一种绘制宏观基本图的方法
一种绘制宏观基本图的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及城市道路交通网络规划与管理的技术领域，尤其是指一种绘制宏观基 本图的方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展和城市化步伐的推进，城市分区规划建设趋势愈发明显，对区域 路网的交通规划和管理手段的要求不断提高，基于以上需求，发明人通过研宄用于描述路 网内各要素之间关系的宏观基本图（Macroscopic Fundamental Diagram，MFD)可较好反映 路网的运行状态的基本属性。宏观基本图（MFD)可定义为描述网络中移动车辆数与网络运 行水平之间的普遍关系。通过实地试验和数据采集，已经验证了宏观基本图的存在性，可参 考根据日本横滨和美国阿姆斯特丹地区高速网络的实测数据绘制而成的基本图。不过，由 于技术的限制和实地检测器布置的高要求，针对一个特定的区域，宏观基本图的绘制并不 容易实现，传统的宏观基本图主要以路网平均密度和路网平均流量为横纵坐标进行绘制， 如国内学者姬杨落落发表的《基于仿真实验验证宏观基本图的存在性》和国外学者Daganzo 等发表的〈〈Macroscopic relations of urban traffic variables Bifurcations〉〉的相关 内容，该方法现实环境和仿真环境过程中需要布设繁琐的检测器和处理大量数据，较为繁 琐，工作量大；另外，部分学者将路网车辆数和路网加权流量作为横纵坐标，如学者许菲菲 发表的《交通管理措施对路网宏观基本图的影响分析》的相关成果；学者杜怡曼则在《基于 宏观基本图的区域交通总量动态调控技术》一文中采用网络宏观净流量和重点区域净车公 里数为横纵坐标，以上方法均需要对车辆和路网内每条路段的属性进行跟踪和统计，其准 确性和可操作性难度较高。针对以上不足，发明人提出一种新型的绘制宏观基本图的方法， 以网络内一定时间间隔（At)的车辆总数（Net Volume，N)为横坐标，以网络内一定时间间 隔（At)驶离路网的车辆总数为纵坐标，记为G，绘制宏观基本图，将现实环境和仿真环境 相结合的方法，该方法可科学高效地绘制宏观基本图，极大降低数据处理的复杂程度。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种绘制宏观基本图的方 法，突破常规的绘制宏观基本图方式。
[0004] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种绘制宏观基本图的方法，包括 以下步骤：
[0005] 1)选定路网研宄范围，对基础资料进行针对性获取，总共包括三方面的资料，分别 为路网几何信息、节点放行策略和路网交通组织；
[0006] 2)绘制研宄区域的宏观基本图MFD，首先基于现实环境设置检测器，获取交通数 据进行绘制，完成散点图绘制后，判断宏观基本图MFD是否满足要求，满足则直接过渡至步 骤3)，若不完整，采用微观仿真进行补充绘制，绘制完整后再进入步骤3);
[0007] 3)对散点图进行划分为3个区间，剔除拐点处数据，采用最小二乘法绘制个区间 段拟合线段，将3个线段延长，和横坐标轴形成梯形，绘制完成最终的宏观基本图。
[0008] 在步骤（1)中，所述路网几何信息包括道路长度、道路宽度和车道数设置，所述节 点放行策略包括无控制节点的让行方式和信号控制节点相位相序，所述路网交通组织包括 单行线设置、转向限制，车种限制和专用道设置。
[0009] 在步骤（2)中，基于现实环境绘制的宏观基本图的散点图，包括以下步骤：
[0010] 2. 1)以网络内预设的时间间隔At的车辆总数（NetVolume，N)为横坐标；以网 络内预设的时间间隔At驶离路网的车辆总数为纵坐标，记为G;
[0011] 2.2)根据区域内路网流量观察，从车流低峰期开始采集数据，获取区域内主要通 道车辆数即可满足绘制宏观基本图的条件，采用路段视频检测器拍照功能，在h时刻对区 域内所有主要通道全程拍照，统计出h时刻路网区域内的运行车辆数为N。；
[0012] 2.3)确定选定区域路网边界的所有进口和出口，并在各进出口设置流量检测器， 总结所有的进口建立进口编号集合R-Entrance^i，!^ ???&???}，所有出口建立出口 编号集合S-ExiUSpS，? .Sn. ? ?}，&表示第m个进口，Sn表示第n个出口；
[0013] 2. 4)流量监测和统计，确定固定时间间隔At，总结所有时间节点建立时间节点 集合T-intervallt。，!^，!^ - ??!:」???}，其中At;与各个时间节点相对应的 进出口的流量变化值对应集合如下：
[0014] Rj-Entrance{R^,R2J ? ? ?RmJ ? ? ? }
[0015] Sj-Exit{Su，S2j ? ? ?Snj ? ? ? }
[0016] 其中，Rmj表示第m个进口在t^至t」时间段内统计的车辆数，Snj表示第n个出口 在、至t」时间段内统计的车辆数；
[0017] 2.5)数据处理阶段，获取有效的宏观基本图样本值，记录为0」(％，Gj)，其中％表 示j时间点路网内的车辆数，Gj表示j时间点，如下：
[0020] 其中，初始值队已在上面步骤2. 2)中获取，根据上述关系，得j组有效的样本值；
[0021] 2. 6)根据处理后的样本数据，绘制散点图；
[0022] 在步骤（2)中，基于微观仿真绘制的宏观基本图，包括以下步骤：
[0023] 2. 1)路网搭建前期准备，获取路网交通数据特征，对选取的区域进行调查分析，对 仿真的参数进行校正，设置交通构成比例；
