基於壓力測試的路網極限容量確定方法

2023-06-28 14:39:06 3

專利名稱：基於壓力測試的路網極限容量確定方法
技術領域：
本發明屬於路網交通量控制技術領域。

背景技術：
早在20世紀50年代初，國外的一些學者就開始了對路網容量這一問題的探討，研究思路按照從簡單到複雜的規律進行。其中，具有代表性的國家是美國、日本和法國。
美國是對路網容量研究最早的國家。研究初期，路網被簡化成是一個簡單的單起終點的網絡，而路網容量就是在路段通行能力的制約下，從一個特殊的起點到另一個特殊的終點，能運送的最大交通量。隨著對問題理解的深入，路網被看成是一個非線性的、隨機開放的、多起終點的複雜系統，於是他們從系統最優的角度出發，建立了新的路網容量概念，即路網容量是在路段通行能力的制約、並滿足路網系統最優的情況下，路網所能承擔的最大交通量。從類別上劃分美國的研究大致可以分為如下3種一種是美國普林斯頓大學運籌學教授FordL.R.Jr和Fulkerson D.R.用圖論方法研究的路網容量，其成果是運用最大流最小割定理建立的路網容量模型，同時給出了求解網絡最大流的第一算法——標號法；第二種是交通分配模擬法，該方法產生的模型是基於圖論和交通分配兩種理論建立的；第三種是線性規劃法，其中又分為單層和雙層路網容量模型，單層模型主要用來分析那些相對簡單、起終點和路段有明確規定的網絡。而雙層模型是從系統最優的角度，在單層模型的基礎上改進的結果。該模型既考慮了路網的物理容量又考慮了交通個體的平衡(交通個體出行費用最小)，是美國至今確定路網容量的最新模型。
日本是亞洲國家中對路網容量研究最為深入的國家。60年代，山村信吾、三好逸二及西村昂就開始研究路網的容量。其後，日本京都大學的飯田恭敬教授採用圖論法研究單一物流路網容量，採用交通分配法研究考慮了駕駛員線路選擇條件下的路網容量，其研究方法和思路與美國相似。
80年代初，法國的工程師路易斯·馬尚提出了「城市的時間與空間消耗」的概念。這一概念抓住了問題的實質，即城市路網在一定時段內的物理容量是受時間、空間限制的。這樣，很自然的將路網看成是一種具有時間、空間屬性的容器，而該容器在一定時段內的容量就是路網的容量。這種思路為路網容量的研究開闢了一條新的道路。
我國對路網容量的研究較其他國家要晚，主要是在參照國外研究經驗的基礎上，對其進行改進的。最早是在1986年，由長沙交通學院的木納和中國城市規劃設計研究院交通所的關忠和利用「時空消耗」概念，提出了路段佔用量和城市交通容量。其後，東南大學的楊濤基於最大流最小割定理，將Ford-Fulkson算法進行改進，提出了解決隨機、開放路網的衍生割集網絡極大流算法(ECS)；湖南大學的李碩提出了狹義路網容量的理論及模型。另外，北方交通大學的高自友、同濟大學的楊東援等人從系統的角度出發，提出了滿足用戶平衡和系統平衡的路網容量模型。北京工業大學的陳春妹，從交通個體的時空分布規律出發，在時空消耗法的基礎上對理想及實際兩種狀態的路網容量進行了建模。
總體說來，目前路網容量的研究方法可以分為六種算法時空消耗法、線性規劃法、圖論的最大流最小割法、交通分配模擬法、狹義路網容量分析法及供應分析法等。但存在如下問題路網容量的定義不統一，使各種模型的計算結果不具備可比性；所建立模型方法沒有全面把握路網容量的關鍵影響因素，從而無法建立適當的影響模型；理論模型的參數難以標定，模型大多沒有計算出一個實際的路網容量，只停留在理論層面，實用性以及準確性欠佳，很難滿足我國城市路網發展的現實需求。
壓力測試是一種性能測試技術，它與其他工程領域的破壞性測試相似。壓力測試的目的是通過搭建與實際使用環境相類似的測試環境，測試系統在不同壓力情況下的效率狀況，不斷增加負載直至資源飽和，使其性能降低或系統產生故障，從而找到影響系統性能的瓶頸。並根據該數據評估系統在實際使用環境下的效率情況，作為評價系統性能、以及判斷是否需要對該系統進行優化處理或結構調整的依據，提高系統的效率。
