通设施的雏形。
20世纪的交通工程以汽车交通为主要对象。为了管理汽车交通，美国1921年就有了交通工程师的岗位。1932年，德国修建了世界上第一条高速公路，并开始研究车辆与道路的关系。30年代，还出现了以概率论研究交通流量和速度关系的数学模型。
20世纪50年代，道路的大量修筑，汽车数量的骤增，促进了交通工程的发展。为了更好地进行交通规划，开始重视与土地使用有关的交通调查工作；在交通流理论方面，在不同设想的基础上，创立了跟随理论、流体力学理论和排队理论。
1965年12月，在美国底特律召开了首次交通流理论国际会议。交通工程工作者及有关学科的学者开始用应用数学、运筹学、控制理论、心理学、经济学研究交通工程，认识到在交通工程中人的因素占重要的地位。
人的生理机能、心理状态、感觉及反应的灵敏度和准确性、情绪及对车辆性能的适应程度等都对交通有很大的影响。把心理学引入交通工程，形成了交通心理学专题，从而沟通了人、车、路三者的相互关系。
在这期间，也是高速公路开始以大规模、高标准兴建的时代，以美国、西欧各国为最盛。随着高速公路的发展带来了动态交通的飞跃发展，相应地对城市又产生了极为严重的静态交通问题，即停车困难的问题。因此，对交通工程又增加了一个研究停车问题的重要内容。
汽车交通的发展，引起交通事故的激增，因之交通安全不能不引起重视。这又增加了交通工程一个组成部分。50年代末，私人小汽车的泛滥，使交通严重堵塞。重新起用公共交通被认为是解决“车害”的有效措施之一，所以在交通工程研究中又增加了公共交通的内容。

下图是最早的信号灯

1868年12月10日，受红绿装启发的英国机械工程师纳伊特在伦敦威斯敏斯特区的议会大厦前的广场上，安装了世界上最早的煤气红绿灯——高达7米的灯柱顶部挂着一盏红、蓝两色的提灯。信号灯只有一盏光源，红绿灯的切换是通过煤气灯罩前的两块红绿玻璃，红绿切换是由执勤警察通过牵动皮带轮来控制。

4. 交通工程学在道路运输管理中的作用

交通工程学与道路运输管理两者之间的相互关系以及交通工程学在道路运输管理中的作用等问题，现在还没有较为系统的研究，但可以初步归纳如下。
1．交通工程学研究的目的和道路运输管理的目的具有共同的方面，即都是为了实现公路交通运输的安全、迅速、经济和舒适。
2．公路运输业最基本的固定设施、生产设备——公路和车辆，公路运输业的主体力量——汽车驾驶员以及包括汽车运输的基本生产活动构成的道路交通流、道路交通环境及它们之间的相互关系等，都是交通工程学研究的对象。
3．运用交通工程学的原理，能够促进道路运输管理部门综合考虑人、车、路、环境之间的相互关系，提高管理工作的科学性和有效性。
(1)研究道路交通流的生成及流量、流向在空间和时间上的变化规律，是合理投放运力、实施最佳营运组织和调度的有效途径。
(2)对道路交通基本状况、通行能力、服务水平及交通环境的调查研究是审查开业、审批客运线路、站(场)设置以及确定定车、定线行驶和核定道路等级运行的重要依据。
(3)研究驾驶员的交通特性和交通事故的成因规律、分布规律，可以有效地指导道路运输企业和其他道路运输经营者进行驾驶员的教育和科学管理工作，并制定预防交通事故的科学措施，提高全行业的交通安全水平，实现优质、安全、高效的运输目标。
(4)研究道路交通流及交通规划的理论和方法，根据交通网现状和国民经济发展对交通运输业的要求，合理规划道路交通、科学调控道路和车辆的协调发展，有助于实现交通运政管理中综合配套、统筹规划、合理布局、全面发展、秩序良好的运输结构目标。