[0024] 2. 2)根据实际道路长度和宽度，设置不同道路的属性；搭建路网和节点，根据实 际节点的转向设置，设置转向车道、交叉口进口排队区域；
[0025] 2. 3)根据实际交叉口放行方式，无控交叉口设置让行规则，信控交叉口设置相应 的相位相序或者自适应的控制方案；
[0026] 2. 4)路网所有出入口设置流量检测器，并设置相应的检测间隔，确保输出数据的 完整和有序；
[0027]2.5)仿真环境可直接从路网交通量为0开始仿真，并输出预设时间间隔At的交 通数据检测量，得到足够数量的h(%，GJ;
[0028] 2. 6)根据处理后的样本数据，绘制散点图。
[0029] 在步骤⑶中，对散点图进行拟合的方法，包括以下步骤：
[0030] 3. 1)将散点图划分为三个区间，分别是上升段、持续段和下降段；
[0031] 3. 2)分别针对三处区间进行最小二乘法的拟合，拟合出三条线段；
[0032] 3. 3)将拟合好的三条线段进行延长，结合横坐标轴形成一个梯形，完成宏观基本 图MFD的绘制。
[0033] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0034] 本发明充分利用了现实环境数据和仿真环境数据，保证绘制宏观基本图的完整 性。发明提供了详细的绘制宏观基本图的步骤和方法，数据处理量相对传统方法少，可操作 性强，出图效果佳。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明宏观基本图的示意图。
[0036] 图2为本发明流程总图。
[0037] 图3为本发明采用历史数据绘制MFD散点图的流程图。
[0038] 图4为本发明采用微观仿真绘制MFD散点图的流程图。
[0039] 图5为本发明实施例区域路网和出入口示意图。
[0040] 图6为基于现实环境绘制而成的MFD散点图。
[0041] 图7为基于现实环境和仿真环境绘制成的MFD。
【具体实施方式】
[ 0042] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0043] 本实施例所述的绘制宏观基本图的方法，基本思路是通过结合现场环境和仿真环 境，对选定的路网绘制宏观基本图，并根据宏观基本图确定区域路网承载力。如图1至图4 所示，其情况如下：
[0044] 1)选定路网研宄范围，对基础资料进行针对性获取，总共包括三方面的资料，分别 为路网几何信息、节点放行策略和路网交通组织；
[0045] 2)绘制研宄区域的宏观基本图MFD，首先基于现实环境设置检测器，获取交通数 据进行绘制，完成散点图绘制后，判断宏观基本图MFD是否满足要求，满足则直接过渡至步 骤3)，若不完整，采用微观仿真进行补充绘制，绘制完整后再进入步骤3);
[0046] 3)对散点图进行划分为3个区间，剔除拐点处数据，采用最小二乘法绘制个区间 段拟合线段，将3个线段延长，和横坐标轴形成梯形，绘制完成最终的宏观基本图。
[0047] 在步骤（1)中，所述路网几何信息包括道路长度、道路宽度和车道数设置，所述节 点放行策略包括无控制节点的让行方式和信号控制节点相位相序，所述路网交通组织包括 单行线设置、转向限制，车种限制和专用道设置。
[0048] 在步骤⑵中，基于现实环境绘制的宏观基本图的散点图，包括以下步骤：
[0049] 2. 1)以网络内预设的时间间隔At的车辆总数（NetVolume，N)为横坐标；以网 络内预设的时间间隔At驶离路网的车辆总数为纵坐标，记为G;
[0050] 2. 2)根据区域内路网流量观察，从车流低峰期开始采集数据，获取区域内主要通 道车辆数即可满足绘制宏观基本图的条件，采用路段视频检测器拍照功能，在h时刻对区 域内所有主要通道全程拍照，统计出h时刻路网区域内的运行车辆数为N。；
[0051] 2.3)确定选定区域路网边界的所有进口和出口，并在各进出口设置流量检测器， 总结所有的进口建立进口编号集合R-Entrance^i，!^ ???&???}，所有出口建立出口 编号集合S-ExiUSpS，? .Sn. ? ?}，&表示第m个进口，Sn表示第n个出口；
[0052] 2. 4)流量监测和统计，确定固定时间间隔At，总结所有时间节点建立时间节点 集合T-intervallt。，!^，!^ - ??!:」???}，其中At;与各个时间节点相对应的 进出口的流量变化值对应集合如下：
[0053] Rj-Entrance{R^,R2J ? ? *RmJ * * * }
[0054] Sj-Exit{Su，S2j ? ? ?Snj ? ? ? }
[0055] 其中，Rmj表示第m个进口在t^至t』时间段内统计的车辆数，Snj表示第n个出口 在、至t」时间段内统计的车辆数；
[0056]2. 5)数据处理阶段，获取有效的宏观基本图样本值，记录为0」(％，Gj)，其中％表 示j时间点路网内的车辆数，Gj表示j时间点，如下：
[0059] 其中，初始值队已在上面步骤2. 2)中获取，根据上述关系，得j组有效的样本值；
[0060] 2. 6)根据处理后的样本数据，绘制散点图。
[0061] 在步骤（2)中，基于微观仿真绘制的宏观基本图，包括以下步骤：
[0062] 2. 1)路网搭建前期准备，获取路网交通数据特征，对选取的区域进行调查分析，对 仿真的参数进行校正，设置交通构成比例；
[0063] 2. 2)根据实际道路长度和宽度，设置不同道路的属性；搭建路网和节点，根据实 际节点的转向设置，设置转向车道、交叉口进口排队区域；
[0064] 2. 3)根据实际交叉口放行方式，无控交叉口设置让行规则，信控交叉口设置相应 的相位相序或者自适应的控制方案；