壓力測試的概念來自Visual Studio.Net設計分布式應用程式可靠性測試，是指模擬巨大的工作負荷以查看應用程式在峰值使用情況下如何執行操作。壓力測試由於其實用的價值和卓越的效果，被人們廣泛的應用於軟體、金融、Web領域等。
國外對壓力測試的研究和應用較為廣泛，從20世紀60年代，美國、歐洲等國家開始在軟體開發過程中應用壓力測試，對軟體系統資源進行優化，以提高響應時間與吞吐量。20世紀90年代，國際清算銀行要求金融領域也開始對金融風險進行壓力測試，以測量某一類風險造成的損失，比如信用風險或市場風險，也可以衡量多種風險造成的整體損失。
壓力測試方面的研究和應用在我國起步較晚，目前可查的資料有限。軟體行業方面，清華大學的鄭人傑在《計算機軟體測試技術》中最早提出了壓力測試這一概念，內蒙古大學的葉新銘在前人的基礎上深入研究軟體壓力測試，制定出一套科學的壓力測試流程。2003年開始，中國銀行、中國工商銀行等大型銀行，對信用風險、利率風險等進行壓力測試，但大多利用國外現成的理論與模型，且均為臨時性。
由此可見，我國對於壓力測試的研究目前看來還比較少，借鑑國外的成果較多，只應用於軟體、金融等領域，在需要測試系統性能的交通方面卻無人涉足。


發明內容
本發明的目的在於建立一種用壓力測試確定路網極限容量的方法，由於目前的研究和方法大多致力於尋找一種理論模型來計算出路網容量的理論值，而路網系統是一個動態的、隨機的複雜系統，使得模型的參數難以確定，因此模型基本上停留在理論層面，沒有計算出實際的路網容量，準確性和可靠性較差。同時理論算法很難滿足我國城市路網發展的現實需求，導致實用性方面欠佳。就目前我國城市交通發展現狀來講，由於龐大的機動車數量和有限的城市道路資源，大多數路網都處於過飽和狀態，因此，研究路網的極限容量問題迫在眉睫。
本發明的特徵在於，依次含有以下的步驟 步驟(1)，在計算機中配置作為壓力測試工具使用的宏觀交通模擬與規劃軟體Cube及地理信息系統軟體ArcGIS，其中 Cube軟體中含有第一MVNET模塊、第二MVNET模塊、AVROAD模塊、MVGRAM模塊、MVHWAY模塊以及MVGRAF模塊，其中，第一MVNET模塊、第二MVNET模塊、AVROAD模塊、MVGRAM模塊、MVHWAY模塊以及MVGRAF模塊依次串聯，第二MVNET模塊的輸出端和MVHWAY模塊的輸入端相連，而該MVHWAY模塊的輸出端和MVGRAF模塊的輸入端相連， 在所述Cube軟體中設置以下參數 X0路網實際交通量，輛/小時，路段交通量是指在單位時間內通過路段某一地點、某一斷面或某一條車道的車輛數，路網交通量是指單位時間內整個路網內所有的路段和交叉口容納的車輛數，所述路網的實際交通量的計算公式為
式中i為路段序號，N為路段總數量， Xm第m次測試的路網交通量，輛/小時， Q路網極限容量，輛/小時，指單位時間內整個路網內所有的路段和交叉口所能夠容納的最大車輛數， Δf路網交通量增加值，輛/小時，為設定值， t測試時間，小時，通常取t＝1小時， T測試周期，通常取T＝1年， S路網平均飽和度指標值，所述飽和度指某條路段的交通量與通行能力的比值，通行能力指單位時間內路段的某一斷面所能通過的最大車輛數，其中，路網平均飽和度由以下公式計算
s0路網實際平均飽和度， sm第m次測試的路網平均飽和度， V路網平均速度指標值，千米/小時，速度是指路段長度與車輛通過的行程時間的比值，路網平均速度由以下公式計算
