一種基于宏觀基本圖的確定網(wǎng)絡(luò)承載力的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市道路交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與管理的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種基于宏觀基 本圖的確定網(wǎng)絡(luò)承載力的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和加速，機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，城市道路不斷新 建和完善，交通管理和規(guī)劃的合理性顯得日趨重要。網(wǎng)絡(luò)承載力表示滿(mǎn)足一定交通服務(wù)水 平和效率的條件下，區(qū)域路網(wǎng)所能支持的最大標(biāo)準(zhǔn)機(jī)動(dòng)車(chē)出行量。目前路網(wǎng)承載力的計(jì)算 方法，從微觀上主要結(jié)合圖論采用各種線型規(guī)劃模型，可參考楊曉萍等發(fā)表的《基于網(wǎng)絡(luò)最 大流的城市道路交通網(wǎng)絡(luò)容量計(jì)算》等內(nèi)容，這類(lèi)方法算法和計(jì)算過(guò)程顯得復(fù)雜繁瑣，計(jì)算 實(shí)際路網(wǎng)時(shí)復(fù)雜的路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)給計(jì)算帶來(lái)更多的干擾。從宏觀上主要考慮機(jī)動(dòng)車(chē)時(shí)空占 有的時(shí)空消耗法，可參考郝燕學(xué)者《城市道路網(wǎng)容量分析和估算方法研宄》等內(nèi)容，該方法 缺少?gòu)南到y(tǒng)整體方面的分析與認(rèn)識(shí)，并依賴(lài)過(guò)多的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。
[0003] 經(jīng)發(fā)明人多年的研宄發(fā)現(xiàn)，任何道路網(wǎng)絡(luò)都有對(duì)應(yīng)的宏觀基本圖（Macroscopic FundamentalDiagram，MFD)，可以反應(yīng)路網(wǎng)交通的基本屬性，是獨(dú)立于交通需求存在的。對(duì) 區(qū)域在道路網(wǎng)絡(luò)的交通量達(dá)到一定程度后，將會(huì)保持一段時(shí)間的高效穩(wěn)定運(yùn)行，之后出現(xiàn) 拐點(diǎn)，整個(gè)路網(wǎng)的運(yùn)行效率開(kāi)始降低，在拐點(diǎn)處，較小的干擾就可能導(dǎo)致局部乃至大片區(qū)域 的擁堵。
[0004] 通過(guò)繪制特定區(qū)域的宏觀基本圖，可以得到網(wǎng)絡(luò)的MFD基本參數(shù)之間的關(guān)系，更 為科學(xué)地了解網(wǎng)絡(luò)交通流變化的規(guī)律。發(fā)明人通過(guò)研宄表明路網(wǎng)內(nèi)交通流量在一定范圍內(nèi) 時(shí)，區(qū)域中的輸出車(chē)輛數(shù)保持不變，所展現(xiàn)的MFD圖形呈現(xiàn)類(lèi)梯形，通過(guò)對(duì)圖形的分析，可 推斷圖形的后拐點(diǎn)處可作為網(wǎng)絡(luò)承載力的取值，確定區(qū)域的道路交通網(wǎng)絡(luò)承載力后，通過(guò) 在路網(wǎng)區(qū)域邊界設(shè)置相應(yīng)的交通控制手段，將路網(wǎng)內(nèi)車(chē)輛數(shù)維持在其合理可行范圍內(nèi)，可 提高路網(wǎng)整體的運(yùn)行效率，避免局部擁堵和大面積癱瘓。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種基于宏觀基本圖的確定 網(wǎng)絡(luò)承載力的方法，突破常規(guī)的計(jì)算路網(wǎng)承載力的方式。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種基于宏觀基本圖的確定網(wǎng)絡(luò) 承載力的方法，包括以下步驟：
[0007] 1)選定路網(wǎng)研宄范圍，對(duì)基礎(chǔ)資料進(jìn)行針對(duì)性獲取，總共包括三方面的資料，分別 為路網(wǎng)幾何信息、節(jié)點(diǎn)放行策略和路網(wǎng)交通組織；
[0008] 2)繪制研宄區(qū)域的宏觀基本圖MFD，首先，基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境設(shè)置檢測(cè)器，獲取交通數(shù) 據(jù)進(jìn)行繪制，完成散點(diǎn)圖繪制后，判斷宏觀基本圖MFD是否滿(mǎn)足要求，滿(mǎn)足則直接過(guò)渡至步 驟3)，若不完整，采用微觀仿真進(jìn)行補(bǔ)充繪制，繪制完整后再進(jìn)入步驟3);