[0065] 2. 4)路网所有出入口设置流量检测器，并设置相应的检测间隔，确保输出数据的 完整和有序；
[0066] 2.5)仿真环境可直接从路网交通量为0开始仿真，并输出预设时间间隔At的交 通数据检测量，得到足够数量的h(%，GJ;
[0067] 2. 6)根据处理后的样本数据，绘制散点图。
[0068] 在步骤（3)中，对散点图进行拟合的方法，包括以下步骤：
[0069] 3. 1)将散点图划分为三个区间，分别是上升段、持续段和下降段；
[0070] 3. 2)分别针对三处区间进行最小二乘法的拟合，拟合出三条线段；
[0071] 3. 3)将拟合好的三条线段进行延长，结合横坐标轴形成一个梯形，完成宏观基本 图MFD的绘制。
[0072] 下面结合附图5至附图7对本发明方法进行具体说明：
[0073]1)选取某区域路网，获取基础数据，包括区域路网几何信息（各等级道路的长度， 道路宽度，车道数）；节点放行策略（信号控制的相位相序）；区域交通组织形式（单行道设 置、转向限制，车种限制和专用道设置）。如图5所示，该网络东西向长度3000余米，南北向 长度2000余米，共有十字交叉口 16个，丁字交叉口 2个，五路交叉口 2个。路段为单向两 车道，交叉口拓宽为3车道。十字交叉口为四相位控制，丁字交叉口为三相位控制，五路交 叉口为五相位控制。并在各路段设置出入口，车辆通过出入口进入网络或到达终点。
[0074] 2)绘制宏观基本图散点图
[0075] 2. 1)本发明绘制的宏观基本图以网络内一定时间间隔At的车辆总数（Net Volume，N)为横坐标；以网络内一定时间间隔At驶离路网的车辆总数为纵坐标，记为G。
[0076] 2. 2)根据区域内路网流量观察，从车流低峰期（选取凌晨时间）开始采集数据，研 宄表明，获取区域内主要通道车辆数即可满足绘制宏观基本图的条件，采用路段视频检测 器拍照功能，在h时刻对区域内所有主要通道全程拍照，统计出t^时刻路网区域内的运行 车辆数为队等于365辆。
[0077] 2.3)确定选定区域路网边界的所有进口和出口，并在各进出口设置流量检测 器，本例总共设置18个进出口，编号如图5所示，总结所有的进口建立进口编号集合 R-Entrance{&，R2 ? ? ?匕? ? ?R18}，所有出 口建立出口编号集合S-Exit以，S2 ? ? ?Sn ? ? ?S18}。 Rm表示第m个进口，Sn表示第n个出口。
[0078] 2. 4)流量监测和统计，确定固定时间间隔At，本例At取值为15分钟，可根据 具体情况进行调整。建立时间节点集合T-interval{t。，- ??!:」???}，其中tj= tj_i+At。与各个时间节点相对应的进出口的流量值对应集合如下：
[0079] Rj-Entrance{R^,R2J ? ? *RmJ * * * }
[0080] Sj-Exit{Su，S2j ? ? ?Snj ? ? ? }
[0081]其中，Rmj表示第m个进口在t^至七」时间段内统计的车辆数。Snj表示第n个出 口在、至t」时间段内统计的车辆数。为保证样本数目，建议从t^时刻开始，后续持续采 集数据7个工作日。
[0082] 2. 5)数据处理阶段，获取有效的宏观基本图样本值，记录为Oj(%，GJ。其中％表 示j时间点路网内的车辆数，G」表示j时间点驶离网络车辆数。
[0085] 其中，初始值队已在2. 2)中获取，根据上述关系，可得j组有效的样本值。
[0086] 2. 6)根据处理后的样本数据，绘制散点图，如图6所示，对散点图进行观察发现， 散点图不存在完整的上升和下降的趋势，需要执行下面步骤2. 7)进行仿真补充绘制；若绘 制的散点图有完整的上升和下降趋于，可直接执行步骤3 )。
[0087] 2. 7)基于现实环境绘制完成的MFD-般不完整，交通需求受到现状交通量的限 制，不能完全反应在MFD图形上。解决方法是构建路网仿真环境，采用微观仿真可以解决上 述问题，并具备以下优势：第一，通过仿真绘制的宏观基本图比较完整；第二，对于实际路 网中未曾达到交通需求，如低需求状态，拥堵状态甚至堵塞状态，可以通过微观仿真获取相 应的数据；第三，仿真的输出数据获取较为简单且准确，提高MFD的绘制效率。具体操作步 骤如下：
[0088] 2. 7. 1)路网搭建前期准备，获取路网交通数据特征。对选取的区域进行调查分析， 对仿真的参数进行校正，设置交通构成比例等。
[0089] 2. 7. 2)根据实际道路长度和宽度，设置不同道路的属性；搭建路网和节点，根据 实际节点的转向设置，设置转向车道、交叉口进口排队区域等。
[0090] 2. 7. 3)根据实际交叉口放行方式，无控交叉口设置让行规则，信控交叉口设置相 应的相位相序或者自适应的控制方案。
[0091] 2.7.4)路网所有出入口设置流量检测器，并设置相应的检测间隔，确保输出数据 的完整和有序。
[0092] 2.7.5)仿真环境可直接从路网交通量为0开始仿真，并输出一定时间间隔At的 交通数据检测量，得到足够数量的h(%，Gp，返回步骤2. 6)。
[0093] 3)根据绘制的散点图，如图7所示，拟合数据的趋势线，具体操作步骤如下：
[0094] 3. 1)将散点图划分为三个区间，分别是上升趋势区间，平稳区间和下降趋势区间。
[0095] 3. 2)分别针对三处区间进行最小二乘法的拟合，拟合出三条线段。
[0096] 3. 3)将拟合好的三条线段进行适当延长，结合横坐标轴形成一个梯形，完成MFD 的绘制，如图7所示。
[0097] 综上所述，本发明现实环境和仿真环境相结合，以网络内一定时间间隔（At)的 车辆总数为横坐标，以网络内一定时间间隔（At)驶离路网的车辆总数为纵坐标，克服以 往严重依赖大量布设检测器和采集众多数据的方法，保证宏观基本图绘制准确性的同时， 简化了数据的采集手段，提出采用分段方法拟合绘制宏观基本图的组合式绘制方法。更加 快速和准确地得到宏观基本图。从技术手段上具有较高的可行性，值得推广。