式中j為車輛序號，K為路段交通量，輛， v0路網實際平均速度，千米/小時， vm第m次測試的路網平均速度，千米/小時， εs路網平均飽和度的允許誤差， εv路網平均速度的允許誤差， 在所述Cube軟體中對測試路網設置下述路段屬性，包括路段類型、行政區編號、通行能力索引、速度以及通行能力，其中 路段類型是指為不同道路等級的路段進行分類的編號， 行政區編號是指路段所屬的不同行政區的編號， 通行能力索引是指路段的不同通行能力的分類編號， 速度是指路段的速度指標的數值， 通行能力是指路段的通行能力的數值， 此外，還需要對所屬路網劃分交通小區，所述交通小區是指組成路網的各個單元，每個交通小區中包含設定數量的路段和交叉口，在輸入要進行壓力測試的路網中要事先根據行政區域、地理條件、經濟聯繫以及運輸集散點的原則劃分交通小區，所述交通小區中心節點的位置儘量在小區交通流集中的交叉口附近，所述交通小區由表示交叉口的節點和表示路段的線段組成，並進行編號； 步驟(2)，在所述計算機中，利用作為壓力測試工具的Cube軟體的所述各程序模塊構造如下的壓力測試運行模型 路網分析模塊，應用所述互相串聯的第一MVNET模塊和第二MVNET模塊構成，用於核查已繪製的路網，並生成所述壓力測試運行模型中能夠應用的路網文件並存儲，需要輸入的參數至少包含交通小區數量和節點數量，還需要設置程序使用方式和輸出文件的類型或格式， 出行產生模塊，其中至少包含回歸分析模型、類別分析模型和層次回歸分析模型，用所述AVROAD模塊構成，用於計算路網中各交通小區的交通需求總量，需要設置路徑建立方式、報告輸出格式和精算方式， 交通分布模塊，其中至少包含重力模型和增長係數模型，由所述MVGRAM模塊構成，用於把各交通小區的交通需求總量轉換成各交通小區之間的空間交通量， 交通分配模塊，其中至少包含全有全無法、流量均衡法和平衡法，用所述MVHWAY模塊構成，用於將各交通小區之間的空間交通量，按照設定的規則符合實際地分配到路網中的各條路段上，進而求出路網中各路段的交通量， 分析模塊，用所述MVGRAF模塊構成，用於顯示設備圖形化顯示所述路網的交通分配結果，顯示飽和度、交通量、速度各路網特徵參數； 步驟(3)，建立所述計算機的觀測網絡，以確定包括路網實際交通量、路網實際平均飽和度和路網實際速度在內的各參數的初始值，其步驟如下 步驟(3.1)，在所述測試路網的每一個交叉口安裝動態信息檢測器， 步驟(3.2)，向所述動態信息檢測器輸入至少包含所在路段的道路等級、路段中的車道數量、路段中的車道寬度、路段的橫斷面形式、路段的車速以及路段的通行能力的數據， 步驟(3.3)，所述動態信息檢測器對路段中移動的車輛進行交通參數實時的採集，得到該路段的實際交通量、飽和度和速度，實時地上傳到計算機的終端； 步驟(4)，在所述計算機中將所述宏觀交通模擬與規劃軟體Cube與地理信息系統軟體ArcGIS直接銜接，應用ArcGIS的數據文件直接將路網圖形和步驟(1)中所述的路段屬性轉換為可供Cube軟體使用的路網文件，快速完成路網的搭建； 步驟(5)，所述計算機按以下步驟進行壓力測試 步驟(5.1)，利用所述Cube軟體的壓力測試運行模型計算由計算機觀測網絡採集的數據，得到路網實際交通量X0、路網實際平均飽和度s0和路網實際平均速度v0，所述X0即為採集到的路網交通量的最大值， 步驟(5.2)，按照設定的所述測試用的路網交通量增加值Δf、測試時間t和測試周期T，利用所述Cube軟體的壓力測試運行模型對搭建的路網進行壓力測試，得到Xm、sm和vm， 步驟(5.3)，對於每次測試的結果，若測試結果不符合預先設定的路網運行質量評價指標，即sm-S0，則增加交通量壓力Δf再次進行測試，路網交通量Xm＝X0+m×Δf×t；一旦測試結果達到路網運行質量評價指標，即sm-S>0，sm-S<εs且vm-V<0，V-vm<εv，停止壓力測試，此時的路網交通量作為該路網的極限容量Q，測試周期不超過T。
本發明的效果在於建立了一套全新的基於壓力測試的路網極限容量的確定方法，打破傳統的建模理念，運用實驗交通工程學的思想，在研究實際交通問題中進行交通實驗，使得研究思路從以往的開環型的靜態研究方法轉向為一種閉環型的循環動態研究方法，保證實用性、準確性和獨特性，並可計算出實際路網的容量值，使交通工作者面對複雜的城市網絡，可以評價路網的極限容量問題，也就是說，一定的路網條件下，在機動車擁有量達到多少的時候，路網不能夠正常運行，達到瀕於崩潰的臨界狀態。同時，該方法可以幫助找出現有路網或路段存在的問題，提出改進方案，從而為路網質量評價、路網規劃、路網改建、以及交通的管理與控制提供科學的理論支持。