[0009] 3)對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行劃分為3個(gè)區(qū)間，采用最小二乘法繪制個(gè)區(qū)間段擬合線段，將3個(gè) 線段延長(zhǎng)，和橫坐標(biāo)軸形成梯形，繪制完成最終的宏觀基本圖；
[0010] 4)根據(jù)步驟3)繪制的宏觀基本圖確定區(qū)域路網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)承載力。
[0011] 在步驟（1)中，所述路網(wǎng)幾何信息包括道路長(zhǎng)度、道路寬度和車(chē)道數(shù)設(shè)置，所述節(jié) 點(diǎn)放行策略包括無(wú)控制節(jié)點(diǎn)的讓行方式和信號(hào)控制節(jié)點(diǎn)相位相序，所述路網(wǎng)交通組織包括 單行線設(shè)置、轉(zhuǎn)向限制，車(chē)種限制和專(zhuān)用道設(shè)置。
[0012] 在步驟（2)中，基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境繪制的宏觀基本圖的散點(diǎn)圖，包括以下步驟：
[0013] 2. 1)以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔At的車(chē)輛總數(shù)（NetVolume，N)為橫坐標(biāo)；以網(wǎng) 絡(luò)內(nèi)預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔At駛離路網(wǎng)的車(chē)輛總數(shù)為縱坐標(biāo)，記為G;
[0014] 2. 2)根據(jù)區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)流量觀察，從車(chē)流低峰期開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，獲取區(qū)域內(nèi)主要通 道車(chē)輛數(shù)即可滿(mǎn)足繪制宏觀基本圖的條件，采用路段視頻檢測(cè)器拍照功能，在h時(shí)刻對(duì)區(qū) 域內(nèi)所有主要通道全程拍照，統(tǒng)計(jì)出h時(shí)刻路網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行車(chē)輛數(shù)為N。；
[0015] 2.3)確定選定區(qū)域路網(wǎng)邊界的所有進(jìn)口和出口，并在各進(jìn)出口設(shè)置流量檢測(cè)器， 總結(jié)所有的進(jìn)口建立進(jìn)口編號(hào)集合R-Entrance^i，!^ ???&???}，所有出口建立出口 編號(hào)集合S-ExiUSpS，? .Sn. ? ?}，&表示第m個(gè)進(jìn)口，Sn表示第n個(gè)出口；
[0016] 2. 4)流量監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)，確定固定時(shí)間間隔At，總結(jié)所有時(shí)間節(jié)點(diǎn)建立時(shí)間節(jié)點(diǎn) 集合T-intervallt。，!^，!^ - ??!:」???}，其中At;與各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的 進(jìn)出口的流量變化值對(duì)應(yīng)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(gè)進(jìn)口在t^至t」時(shí)間段內(nèi)統(tǒng)計(jì)的車(chē)輛數(shù)，Snj表示第n個(gè)出口 在、至t」時(shí)間段內(nèi)統(tǒng)計(jì)的車(chē)輛數(shù)；
[0020] 2.5)數(shù)據(jù)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(shí)間點(diǎn)路網(wǎng)內(nèi)的車(chē)輛數(shù)，Gj表示j時(shí)間點(diǎn)，如下：
[0023] 其中，初始值隊(duì)已在上面步驟2. 2)中獲取，根據(jù)上述關(guān)系，得j組有效的樣本值；