[0098] 以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范 围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种绘制宏观基本图的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 选定路网研宄范围，对基础资料进行针对性获取，总共包括三方面的资料，分别为路 网几何信息、节点放行策略和路网交通组织； 2) 绘制研宄区域的宏观基本图MFD，首先基于现实环境设置检测器，获取交通数据进 行绘制，完成散点图绘制后，判断宏观基本图MFD是否满足要求，满足则直接过渡至步骤 3)，若不完整，采用微观仿真进行补充绘制，绘制完整后再进入步骤3); 3) 对散点图进行划分为3个区间，剔除拐点处数据，采用最小二乘法绘制个区间段拟 合线段，将3个线段延长，和横坐标轴形成梯形，绘制完成最终的宏观基本图。2. 根据权利要求1所述的一种绘制宏观基本图的方法，其特征在于：在步骤⑴中，所 述路网几何信息包括道路长度、道路宽度和车道数设置，所述节点放行策略包括无控制节 点的让行方式和信号控制节点相位相序，所述路网交通组织包括单行线设置、转向限制，车 种限制和专用道设置。3. 根据权利要求1所述的一种绘制宏观基本图的方法，其特征在于：在步骤⑵中，基 于现实环境绘制的宏观基本图的散点图，包括以下步骤： 2. 1)以网络内预设的时间间隔At的车辆总数（Net Volume，N)为横坐标；以网络内 预设的时间间隔At驶离路网的车辆总数为纵坐标，记为G ; 2. 2)根据区域内路网流量观察，从车流低峰期开始采集数据，获取区域内主要通道车 辆数即可满足绘制宏观基本图的条件，采用路段视频检测器拍照功能，在h时刻对区域内 所有主要通道全程拍照，统计出h时刻路网区域内的运行车辆数为Nci; 2.3) 确定选定区域路网边界的所有进口和出口，并在各进出口设置流量检测器，总结 所有的进口建立进口编号集合R-EntranceiR^R2 ·· .Rm* ··}，所有出口建立出口编号 集合S-Exit (S^S2. · .Sn ···}，Rm表示第m个进口，Sn表示第η个出口； 2.4) 流量监测和统计，确定固定时间间隔At，总结所有时间节点建立时间节点集合 T-interval{tQ，tp t2 · · · tj · · · }，其中tj= t μ+Δ? ;与各个时间节点相对应的进出 口的流量变化值对应集合如下： Rj-Entrance (Rlj, R2j · · · Rmj · · · } Sj-Exit (Slj, S2j · · · Snj · · · } 其中，Rnu表示第m个进口在t μ至t J寸间段内统计的车辆数，Sw.表示第η个出口在 V1S t」时间段内统计的车辆数； 2. 5)数据处理阶段，获取有效的宏观基本图样本值，记录为Oj (Nj, Gj)，其中Nj表示j时 间点路网内的车辆数，Gj表示j时间点，如下：其中，初始值Ntl已在上面步骤2. 2)中获取，根据上述关系，得j组有效的样本值； 2.6)根据处理后的样本数据，绘制散点图； 在步骤（2)中，基于微观仿真绘制的宏观基本图，包括以下步骤： 2. 1)路网搭建前期准备，获取路网交通数据特征，对选取的区域进行调查分析，对仿真 的参数进行校正，设置交通构成比例； 2. 2)根据实际道路长度和宽度，设置不同道路的属性；搭建路网和节点，根据实际节 点的转向设置，设置转向车道、交叉口进口排队区域； 2. 3)根据实际交叉口放行方式，无控交叉口设置让行规则，信控交叉口设置相应的相 位相序或者自适应的控制方案； 2.4) 路网所有出入口设置流量检测器，并设置相应的检测间隔，确保输出数据的完整 和有序； 2.5) 仿真环境可直接从路网交通量为O开始仿真，并输出预设时间间隔At的交通数 据检测量，得到足够数量的Oj (Nj, Gj); 2.6) 根据处理后的样本数据，绘制散点图。4.根据权利要求1所述的一种绘制宏观基本图的方法，其特征在于：在步骤⑶中，对 散点图进行拟合的方法，包括以下步骤： 3. 1)将散点图划分为三个区间，分别是上升段、持续段和下降段； 3. 2)分别针对三处区间进行最小二乘法的拟合，拟合出三条线段； 3.3)将拟合好的三条线段进行延长，结合横坐标轴形成一个梯形，完成宏观基本图 MFD的绘制。
【专利摘要】本发明公开了一种绘制宏观基本图的方法，包括以下步骤：1)选定路网研究范围，对基础资料进行针对性获取，总共包括三方面的资料，分别为路网几何信息、节点放行策略和路网交通组织；2)绘制研究区域的宏观基本图MFD，首先基于现实环境设置检测器，获取交通数据进行绘制，完成散点图绘制后，判断宏观基本图MFD是否满足要求，满足则直接过渡至步骤3)，若不完整，采用微观仿真进行补充绘制，绘制完整后再进入步骤3)；3)对散点图进行划分为3个区间，剔除拐点处数据，采用最小二乘法绘制个区间段拟合线段，将3个线段延长，和横坐标轴形成梯形，绘制完成最终的宏观基本图。本发明保证宏观基本图绘制准确性的同时，简化了数据的采集手段，具有较高的可行性。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104899360
【申请号】CN201510255991
【发明人】马莹莹, 王宇俊
