[发明专利]一种基于MFD的交通门限控制子区承载力估计方法

说明书

本发明提供了一种基于MFD的交通门限控制子区承载力估计方法，该方法包括如下步骤：S1构建基于车辆出行轨迹的门限控制子区MFD；S2门限控制子区MFD主曲线分析：利用H‑S主曲线算法对MFD进行初步拟合并计算原始MFD在主曲线上的投影，即主曲线的质心点，为后续利用函数对MFD进行拟合减少干扰；S3门限控制子区MFD函数拟合与承载力估计：利用多种函数对门限控制子区MFD进行拟合，建立区域累积车辆数和区域车辆出行完成流量的定量关系。本发明的方法为区域门限控制提供较为准确的路网临界状态信息。

技术领域

本发明涉及涉及一种基于MFD的交通门限控制子区承载力估计方法，属于交通控制技 术领域。

背景技术

承载力原本是源于岩土与土木工程的物理概念，反映了材料在不发生任何破坏时所能承 受的最大负荷。随后，承载力的概念逐渐延伸至交通领域，城市道路交通网络的承载力和容 量意义十分相近，反映了城市路网所能承载的车辆数与其对应的交通运行状态，城市道路交 通网络的承载力不仅是城市路网规划设计和交通政策制定的重要考虑指标，更是城市交通管 控的重要支撑。

关于承载力的研究已经经历了半个多世纪，美国、日本和法国的相关学者对路网承载力 的研究比较经典。美国学者Ford和Fulkerson根据最大流最小割原理创建了网络流模型，并 提出标号法对模型进行求解，最小割最大流模型被广泛应用于通信网和交通运输网络中。学 者SmeedR.J在研究路网容量时发现路段通行能力和路网容量有很强的联系，提出了一种基于 路段通行能力求解路网通行能力的方法。日本学者西村昂和山村信吴基于路网的拓扑结构深 入地分析了路网地最大通行能力。饭田恭敬则考虑了驾驶员路径选择作为约束对路网通行能 力进行求解。法国工程师路易斯·马尚创新性地提出“城市时间和空间资源消耗”的概念和时空 消耗模型，他将城市路网视作一个具备时空属性的容器，将路网的时空总量与个体出行的平 均时空消耗量的比值作为城市路网容量。

上述关于承载力的估计方法，存在以下问题：结构复杂、数据难以获取、理论假设难以 验证；无法保障路网承载力估计的准确性和可靠性；在实际应用中，现有方法无法适用于不 同的复杂的场景，估计精度无法保障。

发明内容

发明目的：为了解决上述问题，本发明提出了一种基于MFD的交通门限控制子区承载 力估计方法，旨在基于面向门限控制的子区划分方案采用车辆出行轨迹数据构建门限控制子 区MFD并进行子区承载力的估计，为区域门限控制提供较为准确的路网临界状态信息。MFD， 即：宏观基本图，英文：Macroscopic fundamental diagrams，简写MFD，该理论提供了路网 中交通变量之间的平均关系，该理论并不拘泥于单个路段，而是对路网的整体运行状态进行 建模，它通过路网中平均路段车辆密度和平均网络流量之间的关系来表征路网的运行态势。 交通控制子区，即将一个庞大的路网根据一定的规则划分成为多个相对独立的控制子区，然 后根据各个控制子区的交通流特性分别实施不同的控制方案，实现路网控制权的下放，当一 个子区的控制系统发生故障处于瘫痪状态，其他子区交叉口的联网协调控制也不会受到较大 影响。交通承载力，即区域路网承载力反映了路网在稳定交通状态下所能承受的最大累积车 辆数。本发明的方法，基于车辆出行轨迹数据构建MFD的规则；基于H-S主曲线算法对MFD 散点进行去噪，然后对比多种拟合函数对主曲线质心进行拟合，并基于此对子区各时段的承 载力进行估计。

技术方案：为实现本发明的目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于MFD的交通门限控制子区承载力估计方法，该方法包括如下步骤：

S1构建基于车辆出行轨迹的门限控制子区MFD；

S2门限控制子区MFD主曲线分析：利用H-S主曲线算法对MFD进行初步拟合并计算原始MFD在主曲线上的投影，即主曲线的质心点，为后续利用函数对MFD进行拟合减少干扰；