一種繪制宏觀基本圖的方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市道路交通網(wǎng)絡規(guī)劃與管理的技術領域，尤其是指一種繪制宏觀基 本圖的方法。
【背景技術】
[0002] 隨著社會的發(fā)展和城市化步伐的推進，城市分區(qū)規(guī)劃建設趨勢愈發(fā)明顯，對區(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)各要素之間關系的宏觀基本圖（Macroscopic Fundamental Diagram，MFD)可較好反映 路網(wǎng)的運行狀態(tài)的基本屬性。宏觀基本圖（MFD)可定義為描述網(wǎng)絡中移動車輛數(shù)與網(wǎng)絡運 行水平之間的普遍關系。通過實地試驗和數(shù)據(jù)采集，已經(jīng)驗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)絡的實測數(shù)據(jù)繪制而成的基本圖。不過，由 于技術的限制和實地檢測器布置的高要求，針對一個特定的區(qū)域，宏觀基本圖的繪制并不 容易實現(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進行繪制， 如國內(nèi)學者姬楊落落發(fā)表的《基于仿真實驗驗證宏觀基本圖的存在性》和國外學者Daganzo 等發(fā)表的〈〈Macroscopic relations of urban traffic variables Bifurcations〉〉的相關 內(nèi)容，該方法現(xiàn)實環(huán)境和仿真環(huán)境過程中需要布設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，部分學者將路網(wǎng)車輛數(shù)和路網(wǎng)加權流量作為橫縱坐標，如學者許菲菲 發(fā)表的《交通管理措施對路網(wǎng)宏觀基本圖的影響分析》的相關成果；學者杜怡曼則在《基于 宏觀基本圖的區(qū)域交通總量動態(tài)調(diào)控技術》一文中采用網(wǎng)絡宏觀凈流量和重點區(qū)域凈車公 里數(shù)為橫縱坐標，以上方法均需要對車輛和路網(wǎng)內(nèi)每條路段的屬性進行跟蹤和統(tǒng)計，其準 確性和可操作性難度較高。針對以上不足，發(fā)明人提出一種新型的繪制宏觀基本圖的方法， 以網(wǎng)絡內(nèi)一定時間間隔（At)的車輛總數(shù)（Net Volume，N)為橫坐標，以網(wǎng)絡內(nèi)一定時間間 隔（At)駛離路網(wǎng)的車輛總數(shù)為縱坐標，記為G，繪制宏觀基本圖，將現(xiàn)實環(huán)境和仿真環(huán)境 相結合的方法，該方法可科學高效地繪制宏觀基本圖，極大降低數(shù)據(jù)處理的復雜程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的缺點與不足，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] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所提供的技術方案為：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(wǎng)幾何信息、節(jié)點放行策略和路網(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)實環(huán)境設置檢測器，獲取交通數(shù) 據(jù)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);
[0007] 3)對散點圖進行劃分為3個區(qū)間，剔除拐點處數(shù)據(jù)，采用最小二乘法繪制個區(qū)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。
[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)設置，所述節(jié) 點放行策略包括無控制節(jié)點的讓行方式和信號控制節(jié)點相位相序，所述路網(wǎng)交通組織包括 單行線設置、轉(zhuǎn)向限制，車種限制和專用道設置。
[0009] 在步驟（2)中，基于現(xiàn)實環(huán)境繪制的宏觀基本圖的散點圖，包括以下步驟：
[0010] 2. 1)以網(wǎng)絡內(nèi)預設的時間間隔At的車輛總數(shù)（NetVolume，N)為橫坐標；以網(wǎng) 絡內(nèi)預設的時間間隔At駛離路網(wǎng)的車輛總數(shù)為縱坐標，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時刻對區(qū) 域內(nèi)所有主要通道全程拍照，統(tǒng)計出h時刻路網(wǎng)區(qū)域內(nèi)的運行車輛數(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；
[0013] 2. 4)流量監(jiān)測和統(tǒng)計，確定固定時間間隔At，總結所有時間節(jié)點建立時間節(jié)點 集合T-intervallt。，!^，!^ - ??!:」???}，其中At;與各個時間節(jié)點相對應的 進出口的流量變化值對應集合如下：
[0014] Rj-Entrance{R^,R2J ? ? ?RmJ ? ? ? }
[0015] Sj-Exit{Su，S2j ? ? ?Snj ? ? ? }
[0016] 其中，Rmj表示第m個進口在t^至t」時間段內(nèi)統(tǒng)計的車輛數(shù)，Snj表示第n個出口 在、至t」時間段內(nèi)統(tǒng)計的車輛數(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時間點路網(wǎng)內(nèi)的車輛數(shù)，Gj表示j時間點，如下：
[0020] 其中，初始值隊已在上面步驟2. 2)中獲取，根據(jù)上述關系，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)搭建前期準備，獲取路網(wǎng)交通數(shù)據(jù)特征，對選取的區(qū)域進行調(diào)查分析，對 仿真的參數(shù)進行校正，設置交通構成比例；
[0024] 2. 2)根據(jù)實際道路長度和寬度，設置不同道路的屬性；搭建路網(wǎng)和節(jié)點，根據(jù)實 際節(jié)點的轉(zhuǎn)向設置，設置轉(zhuǎn)向車道、交叉口進口排隊區(qū)域；
[0025] 2. 3)根據(jù)實際交叉口放行方式，無控交叉口設置讓行規(guī)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；
[0026] 2. 4)路網(wǎng)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(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，并輸出預設時間間隔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)，繪制散點圖。
[0029] 在步驟⑶中，對散點圖進行擬合的方法，包括以下步驟：
[0030] 3. 1)將散點圖劃分為三個區(qū)間，分別是上升段、持續(xù)段和下降段；
[0031] 3. 2)分別針對三處區(qū)間進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。
[0033] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點與有益效果：
[0034] 本發(fā)明充分利用了現(xiàn)實環(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)明提供了詳細的繪制宏觀基本圖的步驟和方法，數(shù)據(jù)處理量相對傳統(tǒng)方法少，可操作 性強，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散點圖的流程圖。
[0038] 圖4為本發(fā)明采用微觀仿真繪制MFD散點圖的流程圖。
[0039] 圖5為本發(fā)明實施例區(qū)域路網(wǎng)和出入口示意圖。
[0040] 圖6為基于現(xiàn)實環(huán)境繪制而成的MFD散點圖。
[0041] 圖7為基于現(xiàn)實環(huán)境和仿真環(huán)境繪制成的MFD。
【具體實施方式】
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