交通工程學

交通工程學是交通工程學科研究與發展的基本理論，是從道路工程學科中派生出來的一門較年輕的學科，它把人、車、路、環境及能源等與交通有關的幾個方面綜合在道路交通這個統一體中進行研究，以尋求出行效率最大、交通事故最少、通行速度最快、運輸費用最省、環境影響最小、能源消耗最低的交通系統規劃、建設與管理方案，從而達到安全、迅速、經濟、方便、舒適、節能及降低公害的目的。

交通工程學作為一門正在發展中的交通工程學科的基礎理論，目前很難對它下確切的定義，各國學者從不同的角度、以不同的觀點、用不同的方法對它進行探索研究，試圖提出一個公認的定義，但都沒有成功，定義很難統一。

我國的一些交通工程學者認為：交通工程學是研究交通規律及其應用的一門技術科學。

儘管各國學者對交通工程學的理解、認識不完全一致，但在以下兩個方面是基本共同的：交通工程學是從道路工程學分化出來的，它的主要研究對象是道路交通；交通工程學主要解決道路交通系統規劃與管理中的科學問題。

交通工程學研究的內容非常廣泛，幾乎涉及道路交通的各個力面。而就交通工程學這門學科來説，其基礎理論是：交通流理論、交通統計學、交通心理學、汽車動力學、交通經濟學。與交通工程密切相關的主要學科有：汽車工程、運輸工程、人類工程、道路工程、交通規劃學、環境工程、自動控制、應用數學、電子計算機等。因此，交通工程學是一門由多種學科相互滲透的新興邊緣學科，交通工程學與其他學科的關係如下圖所示。 ^[1] 

隨着科學技術的進步和人們對交通需求的增加，交通工程學作為運輸學科的一個重要分支得到了迅速的發展，學科的領域不斷擴大，學科的內容也日趨豐富，主要包括以下幾個方面。

交通特性分析技術主要包括交通參與者特性（駕駛員、行人）、交通工具特性（機動車、非機動車）、道路（公路、城市道路、交叉口及交通樞紐）特性及交通流特性分析四個方面。

交通調查的目的是通過調查掌握交通流的基本特徵，包括交通參數調查（流量、速度、密度、佔有率、延誤）、出行信息調查（居民出行、車輛出行）、交通事情調查（交通事故）、交通環境（交通大氣污染、噪聲污染等）調查。

交通流理論包括交通流三參數相互關係，動力學特徵，車輛跟馳理論，概率論、流體力學在交通流分析中的應用。

道路的通行能力與服務水平分析主要是分析道路通行能力的大小、服務水平的劃分與確定等問題。

交通規劃主要是道路交通系統的規劃，包括交通需求的預測、交通流分配、路網規劃方法和技術、網絡規劃的評價技術等。

交通事故與安全包括交通事故發生的機理、事故預防、交通安全設施技術開發和研究等。

交通管理與控制包括交通法規的制定、交通管理、交通控制、交通管制的仿真與評價。

停車場及服務設施包括社會車輛、公共車輛、非機動車輛的停車需求調查與預測，停車場的規劃與設計，停車管理等。

城市交通系統包括小汽車交通、公共交通、行人交通、自行車交通及各種交通方式之間的換乘系統等綜合交通系統的研究。

交通工程的新理論、新方法、新技術主要集中在智能交通系統（ITS）方面，包括現代通信技術、計算機技術、信息技術、管理技術、控制技術在交通管理中的應用，如車輛衞星導航技術、高速公路自動收費技術、自動高速公路等都是ITS的核心內容。

從交通系統組成、交通工程研究內容和其所涉及的相關學科來看，交通工程學是一門綜合性很強的複雜系統科學，兼有社會科學和自然科學的雙重特性。其主要特點如下：

交通的系統性一方面體現在交通與社會經濟生活聯繫密切，另一方面表現在交通系統的多要素構成。交通系統的優化是針對多目標的、多約束、開放的巨系統的優化。交通工程學的基本理論是系統工程的系統優化分析。

表現在其研究內容的複雜，涉及工程、教育、執法、環境等諸多領域。從上圖亦可看出交通工程學不僅涉及自然學科，同時與社會科學密切聯繫，是集軟硬於一身的科學。

交通系統中的人（行人、乘客、駕駛員以及交通管理者）具有社會性。因此，交通工程學需要應用社會科學的理論和方法。交通規劃、交通管理以及交通法規等需要考慮到不同階層、不同收入等各類型的人的需求，以確保社會公平。

