一種繪制宏觀基本圖的方法
【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，尤其是指一種繪制宏觀基 本圖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展和城市化步伐的推進(jìn)，城市分區(qū)規(guī)劃建設(shè)趨勢愈發(fā)明顯，對(duì)區(qū)域 路網(wǎng)的交通規(guī)劃和管理手段的要求不斷提高，基于以上需求，發(fā)明人通過研宄用于描述路 網(wǎng)內(nèi)各要素之間關(guān)系的宏觀基本圖（Macroscopic Fundamental Diagram，MFD)可較好反映 路網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)的基本屬性。宏觀基本圖（MFD)可定義為描述網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)車輛數(shù)與網(wǎng)絡(luò)運(yùn) 行水平之間的普遍關(guān)系。通過實(shí)地試驗(yàn)和數(shù)據(jù)采集，已經(jīng)驗(yàn)證了宏觀基本圖的存在性，可參 考根據(jù)日本橫濱和美國阿姆斯特丹地區(qū)高速網(wǎng)絡(luò)的實(shí)測數(shù)據(jù)繪制而成的基本圖。不過，由 于技術(shù)的限制和實(shí)地檢測器布置的高要求，針對(duì)一個(gè)特定的區(qū)域，宏觀基本圖的繪制并不 容易實(shí)現(xiàn)，傳統(tǒng)的宏觀基本圖主要以路網(wǎng)平均密度和路網(wǎng)平均流量為橫縱坐標(biāo)進(jìn)行繪制， 如國內(nèi)學(xué)者姬楊落落發(fā)表的《基于仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證宏觀基本圖的存在性》和國外學(xué)者Daganzo 等發(fā)表的〈〈Macroscopic relations of urban traffic variables Bifurcations〉〉的相關(guān) 內(nèi)容，該方法現(xiàn)實(shí)環(huán)境和仿真環(huán)境過程中需要布設(shè)繁瑣的檢測器和處理大量數(shù)據(jù)，較為繁 瑣，工作量大；另外，部分學(xué)者將路網(wǎng)車輛數(shù)和路網(wǎng)加權(quán)流量作為橫縱坐標(biāo)，如學(xué)者許菲菲 發(fā)表的《交通管理措施對(duì)路網(wǎng)宏觀基本圖的影響分析》的相關(guān)成果；學(xué)者杜怡曼則在《基于 宏觀基本圖的區(qū)域交通總量動(dòng)態(tài)調(diào)控技術(shù)》一文中采用網(wǎng)絡(luò)宏觀凈流量和重點(diǎn)區(qū)域凈車公 里數(shù)為橫縱坐標(biāo)，以上方法均需要對(duì)車輛和路網(wǎng)內(nèi)每條路段的屬性進(jìn)行跟蹤和統(tǒng)計(jì)，其準(zhǔn) 確性和可操作性難度較高。針對(duì)以上不足，發(fā)明人提出一種新型的繪制宏觀基本圖的方法， 以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一定時(shí)間間隔（At)的車輛總數(shù)（Net Volume，N)為橫坐標(biāo)，以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)一定時(shí)間間 隔（At)駛離路網(wǎng)的車輛總數(shù)為縱坐標(biāo)，記為G，繪制宏觀基本圖，將現(xiàn)實(shí)環(huán)境和仿真環(huán)境 相結(jié)合的方法，該方法可科學(xué)高效地繪制宏觀基本圖，極大降低數(shù)據(jù)處理的復(fù)雜程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種繪制宏觀基本圖的方 法，突破常規(guī)的繪制宏觀基本圖方式。
[0004] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術(shù)方案為：一種繪制宏觀基本圖的方法，包括 以下步驟：
[0005] 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；
[0006] 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(jìn)行補(bǔ)充繪制，繪制完整后再進(jìn)入步驟3);
[0007] 3)對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行劃分為3個(gè)區(qū)間，剔除拐點(diǎn)處數(shù)據(jù)，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，和橫坐標(biāo)軸形成梯形，繪制完成最終的宏觀基本圖。
[0008] 在步驟（1)中，所述路網(wǎng)幾何信息包括道路長度、道路寬度和車道數(shù)設(shè)置，所述節(jié) 點(diǎn)放行策略包括無控制節(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，車種限制和專用道設(shè)置。
[0009] 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：
[0010] 2. 1)以網(wǎng)絡(luò)內(nèi)預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔At的車輛總數(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)的車輛總數(shù)為縱坐標(biāo)，記為G;
[0011] 2.2)根據(jù)區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)流量觀察，從車流低峰期開始采集數(shù)據(jù)，獲取區(qū)域內(nèi)主要通 道車輛數(shù)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(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)行車輛數(shù)為N。；
[0012] 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；
[0013] 2. 4)流量監(jiān)測和統(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：
[0014] Rj-Entrance{R^,R2J ? ? ?RmJ ? ? ? }
[0015] Sj-Exit{Su，S2j ? ? ?Snj ? ? ? }
[0016] 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)的車輛數(shù)；
[0017] 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)的車輛數(shù)，Gj表示j時(shí)間點(diǎn)，如下：
[0020] 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；
[0021] 2. 6)根據(jù)處理后的樣本數(shù)據(jù)，繪制散點(diǎn)圖；
[0022] 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：
[0023] 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；
[0024] 2. 2)根據(jù)實(shí)際道路長度和寬度，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)向車道、交叉口進(jìn)口排隊(duì)區(qū)域；
[0025] 2. 3)根據(jù)實(shí)際交叉口放行方式，無控交叉口設(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；
[0026] 2. 4)路網(wǎng)所有出入口設(shè)置流量檢測器，并設(shè)置相應(yīng)的檢測間隔，確保輸出數(shù)據(jù)的 完整和有序；
[0027]2.5)仿真環(huán)境可直接從路網(wǎng)交通量為0開始仿真，并輸出預(yù)設(shè)時(shí)間間隔At的交 通數(shù)據(jù)檢測量，得到足夠數(shù)量的h(%，GJ;
[0028] 2. 6)根據(jù)處理后的樣本數(shù)據(jù)，繪制散點(diǎn)圖。
[0029] 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：
[0030] 3. 1)將散點(diǎn)圖劃分為三個(gè)區(qū)間，分別是上升段、持續(xù)段和下降段；
[0031] 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；
[0032] 3. 3)將擬合好的三條線段進(jìn)行延長，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。
[0033] 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：
[0034] 本發(fā)明充分利用了現(xiàn)實(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)和仿真環(huán)境數(shù)據(jù)，保證繪制宏觀基本圖的完整 性。發(fā)明提供了詳細(xì)的繪制宏觀基本圖的步驟和方法，數(shù)據(jù)處理量相對(duì)傳統(tǒng)方法少，可操作 性強(qiáng)，出圖效果佳。
【附圖說明】
[0035] 圖1為本發(fā)明宏觀基本圖的示意圖。
[0036] 圖2為本發(fā)明流程總圖。
[0037] 圖3為本發(fā)明采用歷史數(shù)據(jù)繪制MFD散點(diǎn)圖的流程圖。
[0038] 圖4為本發(fā)明采用微觀仿真繪制MFD散點(diǎn)圖的流程圖。
[0039] 圖5為本發(fā)明實(shí)施例區(qū)域路網(wǎng)和出入口示意圖。
[0040] 圖6為基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境繪制而成的MFD散點(diǎn)圖。
[0041] 圖7為基于現(xiàn)實(shí)環(huán)境和仿真環(huán)境繪制成的MFD。
【具體實(shí)施方式】
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