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月18日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及城市道路交通网络规划与管理的技术领域，尤其是指一种绘制宏观基 本图的方法。
【背景技术】
[0002] 随着社会的发展和城市化步伐的推进，城市分区规划建设趋势愈发明显，对区域 路网的交通规划和管理手段的要求不断提高，基于以上需求，发明人通过研宄用于描述路 网内各要素之间关系的宏观基本图（Macroscopic Fundamental Diagram，MFD)可较好反映 路网的运行状态的基本属性。宏观基本图（MFD)可定义为描述网络中移动车辆数与网络运 行水平之间的普遍关系。通过实地试验和数据采集，已经验证了宏观基本图的存在性，可参 考根据日本横滨和美国阿姆斯特丹地区高速网络的实测数据绘制而成的基本图。不过，由 于技术的限制和实地检测器布置的高要求，针对一个特定的区域，宏观基本图的绘制并不 容易实现，传统的宏观基本图主要以路网平均密度和路网平均流量为横纵坐标进行绘制， 如国内学者姬杨落落发表的《基于仿真实验验证宏观基本图的存在性》和国外学者Daganzo 等发表的〈〈Macroscopic relations of urban traffic variables Bifurcations〉〉的相关 内容，该方法现实环境和仿真环境过程中需要布设繁琐的检测器和处理大量数据，较为繁 琐，工作量大；另外，部分学者将路网车辆数和路网加权流量作为横纵坐标，如学者许菲菲 发表的《交通管理措施对路网宏观基本图的影响分析》的相关成果；学者杜怡曼则在《基于 宏观基本图的区域交通总量动态调控技术》一文中采用网络宏观净流量和重点区域净车公 里数为横纵坐标，以上方法均需要对车辆和路网内每条路段的属性进行跟踪和统计，其准 确性和可操作性难度较高。针对以上不足，发明人提出一种新型的绘制宏观基本图的方法， 以网络内一定时间间隔（At)的车辆总数（Net Volume，N)为横坐标，以网络内一定时间间 隔（At)驶离路网的车辆总数为纵坐标，记为G，绘制宏观基本图，将现实环境和仿真环境 相结合的方法，该方法可科学高效地绘制宏观基本图，极大降低数据处理的复杂程度。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种绘制宏观基本图的方 法，突破常规的绘制宏观基本图方式。
[0004] 为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种绘制宏观基本图的方法，包括 以下步骤：
[0005] 1)选定路网研宄范围，对基础资料进行针对性获取，总共包括三方面的资料，分别 为路网几何信息、节点放行策略和路网交通组织；
[0006] 2)绘制研宄区域的宏观基本图MFD，首先基于现实环境设置检测器，获取交通数 据进行绘制，完成散点图绘制后，判断宏观基本图MFD是否满足要求，满足则直接过渡至步 骤3)，若不完整，采用微观仿真进行补充绘制，绘制完整后再进入步骤3);
[0007] 3)对散点图进行划分为3个区间，剔除拐点处数据，采用最小二乘法绘制个区间 段拟合线段，将3个线段延长，和横坐标轴形成梯形，绘制完成最终的宏观基本图。
[0008] 在步骤（1)中，所述路网几何信息包括道路长度、道路宽度和车道数设置，所述节 点放行策略包括无控制节点的让行方式和信号控制节点相位相序，所述路网交通组织包括 单行线设置、转向限制，车种限制和专用道设置。
[0009] 在步骤（2)中，基于现实环境绘制的宏观基本图的散点图，包括以下步骤：
[0010] 2. 1)以网络内预设的时间间隔At的车辆总数（NetVolume，N)为横坐标；以网 络内预设的时间间隔At驶离路网的车辆总数为纵坐标，记为G;
[0011] 2.2)根据区域内路网流量观察，从车流低峰期开始采集数据，获取区域内主要通 道车辆数即可满足绘制宏观基本图的条件，采用路段视频检测器拍照功能，在h时刻对区 域内所有主要通道全程拍照，统计出h时刻路网区域内的运行车辆数为N。；
[0012] 2.3)确定选定区域路网边界的所有进口和出口，并在各进出口设置流量检测器， 总结所有的进口建立进口编号集合R-Entrance^i，!^ ???&???}，所有出口建立出口 编号集合S-ExiUSpS，? .Sn. ? ?}，&表示第m个进口，Sn表示第n个出口；
[0013] 2. 4)流量监测和统计，确定固定时间间隔At，总结所有时间节点建立时间节点 集合T-intervallt。，!^，!^ - ??!:」???}，其中At;与各个时间节点相对应的 进出口的流量变化值对应集合如下：
[0014] Rj-Entrance{R^,R2J ? ? ?RmJ ? ? ? }
[0015] Sj-Exit{Su，S2j ? ? ?Snj ? ? ? }
[0016] 其中，Rmj表示第m个进口在t^至t」时间段内统计的车辆数，Snj表示第n个出口 在、至t」时间段内统计的车辆数；
[0017] 2.5)数据处理阶段，获取有效的宏观基本图样本值，记录为0」(％，Gj)，其中％表 示j时间点路网内的车辆数，Gj表示j时间点，如下：
[0020] 其中，初始值队已在上面步骤2. 2)中获取，根据上述关系，得j组有效的样本值；
[0021] 2. 6)根据处理后的样本数据，绘制散点图；
[0022] 在步骤（2)中，基于微观仿真绘制的宏观基本图，包括以下步骤：
[0023] 2. 1)路网搭建前期准备，获取路网交通数据特征，对选取的区域进行调查分析，对 仿真的参数进行校正，设置交通构成比例；
[0024] 2. 2)根据实际道路长度和宽度，设置不同道路的属性；搭建路网和节点，根据实 际节点的转向设置，设置转向车道、交叉口进口排队区域；
