一種基于宏觀基本圖的確定網絡承載力的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及城市道路交通網絡規劃與管理的技術領域，尤其是指一種基于宏觀基 本圖的確定網絡承載力的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著城市化進程的不斷推進和加速，機動車保有量的持續增長，城市道路不斷新 建和完善，交通管理和規劃的合理性顯得日趨重要。網絡承載力表示滿足一定交通服務水 平和效率的條件下，區域路網所能支持的最大標準機動車出行量。目前路網承載力的計算 方法，從微觀上主要結合圖論采用各種線型規劃模型，可參考楊曉萍等發表的《基于網絡最 大流的城市道路交通網絡容量計算》等內容，這類方法算法和計算過程顯得復雜繁瑣，計算 實際路網時復雜的路網拓撲結構給計算帶來更多的干擾。從宏觀上主要考慮機動車時空占 有的時空消耗法，可參考郝燕學者《城市道路網容量分析和估算方法研宄》等內容，該方法 缺少從系統整體方面的分析與認識，并依賴過多的數據監測。
[0003] 經發明人多年的研宄發現，任何道路網絡都有對應的宏觀基本圖（Macroscopic FundamentalDiagram，MFD)，可以反應路網交通的基本屬性，是獨立于交通需求存在的。對 區域在道路網絡的交通量達到一定程度后，將會保持一段時間的高效穩定運行，之后出現 拐點，整個路網的運行效率開始降低，在拐點處，較小的干擾就可能導致局部乃至大片區域 的擁堵。
[0004] 通過繪制特定區域的宏觀基本圖，可以得到網絡的MFD基本參數之間的關系，更 為科學地了解網絡交通流變化的規律。發明人通過研宄表明路網內交通流量在一定范圍內 時，區域中的輸出車輛數保持不變，所展現的MFD圖形呈現類梯形，通過對圖形的分析，可 推斷圖形的后拐點處可作為網絡承載力的取值，確定區域的道路交通網絡承載力后，通過 在路網區域邊界設置相應的交通控制手段，將路網內車輛數維持在其合理可行范圍內，可 提高路網整體的運行效率，避免局部擁堵和大面積癱瘓。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于宏觀基本圖的確定 網絡承載力的方法，突破常規的計算路網承載力的方式。
[0006] 為實現上述目的，本發明所提供的技術方案為：一種基于宏觀基本圖的確定網絡 承載力的方法，包括以下步驟：
[0007] 1)選定路網研宄范圍，對基礎資料進行針對性獲取，總共包括三方面的資料，分別 為路網幾何信息、節點放行策略和路網交通組織；
[0008] 2)繪制研宄區域的宏觀基本圖MFD，首先，基于現實環境設置檢測器，獲取交通數 據進行繪制，完成散點圖繪制后，判斷宏觀基本圖MFD是否滿足要求，滿足則直接過渡至步 驟3)，若不完整，采用微觀仿真進行補充繪制，繪制完整后再進入步驟3);
[0009] 3)對散點圖進行劃分為3個區間，采用最小二乘法繪制個區間段擬合線段，將3個 線段延長，和橫坐標軸形成梯形，繪制完成最終的宏觀基本圖；
[0010] 4)根據步驟3)繪制的宏觀基本圖確定區域路網的網絡承載力。
[0011] 在步驟（1)中，所述路網幾何信息包括道路長度、道路寬度和車道數設置，所述節 點放行策略包括無控制節點的讓行方式和信號控制節點相位相序，所述路網交通組織包括 單行線設置、轉向限制，車種限制和專用道設置。
[0012] 在步驟（2)中，基于現實環境繪制的宏觀基本圖的散點圖，包括以下步驟：
[0013] 2. 1)以網絡內預設的時間間隔At的車輛總數（NetVolume，N)為橫坐標；以網 絡內預設的時間間隔At駛離路網的車輛總數為縱坐標，記為G;
[0014] 2. 2)根據區域內路網流量觀察，從車流低峰期開始采集數據，獲取區域內主要通 道車輛數即可滿足繪制宏觀基本圖的條件，采用路段視頻檢測器拍照功能，在h時刻對區 域內所有主要通道全程拍照，統計出h時刻路網區域內的運行車輛數為N。；
