Transportation_Engineering_I.pdf - Transportation Engineering I Tom V Mathew Jan-May 2006 Transportation Systems Engineering Civil Engineering

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Unformatted text preview: Transportation Engineering I Tom V. Mathew Jan-May 2006 Transportation Systems Engineering Civil Engineering Department Indian Institute of Technology Bombay Powai, Mumbai 400076, India Contents I Introduction to transportation systems engineering 1 Introduction to transportation engineering 1.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 Transportation system . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.1 Diverse characteristics . . . . . . . . . . . 1.2.2 Study context . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2.3 Background: A changing world . . . . . . 1.2.4 Role of transportation engineer . . . . . . 1.2.5 Basic premise of a transportation system 1.3 Major disciplines of transportation . . . . . . . . 1.3.1 Transportation planning . . . . . . . . . . 1.3.2 Geometric design . . . . . . . . . . . . . . 1.3.3 Pavemenet analysis and design . . . . . . 1.3.4 Traffic engineering . . . . . . . . . . . . . 1.4 Other important disciplines . . . . . . . . . . . . 1.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.6 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Introduction to Highway Engineering 2.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 History of highway engineering . . . . 2.2.1 Ancient Roads . . . . . . . . . 2.2.2 Roman roads . . . . . . . . . . 2.2.3 French roads . . . . . . . . . . 2.2.4 British roads . . . . . . . . . . 2.2.5 Modern roads . . . . . . . . . . 2.3 Highway planning in India . . . . . . . 2.3.1 Modern developments . . . . . 2.4 Road classification . . . . . . . . . . . 2.4.1 Nagpur classification . . . . . . 2.4.2 Modern-Lucknow classification 2.4.3 Roads classification criteria . . 2.5 Highway alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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activities . 3.2.3 Conclusions . . . . . . . . . . . . . 3.3 Social role of transportation . . . . . . . . 3.3.1 Formation of settlements . . . . . 3.3.2 Size and pattern of settlements . . 3.3.3 Growth of urban centers . . . . . . 3.4 Political role of transportation . . . . . . 3.4.1 Administration of an area . . . . . 3.4.2 Political choices in transport . . . 3.5 Environmental role of transportation . . . 3.5.1 Safety . . . . . . . . . . . . . . . . 3.5.2 Air Pollution . . . . . . . . . . . . 3.5.3 Noise pollution . . . . . . . . . . . 3.5.4 Energy consumption . . . . . . . . 3.5.5 Other impacts . . . . . . . . . . . 3.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.7 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 Factors affecting transportation 4.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Human factors affecting transportation . 4.2.1 Variability . . . . . . . . . . . . . 4.2.2 Critical characteristics . . . . . . 4.2.3 Reaction time . . . . . . . . . . . 4.2.4 Visual acuity and driving . . . . 4.2.5 Walking . . . . . . . . . . . . . . 4.2.6 Other Characteristics . . . . . . 4.3 Vehicle factors . . . . . . . . . . . . . . 4.3.1 Design vehicles . . . . . . . . . . 4.3.2 Vehicle dimensions . . . . . . . . 4.3.3 Weight, axle configuration etc. . 4.3.4 Turning radius and turning path 4.3.5 Visibility . . . . . . . . . . . . . 4.4 Acceleration characteristics . . . . . . . 4.5 Braking performance . . . . . . . . . . . 4.6 Road factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . of goods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. . . . 4.6.3 Roughness . . . . . 4.6.4 Pavement colors . 4.6.5 Night visibility . . 4.6.6 Geometric aspects Summary . . . . . . . . . Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Transportation planning 5 Travel demand modelling 5.1 Overview . . . . . . . . . . . . 5.2 Transport modeling . . . . . . 5.3 Transport demand and supply . 5.4 Travel demand modeling . . . . 5.5 Summary . . . . . . . . . . . . 5.6 Problems . . . . . . . . . . . . 28 29 29 29 29 29 30 30 31 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Data Collection 6.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . 6.2 Survey design . . . . . . . . . . . . . . 6.2.1 Information needed . . . . . . . 6.2.2 Study area . . . . . . . . . . . 6.2.3 Zoning . . . . . . . . . . . . . . 6.2.4 Network . . . . . . . . . . . . . 6.3 Household data . . . . . . . . . . . . . 6.3.1 Questionnaire design . . . . . . 6.3.2 Survey administration . . . . . 6.4 Data preparation . . . . . . . . . . . . 6.4.1 Data correction . . . . . . . . . 6.4.2 Sample expansion . . . . . . . 6.4.3 Validation of results . . . . . . 6.5 Other surveys . . . . . . . . . . . . . . 6.5.1 O-D survey . . . . . . . . . . . 6.5.2 Road side interviews . . . . . . 6.5.3 Cordon and screen-line survey . 6.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . 6.7 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 32 32 32 33 34 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 36 36 36 37 37 38 38 38 39 39 39 40 40 40 40 40 41 41 41 7 Trip generation 42 7.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7.2 Trip generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7.2.1 Types of trip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 7.3 7.4 7.5 7.6 7.2.2 Factors affecting trip Growth factor modeling . . Regression methods . . . . Summary . . . . . . . . . . Problems . . . . . . . . . . generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Trip distribution 8.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2 Definitions and notations . . . . . . . . . . . . . . 8.2.1 Trip matrix . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.2.2 Generalized cost . . . . . . . . . . . . . . . 8.3 Growth factor methods . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.1 Uniform growth factor . . . . . . . . . . . . 8.3.2 Example . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.3.3 Doubly constrained growth factor model . . 8.3.4 Advantages and limitations of growth factor 8.4 Gravity model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8.6 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Modal split 9.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.2 Mode choice . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.3 Factors influencing the choice of mode . . . 9.4 Types of modal split models . . . . . . . . . 9.4.1 Trip-end modal split models . . . . . 9.4.2 Trip-interchange modal split models 9.4.3 Aggregate and disaggregate models . 9.5 Binary logit model . . . . . . . . . . . . . . 9.6 Multinomial logit model . . . . . . . . . . . 9.7 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9.8 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Traffic Assignment 10.1 Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.2 Link cost function . . . . . . . . . . . . . . . 10.3 All-or-nothing assignment . . . . . . . . . . . 10.4 User equilibrium assignment (UE) . . . . . . 10.5 System Optimum Assignment (SO) . . . . . . 10.6 Other assignment methods . . . . . . . . . . . 10.6.1 Incremental assignment . . . . . . . . 10.6.2 Capacity restraint assignment . . . . . 10.6.3 Stochastic user equilibrium assignment 10.6.4 Dynamic Assignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 43 44 45 45 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 46 46 46 47 47 47 47 48 48 50 52 52 . . . . . . . . . . . 55 55 55 55 56 56 56 57 57 58 59 59 . . . . . . . . . . 61 61 61 62 63 65 66 66 66 66 66 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. . . . . . . . . . . 11.4.3 Factors controlling alignment . . . . 11.4.4 Special consideration for hilly areas . 11.5 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.6 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ....
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