交通系統是社會經濟活動的支撐，在城市規劃建設中交通處於先行地位。又由於道路基礎設施建設和使用的週期較長，因此，交通系統規劃和建設還要適應未來一定時期（20—30年或者更長）的交通需求。否則，一旦交通網絡形成或預留用地不足，進行交通改善需要付出高昂代價，因此，交通系統必須要超前考慮、前瞻規劃。

交通流是一個動態的隨機系統，如交通量、車輛到達和離開、人和車的出行等都具有不確定性。交通流在道路網上的分佈隨着時間和空間不斷變化。另外，路網中的交通流常常受到事件或者其他因素的干擾，而呈現複雜狀態。

道路規劃和交通管理的概念，古已有之。在2000多年前的周朝時代，已有道路規劃，也有交通管理法規。如“男子由右，婦人由左，車從中央”，並種植行道樹，作為道路導向的標誌。秦朝不僅修築了通向全國的馳道網，而且統一了全國的車軌距離，使造車和修路有了標準。唐朝建都長安，按棋盤形規劃建成城市道路網。

在西方，約公元前400年 ，古羅馬修築了29條以羅馬城為中心，輻射到廣大地區的大道。在城市交通方面，採用了單向交通，規定高峯期間在市中心商業大街上不準停車，限制一般車輛進城等，可説 這是交通控制的萌芽。1868年，英國倫敦威斯敏斯特地區的煤氣交通信號燈，可算是近代交通設施的雛形。

二十世紀的交通工程以汽車交通為主要對象。為了管理汽車交通， 美國1921年就有了交通工程師的崗位。1932年，德國修建了世界上第一條高速公路，並開始研究車輛與道路的關係。30年代，還出現了以概率論研究交通流量和速度關係的數學模型。

二十世紀50年代，道路的大量修築，汽車數量的驟增，促進了交通工程的發展。為了更好地進行交通規劃，開始重視與土地使用有關的交通調查工作 ；在交通流理論方面，在不同設想的基礎上，創立了跟隨理論、流體力學理論和排隊理論。

1965年12月 ，在美國底特律召開了首次交通流理論國際會議。交通工程工作者及有關學科的學者開始用應用數學、運籌學、控制理論、心理學、經濟學研究交通工程，認識到在交通工程中人的因素佔重要的地位。

人的生理機能、心理狀態、感覺及反應的靈敏度和準確性、情緒及對車輛性能的適應程度等都對交通有很大的影響。把心理學引入交通工程，形成了交通心理學專題，從而溝通了人、車、路三者的相互關係。

在這期間，也是高速公路開始以大規模、高標準興建的時代，以美國、西歐各國為最盛。隨着高速公路的發展帶來了動態交通的飛躍發展，相應地對城市又產生了極為嚴重的靜態交通問題，即停車困難的問題。因此，對交通工程又增加了一個研究停車問題的重要內容。

汽車交通的發展，引起交通事故的激增，因之交通安全不能不引起重視。這又增加了交通工程一個組成部分。50年代末，私人小汽車的泛濫，使交通嚴重堵塞。重新起用公共交通被認為是解決“車害”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內容。

60年代，汽車交通對環境產生的交通公害日益嚴重。大氣污染、交通噪聲和交通振動，引起了居民的反感和不滿；因之。交通環境保護的研究應運而生，而且日益受到重視。1965年左右，電子計算機開始應用在交通信號的自動控制和交通規劃中。今後在改善交通系統的規劃，提高交通系統的運行效率，克服交通擁塞、環境污染和能瀝浪費等方面，計算機將日益發揮其重要作用。

70年代，遇到了石油危機，資本主義國家經濟上又出現了不景氣，在發達的國家用大量資金修築道路已有捉襟見肘之感，因此其注意力放在提高道路的使用效率方面，如控制小汽車交通，提倡公共交通，綜合治理道路和交通等，其具體內容表現為運輸系統管理的創立，它的內容是用最少的投資，在短期內採取多種措施，達到減少擁塞和疏通交通的作用。用系統工程改善交通，是交通工程研究的一項新趨勢。