[0025] 2. 3)根据实际交叉口放行方式，无控交叉口设置让行规则，信控交叉口设置相应 的相位相序或者自适应的控制方案；
[0026] 2. 4)路网所有出入口设置流量检测器，并设置相应的检测间隔，确保输出数据的 完整和有序；
[0027]2.5)仿真环境可直接从路网交通量为0开始仿真，并输出预设时间间隔At的交 通数据检测量，得到足够数量的h(%，GJ;
[0028] 2. 6)根据处理后的样本数据，绘制散点图。
[0029] 在步骤⑶中，对散点图进行拟合的方法，包括以下步骤：
[0030] 3. 1)将散点图划分为三个区间，分别是上升段、持续段和下降段；
[0031] 3. 2)分别针对三处区间进行最小二乘法的拟合，拟合出三条线段；
[0032] 3. 3)将拟合好的三条线段进行延长，结合横坐标轴形成一个梯形，完成宏观基本 图MFD的绘制。
[0033] 本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
[0034] 本发明充分利用了现实环境数据和仿真环境数据，保证绘制宏观基本图的完整 性。发明提供了详细的绘制宏观基本图的步骤和方法，数据处理量相对传统方法少，可操作 性强，出图效果佳。
【附图说明】
[0035] 图1为本发明宏观基本图的示意图。
[0036] 图2为本发明流程总图。
[0037] 图3为本发明采用历史数据绘制MFD散点图的流程图。
[0038] 图4为本发明采用微观仿真绘制MFD散点图的流程图。
[0039] 图5为本发明实施例区域路网和出入口示意图。
[0040] 图6为基于现实环境绘制而成的MFD散点图。
[0041] 图7为基于现实环境和仿真环境绘制成的MFD。
【具体实施方式】
[ 0042] 下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
[0043] 本实施例所述的绘制宏观基本图的方法，基本思路是通过结合现场环境和仿真环 境，对选定的路网绘制宏观基本图，并根据宏观基本图确定区域路网承载力。如图1至图4 所示，其情况如下：
[0044] 1)选定路网研宄范围，对基础资料进行针对性获取，总共包括三方面的资料，分别 为路网几何信息、节点放行策略和路网交通组织；
[0045] 2)绘制研宄区域的宏观基本图MFD，首先基于现实环境设置检测器，获取交通数 据进行绘制，完成散点图绘制后，判断宏观基本图MFD是否满足要求，满足则直接过渡至步 骤3)，若不完整，采用微观仿真进行补充绘制，绘制完整后再进入步骤3);
[0046] 3)对散点图进行划分为3个区间，剔除拐点处数据，采用最小二乘法绘制个区间 段拟合线段，将3个线段延长，和横坐标轴形成梯形，绘制完成最终的宏观基本图。
[0047] 在步骤（1)中，所述路网几何信息包括道路长度、道路宽度和车道数设置，所述节 点放行策略包括无控制节点的让行方式和信号控制节点相位相序，所述路网交通组织包括 单行线设置、转向限制，车种限制和专用道设置。
[0048] 在步骤⑵中，基于现实环境绘制的宏观基本图的散点图，包括以下步骤：
[0049] 2. 1)以网络内预设的时间间隔At的车辆总数（NetVolume，N)为横坐标；以网 络内预设的时间间隔At驶离路网的车辆总数为纵坐标，记为G;
[0050] 2. 2)根据区域内路网流量观察，从车流低峰期开始采集数据，获取区域内主要通 道车辆数即可满足绘制宏观基本图的条件，采用路段视频检测器拍照功能，在h时刻对区 域内所有主要通道全程拍照，统计出h时刻路网区域内的运行车辆数为N。；
[0051] 2.3)确定选定区域路网边界的所有进口和出口，并在各进出口设置流量检测器， 总结所有的进口建立进口编号集合R-Entrance^i，!^ ???&???}，所有出口建立出口 编号集合S-ExiUSpS，? .Sn. ? ?}，&表示第m个进口，Sn表示第n个出口；
[0052] 2. 4)流量监测和统计，确定固定时间间隔At，总结所有时间节点建立时间节点 集合T-intervallt。，!^，!^ - ??!:」???}，其中At;与各个时间节点相对应的 进出口的流量变化值对应集合如下：
[0053] Rj-Entrance{R^,R2J ? ? *RmJ * * * }
[0054] Sj-Exit{Su，S2j ? ? ?Snj ? ? ? }
[0055] 其中，Rmj表示第m个进口在t^至t』时间段内统计的车辆数，Snj表示第n个出口 在、至t」时间段内统计的车辆数；
[0056]2. 5)数据处理阶段，获取有效的宏观基本图样本值，记录为0」(％，Gj)，其中％表 示j时间点路网内的车辆数，Gj表示j时间点，如下：
[0059] 其中，初始值队已在上面步骤2. 2)中获取，根据上述关系，得j组有效的样本值；
[0060] 2. 6)根据处理后的样本数据，绘制散点图。
[0061] 在步骤（2)中，基于微观仿真绘制的宏观基本图，包括以下步骤：
[0062] 2. 1)路网搭建前期准备，获取路网交通数据特征，对选取的区域进行调查分析，对 仿真的参数进行校正，设置交通构成比例；
[0063] 2. 2)根据实际道路长度和宽度，设置不同道路的属性；搭建路网和节点，根据实 际节点的转向设置，设置转向车道、交叉口进口排队区域；
[0064] 2. 3)根据实际交叉口放行方式，无控交叉口设置让行规则，信控交叉口设置相应 的相位相序或者自适应的控制方案；
[0065] 2. 4)路网所有出入口设置流量检测器，并设置相应的检测间隔，确保输出数据的 完整和有序；