圖1系統硬體框圖； 圖2本發明流程框圖； 圖3路網容量壓力測試流程圖； 圖4懷柔城區路網測試平臺圖； 圖5懷柔城區路網測試運行流程圖； 圖6懷柔城區路網第17次壓力測試路網交通量； 圖7懷柔城區路網第17次壓力測試路網平均飽和度； 圖8懷柔城區路網第17次壓力測試路網平均速度。

具體實施例方式 路網容量壓力測試是指搭建與實際交通環境相似的測試平臺，對路網不斷的施加交通量的壓力直至路網達到某個負載能力狀態，測試路網在不同壓力情況下的運行狀況，以及可以承受的路網容量值。
壓力測試是性能測試的一種專門形式，它與其他工程領域的破壞性測試相類似。壓力測試的目的是通過不斷增加負載直至資源飽和，使被測試的系統的性能降低或產生故障，從而找到影響系統性能的瓶頸。
路網容量壓力測試的策略為 1)重複循環 壓力測試的重複循環就是要在不同壓力情況下，一遍遍重複執行測試，查看每一次的實驗結果，測試路網的運行狀態和所能承受的容量值。
2)壓力增加 壓力測試應考慮每次循環操作時的負載量，由於要測試路網的承載能力，因此必須在每次循環時增加一定的交通量。可根據實際路網的調查數據，科學設定交通量的增加值，保證壓力測試可以真實有效地達到預期的目標。
3)計算實驗 對於複雜的、隨機的路網系統，僅依靠簡單的計算仿真難以得到路網容量，但是，計算實驗通過交互改變系統的輸入變量，縮小問題空間，有目的地觀察和計算系統輸出的結果，運用探索性分析方法，最終通過計算實驗得到路網容量。
路網容量壓力測試工具在進行路網容量壓力測試時，需要使用合適的壓力測試工具，才可以完成如此大規模的複雜測試任務。目前，壓力測試方法在交通領域是首次提出並使用，因此，市場上還沒有出現專業的壓力測試工具。但通過分析壓力測試的目的、過程和效果，我們選擇了功能全面、穩定性好、適用性廣的Cube宏觀交通模擬與規劃軟體進行替代，同樣可以高質量地完成壓力測試任務。
路網容量壓力測試流程壓力測試作為一種測試技術，實施過程應該遵循工程上的規範要求，才能保證取得理想的測試效果，因此建立了如下的路網容量壓力測試流程。
準備階段是壓力測試的初始化，通過對所需測試的路網進行交通調查、信息採集和評價指標的設置，分析路網的現狀，確定測試初始值和所需的各種參數，包括 1)壓力測試參數設定 本發明中涉及的定義 路段交通量指在單位時間內通過路段某一地點、某一斷面或某一條車道的車輛數； 路網交通量指單位時間內整個路網內所有的路段和交叉口容納的車輛數； 路網極限容量指單位時間內整個路網內所有的路段和交叉口所能夠容納的最大車輛數； 通行能力指單位時間內路段的某一斷面所能通過的最大車輛數； 飽和度指某條路段的交通量與通行能力的比值； 行程時間指車輛通過某段路程的行駛時間； 速度指路段長度與車輛通過的行程時間的比值； 交通小區指組成路網的各個單元，每個交通小區中包含一定數量的路段和交叉口。
運用壓力測試法確定路網的極限容量需要設定以下參數 X0路網實際交通量，輛/小時； Xm第m次測試的路網交通量，輛/小時； Q路網極限容量，輛/小時； Δf路網交通量增加值，輛/小時； t測試時間，小時，通常取t＝1小時； T測試周期，通常取T＝1年； S路網平均飽和度指標值； s0路網實際平均飽和度； sm第m次測試的路網平均飽和度； V路網平均速度指標值，千米/小時； v0路網實際平均速度，千米/小時； vm第m次測試的路網平均速度，千米/小時； εs路網平均飽和度的允許誤差； εv路網平均速度的允許誤差。
2)調查路網交通狀況 首先確定壓力測試的對象路網，然後根據路網容量的影響因素，採集測試所需的各種交通數據，包括道路等級、車道數量、車道寬度、橫斷面形式、設計車速及通行能力。