[0015] 2.3)確定選定區域路網邊界的所有進口和出口，并在各進出口設置流量檢測器， 總結所有的進口建立進口編號集合R-Entrance^i，!^ ???&???}，所有出口建立出口 編號集合S-ExiUSpS，? .Sn. ? ?}，&表示第m個進口，Sn表示第n個出口；
[0016] 2. 4)流量監測和統計，確定固定時間間隔At，總結所有時間節點建立時間節點 集合T-intervallt。，!^，!^ - ??!:」???}，其中At;與各個時間節點相對應的 進出口的流量變化值對應集合如下：
[0017] Rj-Entrance{R^,R2J? ? *RmJ* * * }
[0018] Sj-Exit{Su，S2j ? ? ?Snj ? ? ? }
[0019] 其中，Rmj表示第m個進口在t^至t」時間段內統計的車輛數，Snj表示第n個出口 在、至t」時間段內統計的車輛數；
[0020] 2.5)數據處理階段，獲取有效的宏觀基本圖樣本值，記錄為0」(％，Gj)，其中％表 示j時間點路網內的車輛數，Gj表示j時間點，如下：
[0023] 其中，初始值隊已在上面步驟2. 2)中獲取，根據上述關系，得j組有效的樣本值；
[0024] 2. 6)根據處理后的樣本數據，繪制散點圖；
[0025] 在步驟（2)中，基于微觀仿真繪制的宏觀基本圖，包括以下步驟：
[0026] 2. 1)路網搭建前期準備，獲取路網交通數據特征，對選取的區域進行調查分析，對 仿真的參數進行校正，設置交通構成比例；
[0027] 2. 2)根據實際道路長度和寬度，設置不同道路的屬性；搭建路網和節點，根據實 際節點的轉向設置，設置轉向車道、交叉口進口排隊區域；
[0028] 2. 3)根據實際交叉口放行方式，無控交叉口設置讓行規則，信控交叉口設置相應 的相位相序或者自適應的控制方案；
[0029] 2.4)路網所有出入口設置流量檢測器，并設置相應的檢測間隔，確保輸出數據的 完整和有序；
[0030] 2.5)仿真環境可直接從路網交通量為0開始仿真，并輸出預設時間間隔At的交 通數據檢測量，得到足夠數量的h(%，Gj);
[0031] 2. 6)根據處理后的樣本數據，利用MATLAB繪制散點圖。
[0032] 在步驟⑶中，對散點圖進行擬合的方法，包括以下步驟：
[0033] 3. 1)將散點圖劃分為三個區間，分別是上升趨勢區間、平穩區間和下降趨勢區 間；
[0034] 3. 2)分別針對三處區間進行最小二乘法的擬合，擬合出三條線段；
[0035] 3. 3)將擬合好的三條線段進行延長，結合橫坐標軸形成一個梯形，完成宏觀基本 圖MFD的繪制。
[0036] 在步驟4)中，根據繪制完成的宏觀基本圖MFD，確定該區域網絡承載力，橫坐標為 路網處理的車輛數n，縱坐標為路網駛離的車輛數g，當路網中運行的車輛數"e(苧^；)之間 時，網絡的輸出流量穩定在預定值y，其中，下限值i為所確定的該區域的網絡承載力。
[0037] 本發明與現有技術相比，具有如下優點與有益效果：
[0038] 本發明充分利用了宏觀基本圖的性質，從路網基本屬性方面確定路網承載力的取 值，根據取值可以判斷路網可以正常處理的最大車輛數目，可以為交通控制和交通管理提 供依據，本發明提供了詳細的繪制宏觀基本圖的步驟和方法，可操作性強。
【附圖說明】
[0039] 圖1為本發明宏觀基本圖的示意圖。
[0040] 圖2為本發明流程總圖。
[0041] 圖3為本發明基于現實環境繪制MFD散點圖的流程圖。
[0042] 圖4為本發明采用微觀仿真繪制MFD散點圖的流程圖。
[0043] 圖5為本發明實施例區域路網和出入口示意圖。
[0044] 圖6為基于現實環境繪制而成的MFD散點圖。
[0045] 圖7為基于現實環境和仿真環境繪制成的MFD路網承載力判斷圖。
【具體實施方式】
[0046] 下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0047] 本實施例所述的基