[0066] 2.5)仿真环境可直接从路网交通量为0开始仿真，并输出预设时间间隔At的交 通数据检测量，得到足够数量的h(%，GJ;
[0067] 2. 6)根据处理后的样本数据，绘制散点图。
[0068] 在步骤（3)中，对散点图进行拟合的方法，包括以下步骤：
[0069] 3. 1)将散点图划分为三个区间，分别是上升段、持续段和下降段；
[0070] 3. 2)分别针对三处区间进行最小二乘法的拟合，拟合出三条线段；
[0071] 3. 3)将拟合好的三条线段进行延长，结合横坐标轴形成一个梯形，完成宏观基本 图MFD的绘制。
[0072] 下面结合附图5至附图7对本发明方法进行具体说明：
[0073]1)选取某区域路网，获取基础数据，包括区域路网几何信息（各等级道路的长度， 道路宽度，车道数）；节点放行策略（信号控制的相位相序）；区域交通组织形式（单行道设 置、转向限制，车种限制和专用道设置）。如图5所示，该网络东西向长度3000余米，南北向 长度2000余米，共有十字交叉口 16个，丁字交叉口 2个，五路交叉口 2个。路段为单向两 车道，交叉口拓宽为3车道。十字交叉口为四相位控制，丁字交叉口为三相位控制，五路交 叉口为五相位控制。并在各路段设置出入口，车辆通过出入口进入网络或到达终点。
[0074] 2)绘制宏观基本图散点图
[0075] 2. 1)本发明绘制的宏观基本图以网络内一定时间间隔At的车辆总数（Net Volume，N)为横坐标；以网络内一定时间间隔At驶离路网的车辆总数为纵坐标，记为G。
[0076] 2. 2)根据区域内路网流量观察，从车流低峰期（选取凌晨时间）开始采集数据，研 宄表明，获取区域内主要通道车辆数即可满足绘制宏观基本图的条件，采用路段视频检测 器拍照功能，在h时刻对区域内所有主要通道全程拍照，统计出t^时刻路网区域内的运行 车辆数为队等于365辆。
[0077] 2.3)确定选定区域路网边界的所有进口和出口，并在各进出口设置流量检测 器，本例总共设置18个进出口，编号如图5所示，总结所有的进口建立进口编号集合 R-Entrance{&，R2 ? ? ?匕? ? ?R18}，所有出 口建立出口编号集合S-Exit以，S2 ? ? ?Sn ? ? ?S18}。 Rm表示第m个进口，Sn表示第n个出口。
[0078] 2. 4)流量监测和统计，确定固定时间间隔At，本例At取值为15分钟，可根据 具体情况进行调整。建立时间节点集合T-interval{t。，- ??!:」???}，其中tj= tj_i+At。与各个时间节点相对应的进出口的流量值对应集合如下：
[0079] Rj-Entrance{R^,R2J ? ? *RmJ * * * }
[0080] Sj-Exit{Su，S2j ? ? ?Snj ? ? ? }
[0081]其中，Rmj表示第m个进口在t^至七」时间段内统计的车辆数。Snj表示第n个出 口在、至t」时间段内统计的车辆数。为保证样本数目，建议从t^时刻开始，后续持续采 集数据7个工作日。
[0082] 2. 5)数据处理阶段，获取有效的宏观基本图样本值，记录为Oj(%，GJ。其中％表 示j时间点路网内的车辆数，G」表示j时间点驶离网络车辆数。
[0085] 其中，初始值队已在2. 2)中获取，根据上述关系，可得j组有效的样本值。
[0086] 2. 6)根据处理后的样本数据，绘制散点图，如图6所示，对散点图进行观察发现， 散点图不存在完整的上升和下降的趋势，需要执行下面步骤2. 7)进行仿真补充绘制；若绘 制的散点图有完整的上升和下降趋于，可直接执行步骤3 )。
[0087] 2. 7)基于现实环境绘制完成的MFD-般不完整，交通需求受到现状交通量的限 制，不能完全反应在MFD图形上。解决方法是构建路网仿真环境，采用微观仿真可以解决上 述问题，并具备以下优势：第一，通过仿真绘制的宏观基本图比较完整；第二，对于实际路 网中未曾达到交通需求，如低需求状态，拥堵状态甚至堵塞状态，可以通过微观仿真获取相 应的数据；第三，仿真的输出数据获取较为简单且准确，提高MFD的绘制效率。具体操作步 骤如下：
[0088] 2. 7. 1)路网搭建前期准备，获取路网交通数据特征。对选取的区域进行调查分析， 对仿真的参数进行校正，设置交通构成比例等。
[0089] 2. 7. 2)根据实际道路长度和宽度，设置不同道路的属性；搭建路网和节点，根据 实际节点的转向设置，设置转向车道、交叉口进口排队区域等。
[0090] 2. 7. 3)根据实际交叉口放行方式，无控交叉口设置让行规则，信控交叉口设置相 应的相位相序或者自适应的控制方案。
[0091] 2.7.4)路网所有出入口设置流量检测器，并设置相应的检测间隔，确保输出数据 的完整和有序。
[0092] 2.7.5)仿真环境可直接从路网交通量为0开始仿真，并输出一定时间间隔At的 交通数据检测量，得到足够数量的h(%，Gp，返回步骤2. 6)。
[0093] 3)根据绘制的散点图，如图7所示，拟合数据的趋势线，具体操作步骤如下：
[0094] 3. 1)将散点图划分为三个区间，分别是上升趋势区间，平稳区间和下降趋势区间。
[0095] 3. 2)分别针对三处区间进行最小二乘法的拟合，拟合出三条线段。
[0096] 3. 3)将拟合好的三条线段进行适当延长，结合横坐标轴形成一个梯形，完成MFD 的绘制，如图7所示。
[0097] 综上所述，本发明现实环境和仿真环境相结合，以网络内一定时间间隔（At)的 车辆总数为横坐标，以网络内一定时间间隔（At)驶离路网的车辆总数为纵坐标，克服以 往严重依赖大量布设检测器和采集众多数据的方法，保证宏观基本图绘制准确性的同时， 简化了数据的采集手段，提出采用分段方法拟合绘制宏观基本图的组合式绘制方法。更加 快速和准确地得到宏观基本图。从技术手段上具有较高的可行性，值得推广。