3)建立計算機觀測網絡 進行壓力測試時，需要確定路網實際交通量、平均飽和度、平均速度的初始值，因此，建立計算機觀測網絡以獲取這些數據。首先在對象路網的每一個交叉口安裝動態信息檢測器對移動的車輛進行交通參數實時的採集，檢測器由無線傳感器對通過檢測斷面的車輛進行計數，經內部數據分析處理器計算，得到該路段的實際交通量、飽和度和速度，實時地上傳到計算機的終端，通過壓力測試工具Cube軟體的分析模塊，可確定路網實際交通量X0、路網實際平均飽和度s0和路網實際平均速度v0。由於壓力測試的目的是得到路網的極限容量值，為提高測試效率，避免重複計算，將檢測器採集到的最大的交通量值作為路網實際交通量X0，此狀態所對應的即為路網實際平均飽和度s0和路網實際平均速度v0。
Cube軟體的分析模塊所使用的計算公式如下


式中i為路段序號，N為路段總數量，j為車輛序號，K為路段交通量，輛。
4)選取路網運行質量評價指標 用壓力測試的方法研究路網容量是一個實驗的過程，在此過程中評價指標尤為重要，因為它可以確定路網性能降低的瓶頸或拐點，以便測試過程中判斷某一路網交通量狀態是否達到極限容量。本方法選取路網實際平均飽和度和路網實際平均速度這兩個指標對路網整體運行狀況的宏觀評價，如表1所示，為進行路網容量壓力測試提出標準。
表1 路網運行質量評價指標體系 壓力測試過程中，利用Cube軟體的結果輸出模塊顯示每次測試的路網狀態，即路網平均飽和度sm和路網平均速度vm。
如果sm-S>0，sm-S<εs且vm-V<0，V-vm<εv，則認為此時的路網運行狀態瀕於崩潰，車流不穩定並出現擁擠甚至堵塞情況，車輛排隊現象嚴重，車輛駕駛員無法接受這種狀態，交通狀態處於中度擁堵與嚴重擁堵的臨界，整個路網的交通量達到路網容量極限值；反之，如果sm-S0，則認為此時的路網交通量並沒有達到路網極限容量，繼續增加交通量壓力，進行壓力測試。
測試階段是壓力測試流程中的關鍵階段，在此過程中可以對實際路網進行模擬和仿真，通過Cube軟體的運行模塊，反覆對路網進行負載交通量的增加，最終測試出路網的極限容量，包括 1)搭建壓力測試平臺 壓力測試的第一步就是搭建與實際路網相似的測試環境，即在計算機平臺上搭建抽象路網，這是進行壓力測試的基礎環節。
在此過程中，首先，需要描繪抽象路網，模擬實際路網搭建可供測試虛擬路網環境。Cube軟體中提供了多種生成路網的方法Cube軟體與地理信息系統軟體ArcGIS直接銜接，可以直接應用ArcGIS的數據文件直接轉換為路網文件，快速完成路網的搭建；另外一種方法是先從資料庫中讀入路網坐標文件然後再繪製路網，這樣做可以精確的定位路網交叉口的位置；最後一種方法是採用直接繪製的方式，應用路網的編輯界面導入對象路網底圖，然後直接在底圖上描繪路段，最終形成路網。
然後需要在路網中輸入各類交通參數，設置路段屬性，從而最大程度的模擬實際的交通環境，提高測試的可靠性。Cube軟體中路網必需添加的屬性包括路段類型、行政區編號、通行能力索引、速度以及通行能力。
路段類型指為不同道路等級的路段進行分類的編號； 行政區編號指路段所屬的不同行政區的編號； 通行能力索引指路段的不同通行能力的分類編號； 速度指路段的速度指標的數值； 通行能力指路段的通行能力的數值。
路網環境生成之後，對其劃分交通小區。劃分交通小區應根據行政區域、地理條件、經濟聯繫以及運輸集散點的原則，保證交通小區中心節點的位置儘量在小區交通流集中點，而並非交通小區的形心點或行政中心點，在實際操作中，一般將交通小區的中心位置定在區內重要的交叉口附近，以便其中心與道路交叉口的連接。
壓力測試只需搭建抽象的路網，將路段抽象成線段，交叉口抽象成節點，並對節點進行編號，用線段連接某些節點以劃分交通小區，並對交通小區進行編號。
2)創建運行模塊 利用壓力測試工具Cube軟體的程序模塊構造壓力測試的運行模型，逐步進行出行產生、交通分布和交通分配的步驟，模擬交通量的加載過程和最終狀態。在每一階段，都可以自由選擇函數並標定參數。