[0024] 2. 6)根據(jù)處理后的樣本數(shù)據(jù)，繪制散點(diǎn)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(wǎng)搭建前期準(zhǔn)備，獲取路網(wǎng)交通數(shù)據(jù)特征，對(duì)選取的區(qū)域進(jìn)行調(diào)查分析，對(duì) 仿真的參數(shù)進(jìn)行校正，設(shè)置交通構(gòu)成比例；
[0027] 2. 2)根據(jù)實(shí)際道路長(zhǎng)度和寬度，設(shè)置不同道路的屬性；搭建路網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)，根據(jù)實(shí) 際節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)向設(shè)置，設(shè)置轉(zhuǎn)向車(chē)道、交叉口進(jìn)口排隊(duì)區(qū)域；
[0028] 2. 3)根據(jù)實(shí)際交叉口放行方式，無(wú)控交叉口設(shè)置讓行規(guī)則，信控交叉口設(shè)置相應(yīng) 的相位相序或者自適應(yīng)的控制方案；
[0029] 2.4)路網(wǎng)所有出入口設(shè)置流量檢測(cè)器，并設(shè)置相應(yīng)的檢測(cè)間隔，確保輸出數(shù)據(jù)的 完整和有序；
[0030] 2.5)仿真環(huán)境可直接從路網(wǎng)交通量為0開(kāi)始仿真，并輸出預(yù)設(shè)時(shí)間間隔At的交 通數(shù)據(jù)檢測(cè)量，得到足夠數(shù)量的h(%，Gj);
[0031] 2. 6)根據(jù)處理后的樣本數(shù)據(jù)，利用MATLAB繪制散點(diǎn)圖。
[0032] 在步驟⑶中，對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行擬合的方法，包括以下步驟：
[0033] 3. 1)將散點(diǎn)圖劃分為三個(gè)區(qū)間，分別是上升趨勢(shì)區(qū)間、平穩(wěn)區(qū)間和下降趨勢(shì)區(qū) 間；
[0034] 3. 2)分別針對(duì)三處區(qū)間進(jìn)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(jìn)行延長(zhǎng)，結(jié)合橫坐標(biāo)軸形成一個(gè)梯形，完成宏觀基本 圖MFD的繪制。
[0036] 在步驟4)中，根據(jù)繪制完成的宏觀基本圖MFD，確定該區(qū)域網(wǎng)絡(luò)承載力，橫坐標(biāo)為 路網(wǎng)處理的車(chē)輛數(shù)n，縱坐標(biāo)為路網(wǎng)駛離的車(chē)輛數(shù)g，當(dāng)路網(wǎng)中運(yùn)行的車(chē)輛數(shù)"e(苧^；)之間 時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的輸出流量穩(wěn)定在預(yù)定值y，其中，下限值i為所確定的該區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)承載力。
[0037] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)與有益效果：
[0038] 本發(fā)明充分利用了宏觀基本圖的性質(zhì)，從路網(wǎng)基本屬性方面確定路網(wǎng)承載力的取 值，根據(jù)取值可以判斷路網(wǎng)可以正常處理的最大車(chē)輛數(shù)目，可以為交通控制和交通管理提 供依據(jù)，本發(fā)明提供了詳細(xì)的繪制宏觀基本圖的步驟和方法，可操作性強(qiáng)。
【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1為本發(fā)明宏觀基本圖的示意圖。
[0040] 圖2為本發(fā)明流程總圖。
[0041] 圖3為本發(fā)明基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境繪制MFD散點(diǎn)圖的流程圖。
[0042] 圖4為本發(fā)明采用微觀仿真繪制MFD散點(diǎn)圖的流程圖。
[0043] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例區(qū)域路網(wǎng)和出入口示意圖。
[0044] 圖6為基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境繪制而成的MFD散點(diǎn)圖。
[0045] 圖7為基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境和仿真環(huán)境繪制成的MFD路網(wǎng)承載力判斷圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0047] 本實(shí)施例所述的基