我國交通工程學科的產生，美籍華人交通工程專家張秋先生起了很大的推動作用。1978年以來，以張秋先生為代表的美、日、英、加等國的交通工程專家，先後在上海、北京、哈爾濱、南京、西安等城市講學，系統介紹了西方發達國家交通規劃、交通管理、交通控制及交通安全等方面的建設與管理經驗。國內也派出了多個代表團出國參加由英、美、日、澳、德等國舉辦的交通工程學術會議，這些活動推動了國內交通學科的產生。

1980年上海市率先在國內成立了交通工程學會，1981年中國交通工程學會成立，20多個省、市、自治區也相繼成立了省級交通工程學會或交通工程委員會，有些早先成立的國家級專業學會也設立了交通工程分會。東南大學、同濟大學、北京工業大學、西南交通大學、西安公路交通大學、哈爾濱建築大學等院校相繼設立了交通工程本科專業，並着手招收、培養交通工程專業的碩士研究生、博士研究生，開始研究交通工程以解決中國的交通問題。特別應該提出的是中國有大量的自行車，汽車與自行車混合交通的研究，使中國交通工程的研究具有顯明的特色。我國的新聞出版部門也相繼出版了《中國交通工程》、《中國交通報》、《道路交通管理》、《紅綠燈下》等雜誌及一批交通工程方面的報刊，廣泛傳播交通工程方面的知識。

我國交通工程學科的成立不像美國有明確的標誌，但一般認為，我國交通工程學科產生於20世紀80年代初，而美籍華人張秋先生是該學科的奠基人。

要建立有效的道路系統和交通控制， 就需要了解人在各種道路環境中的本能和限度。人、車、路三者構成了一個互相作用的交通系統，因此必須瞭解在這系統中的三者的特性及其相互關係。

收集分析有關道路交通實際的可計量資料，作為規劃和設計道路交通設施、制訂幾何設計標準進行技術經濟分析、決定交通優先等的依據；並可用來評價交通改善後的效益；探討交通特性和一般原理。其內容有：交通量的量測，起訖調查，速度觀測，行程時間及延遲調查，交通事故調查，停車調查等。

根據某一地區的人口、經濟和上地使用等情況，經過調查找出其當前的交通形式，根據未來的人口、經濟和土地使用的情況，預測未來的交通形式，提出可供選擇的不同的交通規劃方案，對各方案進行評價，對實施的程序和費用進行估計。其內容根據地區範圍大小而有不同要求，且有長期和短期規劃之分。

應用物理和數學的原理來描述交通流運行形態的理論，用於道路交通設施的設計和管理，以發揮其最大可能的效能。

在道路系統中，某一部分在一定的時間內，在具體的情況下，能夠通過的最大車輛數。是道路規劃、設計和交通運行管理的重要依據。1965年又把交通服務質量和通過數量結合在一起，根據不同的行車情況，將服務水平從最壞到最理想分成幾個等級，在某種服務水平下的通行能力稱為服務通行能力。一般根據所在位置分為連續和間斷兩類。前者是指兩個平面交叉中間的路段上，後者指平面交叉上。

停放車是靜態交通，行車是動態交通。動態的產生往往依賴於靜態的條件。因此，足夠的停車場地是產生車輛出行的因素，也是土地開發和使用的必要條件。研究的內容有停放車調查，路上停車方式，路外停車場以及停車的控制和管理等方面。

道路幾何組成部分，包括道路平面、縱斷面、橫斷面等的設計，其決定的因素有速度、交通量，地形以及特殊的需要。還包括道路分類的劃分，技術標準的制定，規劃年的交通量預估等。

交通信號和系統是指用動力操縱的信號以顯示指令或警告。廣義上包括交叉口的紅綠燈、閃光鈕、車道指示信號、行人過街信號、鐵路道口號誌等。按其種類分為人控信號、定時信號、車控信號及電子計算機控信號等。

通信號系統是在一條路線上或一個地區，把有關的信號協調一致，以達到車暢其流，減少擁塞和延遲的目的系統的基本分類有：單獨系統，按時間協調系統，聯結定時系統，交通反應系統，聯結車動系統，交通調整系統和數字電子計算機信號控制系統等。

用電子技術在道路系統上傳輸語言、圖像、數據和脈衝等信息的專用通訊系統以達到疏導交通、節約能源、提高安全、充分利用現有設備的目的，是交通工程一個新的開拓面。內容包括有車輛控制系統，用以補充駕駛人本能的不足；交通流的控制系統，從整體上管理和指導交通流；諮詢服務。這些可以在行程中進行。今後隨着電子技術的進步和推廣將在交通工程中起更大的作用。

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