路網分析模塊。在應用程式管理器中，應用兩次MVNET模塊，核查已繪製的路網，並生成模塊中能夠應用的路網文件，並將其存儲成數據文件。需要輸入交通小區數量、節點數量各參數、設置程序使用方式和輸出文件的類型或格式。
出行產生模塊。出行產生就是計算出對象地區的各交通小區的交通需求總量，通過AVROAD模塊運行交通生成，需要設置路徑建立方式、報告輸出格式和精算方式，可以選定或自定義模型的形式、相關變量選擇和採用何種集合程度，模型主要形式包括回歸分析模型、類別分析模型、層次回歸分析模型。
交通分布模塊。交通分布這一步驟的任務是把交通需求總量轉換成各交通小區之間的空間交通量，主要利用MVGRAM模塊。需要輸入各交通小區的交通需求總量，設置模型函數及相應參數，如重力模型和增長係數模型。
交通分配模塊。交通分配是指將各交通小區之間的空間交通量，根據已知的路網描述，按照設定的規則符合實際地分配到路網中的各條路段上，進而求出路網中各路段的交通量。Cube軟體完成交通分配過程可以利用MVHWAY模塊或利用AVROAD和AVCAP模塊的反覆跌代。該程序需要輸入速度和流量的關係曲線，它的形式是離散的數據表，同時需要選擇交通分配的方法，如全有全無法、流量均衡法和平衡法。
分析模塊。Cube軟體的分析模塊用來圖形化顯示交通分配結果，主要通過MVGRAF或Graphics模塊，顯示了所得的路網交通分配結果，可按需要選擇顯示飽和度、交通量、速度各路網特徵參數，也可以輸出各種數據文件。輸出結果可以通過屏幕、AutoCAD、HPGL繪圖儀等多種設備進行顯示，同時可以進行編輯。
3)運行壓力測試並檢測路網性能 建立運行模塊之後，即可根據測試策略對路網進行壓力測試，顯示每次測試的結果，同時檢測並比較路網的運行情況，包括路網交通量Xm、路網平均飽和度sm和路網平均速度vm。
如果測試結果不符合預先設定的路網運行質量評價指標，即sm-S0，則增加交通量壓力Δf再次進行測試，路網交通量Xm＝X0+m×Δf×t；一旦路網達到資源飽和或路網性能出現突變，達到路網運行質量評價指標，即sm-S>0，sm-S<εs且vm-V<0，V-vm<εv，可停止壓力測試，此時的路網交通量可作為該路網的極限容量，即Q＝Xm，測試階段結束。
分析階段包括 1)分析壓力測試結果 壓力測試運行結束後，對結果進行匯總和分析，使用一些圖形、表格來比較和觀察測試結果，同時需要分析測試的對象，包括壓力測試使用的交通量增加值、實施測試的次數及路網運行狀態。
2)提交壓力測試報告 當壓力測試的結果達到預期需求和目標時，可結束此次壓力測試，並提交壓力測試報告。內容包括壓力測試概況、壓力測試環境、壓力測試策略、壓力測試模型和壓力測試結果。
基於壓力測試法的路網容量極限值的確定方法及流程應用於北京市懷柔區城區路網，進行壓力測試，計算其路網容量極限值。
準備階段 1)路網交通狀況 北京市懷柔區地處北京東部，是一個具有旅遊特色城鎮。通過對12條主要路段的路段條件、交通條件等詳細的調查，獲得了大量的路段基礎數據，如表2所示。
表2懷柔城區路網基本情況 2)建立計算機觀測網絡 通過懷柔區城區路網每個交叉口處安裝的動態信息檢測器、計算機終端等構成的計算機觀測網絡，採集到該路網的24小時交通量如表3所示。
表3懷柔城區觀測路網交通量 因此，可確定路網實際交通量X0為46305輛/小時，路網實際平均飽和度s0為0.28，路網實際平均速度v0為49.58千米/小時。
3)選取路網運行質量評價指標 根據本次對懷柔區城區路網進行壓力測試的對象和最終目標，在廣泛的分析和調查基礎上，決定選取表4中所列的路網運行質量評價指標。
表4路網運行質量評價指標體系 測試階段 1)搭建壓力測試平臺 運用Cube宏觀交通模擬與規劃軟體根據懷柔區的實際路網結構搭建壓力測試環境，並劃分了12個交通小區。