[0098] 以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范 围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种绘制宏观基本图的方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 选定路网研宄范围，对基础资料进行针对性获取，总共包括三方面的资料，分别为路 网几何信息、节点放行策略和路网交通组织； 2) 绘制研宄区域的宏观基本图MFD，首先基于现实环境设置检测器，获取交通数据进 行绘制，完成散点图绘制后，判断宏观基本图MFD是否满足要求，满足则直接过渡至步骤 3)，若不完整，采用微观仿真进行补充绘制，绘制完整后再进入步骤3); 3) 对散点图进行划分为3个区间，剔除拐点处数据，采用最小二乘法绘制个区间段拟 合线段，将3个线段延长，和横坐标轴形成梯形，绘制完成最终的宏观基本图。2. 根据权利要求1所述的一种绘制宏观基本图的方法，其特征在于：在步骤⑴中，所 述路网几何信息包括道路长度、道路宽度和车道数设置，所述节点放行策略包括无控制节 点的让行方式和信号控制节点相位相序，所述路网交通组织包括单行线设置、转向限制，车 种限制和专用道设置。3. 根据权利要求1所述的一种绘制宏观基本图的方法，其特征在于：在步骤⑵中，基 于现实环境绘制的宏观基本图的散点图，包括以下步骤： 2. 1)以网络内预设的时间间隔At的车辆总数（Net Volume，N)为横坐标；以网络内 预设的时间间隔At驶离路网的车辆总数为纵坐标，记为G ; 2. 2)根据区域内路网流量观察，从车流低峰期开始采集数据，获取区域内主要通道车 辆数即可满足绘制宏观基本图的条件，采用路段视频检测器拍照功能，在h时刻对区域内 所有主要通道全程拍照，统计出h时刻路网区域内的运行车辆数为Nci; 2.3) 确定选定区域路网边界的所有进口和出口，并在各进出口设置流量检测器，总结 所有的进口建立进口编号集合R-EntranceiR^R2 ·· .Rm* ··}，所有出口建立出口编号 集合S-Exit (S^S2. · .Sn ···}，Rm表示第m个进口，Sn表示第η个出口； 2.4) 流量监测和统计，确定固定时间间隔At，总结所有时间节点建立时间节点集合 T-interval{tQ，tp t2 · · · tj · · · }，其中tj= t μ+Δ? ;与各个时间节点相对应的进出 口的流量变化值对应集合如下： Rj-Entrance (Rlj, R2j · · · Rmj · · · } Sj-Exit (Slj, S2j · · · Snj · · · } 其中，Rnu表示第m个进口在t μ至t J寸间段内统计的车辆数，Sw.表示第η个出口在 V1S t」时间段内统计的车辆数； 2. 5)数据处理阶段，获取有效的宏观基本图样本值，记录为Oj (Nj, Gj)，其中Nj表示j时 间点路网内的车辆数，Gj表示j时间点，如下：其中，初始值Ntl已在上面步骤2. 2)中获取，根据上述关系，得j组有效的样本值； 2.6)根据处理后的样本数据，绘制散点图； 在步骤（2)中，基于微观仿真绘制的宏观基本图，包括以下步骤： 2. 1)路网搭建前期准备，获取路网交通数据特征，对选取的区域进行调查分析，对仿真 的参数进行校正，设置交通构成比例； 2. 2)根据实际道路长度和宽度，设置不同道路的属性；搭建路网和节点，根据实际节 点的转向设置，设置转向车道、交叉口进口排队区域； 2. 3)根据实际交叉口放行方式，无控交叉口设置让行规则，信控交叉口设置相应的相 位相序或者自适应的控制方案； 2.4) 路网所有出入口设置流量检测器，并设置相应的检测间隔，确保输出数据的完整 和有序； 2.5) 仿真环境可直接从路网交通量为O开始仿真，并输出预设时间间隔At的交通数 据检测量，得到足够数量的Oj (Nj, Gj); 2.6) 根据处理后的样本数据，绘制散点图。4.根据权利要求1所述的一种绘制宏观基本图的方法，其特征在于：在步骤⑶中，对 散点图进行拟合的方法，包括以下步骤： 3. 1)将散点图划分为三个区间，分别是上升段、持续段和下降段； 3. 2)分别针对三处区间进行最小二乘法的拟合，拟合出三条线段； 3.3)将拟合好的三条线段进行延长，结合横坐标轴形成一个梯形，完成宏观基本图 MFD的绘制。
【专利摘要】本发明公开了一种绘制宏观基本图的方法，包括以下步骤：1)选定路网研究范围，对基础资料进行针对性获取，总共包括三方面的资料，分别为路网几何信息、节点放行策略和路网交通组织；2)绘制研究区域的宏观基本图MFD，首先基于现实环境设置检测器，获取交通数据进行绘制，完成散点图绘制后，判断宏观基本图MFD是否满足要求，满足则直接过渡至步骤3)，若不完整，采用微观仿真进行补充绘制，绘制完整后再进入步骤3)；3)对散点图进行划分为3个区间，剔除拐点处数据，采用最小二乘法绘制个区间段拟合线段，将3个线段延长，和横坐标轴形成梯形，绘制完成最终的宏观基本图。本发明保证宏观基本图绘制准确性的同时，简化了数据的采集手段，具有较高的可行性。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN104899360
【申请号】CN201510255991
【发明人】马莹莹, 王宇俊
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月18日
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