2)創建運行模塊 對該路網創建運行程序，通過直觀的模塊圖構造壓力測試的運行模型，路網分析模塊MVNET、出行產生模塊AVROAD、交通分布模塊MVGRAM、交通分配模塊MVHWAY和分析模塊MVGRAF，各模塊順序連接，逐步完成路網的交通量模擬加載。
3)運行壓力測試並檢測路網性能 創建各運行模塊之後，即可開始壓力測試。根據懷柔城區的土地利用、居民出行、道路基礎設施的特點，設置交通量增加值Δf為5000輛/小時，測試時間t為1小時，路網平均飽和度的精度要求εs為0.001，路網平均速度的精度要求εv為0.1。
在路網實際交通量X0的基礎上，不斷增加路網的負載直至路網性能出現突變，經過16次壓力測試，測試結果為路網平均飽和度為0.7503、平均速度為18.92千米/小時，達到路網運行狀態瀕於崩潰時的指標，即可停止壓力測試，並認為整個路網的交通量達到路網容量極限值，即126305輛/小時。
分析階段 1)分析壓力測試結果 將對懷柔區路網進行壓力測試的所有結果數據匯總並記錄，詳見下表所列。
表5壓力測試結果匯總 2)提交壓力測試報告 本次對懷柔城區路網進行的壓力測試的結果達到預期的目的，結束測試，並編寫和提交壓力測試報告。
權利要求
1.基於壓力測試的路網極限容量確定方法，其特徵在於，依次含有以下的步驟
步驟(1)，在計算機中配置作為壓力測試工具使用的宏觀交通模擬與規劃軟體Cube及地理信息系統軟體ArcGIS，其中
Cube軟體中含有第一MVNET模塊、第二MVNET模塊、AVROAD模塊、MVGRAM模塊、MVHWAY模塊以及MVGRAF模塊，其中，第一MVNET模塊、第二MVNET模塊、AVROAD模塊、MVGRAM模塊、MVHWAY模塊以及MVGRAF模塊依次串聯，第二MVNET模塊的輸出端和MVHWAY模塊的輸入端相連，而該MVHWAY模塊的輸出端和MVGRAF模塊的輸入端相連，
在所述Cube軟體中設置以下參數
X0路網實際交通量，輛/小時，路段交通量是指在單位時間內通過路段某一地點、某一斷面或某一條車道的車輛數，路網交通量是指單位時間內整個路網內所有的路段和交叉口容納的車輛數，所述路網的實際交通量的計算公式為
式中i為路段序號，N為路段總數量，
Xm第m次測試的路網交通量，輛/小時，
Q路網極限容量，輛/小時，指單位時間內整個路網內所有的路段和交叉口所能夠容納的最大車輛數，
Δf路網交通量增加值，輛/小時，為設定值，
t測試時間，小時，通常取t＝1小時，
T測試周期，通常取T＝1年，
S路網平均飽和度指標值，所述飽和度指某條路段的交通量與通行能力的比值，通行能力指單位時間內路段的某一斷面所能通過的最大車輛數，其中，路網平均飽和度由以下公式計算
s0路網實際平均飽和度，
sm第m次測試的路網平均飽和度，
V路網平均速度指標值，千米/小時，速度是指路段長度與車輛通過的行程時間的比值，路網平均速度由以下公式計算
式中j為車輛序號，K為路段交通量，輛，
v0路網實際平均速度，千米/小時，
vm第m次測試的路網平均速度，千米/小時，
εs路網平均飽和度的允許誤差，
εv路網平均速度的允許誤差，
在所述Cube軟體中對測試路網設置下述路段屬性，包括路段類型、行政區編號、通行能力索引、速度以及通行能力，其中
路段類型是指為不同道路等級的路段進行分類的編號，
行政區編號是指路段所屬的不同行政區的編號，
通行能力索引是指路段的不同通行能力的分類編號，
速度是指路段的速度指標的數值，
通行能力是指路段的通行能力的數值，
此外，還需要對所屬路網劃分交通小區，所述交通小區是指組成路網的各個單元，每個交通小區中包含設定數量的路段和交叉口，在輸入要進行壓力測試的路網中要事先根據行政區域、地理條件、經濟聯繫以及運輸集散點的原則劃分交通小區，所述交通小區中心節點的位置儘量在小區交通流集中的交叉口附近，所述交通小區由表示交叉口的節點和表示路段的線段組成，並進行編號；
步驟(2)，在所述計算機中，利用作為壓力測試工具的Cube軟體的所述各程序模塊構造如下的壓力測試運行模型
路網分析模塊，應用所述互相串聯的第一MVNET模塊和第二MVNET模塊構成，用於核查已繪製的路網，並生成所述壓力測試運行模型中能夠應用的路網文件並存儲，需要輸入的參數至少包含交通小區數量和節點數量，還需要設置程序使用方式和輸出文件的類型或格式，
出行產生模塊，其中至少包含回歸分析模型、類別分析模型和層次回歸分析模型，用所述AVROAD模塊構成，用於計算路網中各交通小區的交通需求總量，需要設置路徑建立方式、報告輸出格式和精算方式，
交通分布模塊，其中至少包含重力模型和增長係數模型，由所述MVGRAM模塊構成，用於把各交通小區的交通需求總量轉換成各交通小區之間的空間交通量，
交通分配模塊，其中至少包含全有全無法、流量均衡法和平衡法，用所述MVHWAY模塊構成，用於將各交通小區之間的空間交通量，按照設定的規則符合實際地分配到路網中的各條路段上，進而求出路網中各路段的交通量，
分析模塊，用所述MVGRAF模塊構成，用於顯示設備圖形化顯示所述路網的交通分配結果，顯示飽和度、交通量、速度各路網特徵參數；
步驟(3)，建立所述計算機的觀測網絡，以確定包括路網實際交通量、路網實際平均飽和度和路網實際速度在內的各參數的初始值，其步驟如下
步驟(3.1)，在所述測試路網的每一個交叉口安裝動態信息檢測器，
步驟(3.2)，向所述動態信息檢測器輸入至少包含所在路段的道路等級、路段中的車道數量、路段中的車道寬度、路段的橫斷面形式、路段的車速以及路段的通行能力的數據，
步驟(3.3)，所述動態信息檢測器對路段中移動的車輛進行交通參數實時的採集，得到該路段的實際交通量、飽和度和速度，實時地上傳到計算機的終端；
步驟(4)，在所述計算機中將所述宏觀交通模擬與規劃軟體Cube與地理信息系統軟體ArcGIS直接銜接，應用ArcGIS的數據文件直接將路網圖形和步驟(1)中所述的路段屬性轉換為可供Cube軟體使用的路網文件，快速完成路網的搭建；
步驟(5)，所述計算機按以下步驟進行壓力測試
步驟(5.1)，利用所述Cube軟體的壓力測試運行模型計算由計算機觀測網絡採集的數據，得到路網實際交通量X0、路網實際平均飽和度s0和路網實際平均速度v0，所述X0即為採集到的路網交通量的最大值，
步驟(5.2)，按照設定的所述測試用的路網交通量增加值Δf、測試時間t和測試周期T，利用所述Cube軟體的壓力測試運行模型對搭建的路網進行壓力測試，得到Xm、sm和vm，
步驟(5.3)，對於每次測試的結果，若測試結果不符合預先設定的路網運行質量評價指標，即sm-S0，則增加交通量壓力Δf再次進行測試，路網交通量Xm＝X0+m×Δf×t；一旦測試結果達到路網運行質量評價指標，即sm-S>0，sm-S<εs且vm-V<0，V-vm<εv，停止壓力測試，此時的路網交通量作為該路網的極限容量Q，測試周期不超過T。
全文摘要
基於壓力測試的路網極限容量確定方法屬於路網交通量控制技術領域，其特徵在於，利用計算機的觀測網絡採集路網的交通參數，再利用宏觀交通模擬與規劃軟體Cube及地理信息系統軟體ArcGIS在所述計算機中生成路網文件及壓力測試的初始值，然後利用由Cube軟體生成的壓力測試運行模型在設定的測試周期內進行壓力測試，計算路網平均飽和度和路網平均速度，並與設定的路網平均飽和度和路網平均速度指標值相比較，判斷是否滿足設定的要求，只要其中有一個不滿足，需增加路網交通量繼續壓力測試直至二者均滿足要求，此時的路網交通量即為路網極限容量。本發明提高了計算的準確性、可靠性和效率，填補了用壓力測試確定路網極限容量的空白。
文檔編號G06F9/44GK101364344SQ20081011571
公開日2009年2月11日 申請日期2008年6月27日 優先權日2008年6月27日
發明者建 榮,  厲, 泉 於, 揚 邊 申請人:北京工業大學