一种基于压力测试的路网极限容量确定方法转让专利
申请号 : CN200810115714.1
文献号 : CN101364344B
文献日 : 2010-06-16
发明人 : 荣建 , 厉* , 于泉 , 边扬
申请人 : 北京工业大学
摘要 :
一种基于压力测试的路网极限容量确定方法属于路网交通量控制技术领域，其特征在于，利用计算机的观测网络采集路网的交通参数，再利用宏观交通模拟与规划软件Cube及地理信息系统软件ArcGIS在所述计算机中生成路网文件及压力测试的初始值，然后利用由Cube软件生成的压力测试运行模型在设定的测试周期内进行压力测试，计算路网平均饱和度和路网平均速度，并与设定的路网平均饱和度和路网平均速度指标值相比较，判断是否满足设定的要求，只要其中有一个不满足，需增加路网交通量继续压力测试直至二者均满足要求，此时的路网交通量即为路网极限容量。本发明提高了计算的准确性、可靠性和效率，填补了用压力测试确定路网极限容量的空白。
权利要求 :
1.一种基于压力测试的路网极限容量确定方法，其特征在于，依次含有以下的步骤：步骤(1)，在计算机中配置作为压力测试工具使用的宏观交通模拟与规划软件Cube及地理信息系统软件ArcGIS，其中：Cube软件中含有：第一MVNET模块、第二MVNET模块、AVROAD模块、MVGRAM模块、MVHWAY模块以及MVGRAF模块，其中，第一MVNET模块、第二MVNET模块、AVROAD模块、MVGRAM模块、MVHWAY模块以及MVGRAF模块依次串联，MVGRAM模块的输出端和MVGRAF模块的输入端相连，而该MVHWAY模块的输出端和MVGRAF模块的输入端相连，在所述Cube软件中设置以下参数：
X0：路网实际交通量，辆/小时，路段交通量是指在单位时间内通过路段某一地点、某一断面或某一条车道的车辆数，路网交通量是指单位时间内整个路网内所有的路段和交叉口容纳的车辆数，所述路网的实际交通量的计算公式为：
式中：i为路段序号，N为路段总数量，
Xm：第m次测试的路网交通量，辆/小时，
Q：路网极限容量，辆/小时，指单位时间内整个路网内所有的路段和交叉口所能够容纳的最大车辆数，Δf：路网交通量增加值，辆/小时，为设定值，
t：测试时间，小时，通常取t＝1小时，
T：测试周期，通常取T＝1年，
S：路网平均饱和度指标值，所述饱和度指某条路段的交通量与通行能力的比值，通行能力指单位时间内路段的某一断面所能通过的最大车辆数，其中，路网平均饱和度由以下公式计算：
s0：路网实际平均饱和度，
sm：第m次测试的路网平均饱和度，
V：路网平均速度指标值，千米/小时，速度是指路段长度与车辆通过的行程时间的比值，路网平均速度由以下公式计算：
式中：j为车辆序号，K为路段交通量，辆，
v0：路网实际平均速度，千米/小时，
vm：第m次测试的路网平均速度，千米/小时，
εs：路网平均饱和度的允许误差，
εv：路网平均速度的允许误差，
在所述Cube软件中对测试路网设置下述路段属性，包括：路段类型、行政区编号、通行能力索引、速度以及通行能力，其中：路段类型是指为不同道路等级的路段进行分类的编号，
行政区编号是指路段所属的不同行政区的编号，
通行能力索引是指路段的不同通行能力的分类编号，
速度是指路段的速度指标的数值，
通行能力是指路段的通行能力的数值，
此外，还需要对所属路网划分交通小区，所述交通小区是指组成路网的各个单元，每个交通小区中包含设定数量的路段和交叉口，在输入要进行压力测试的路网中要事先根据行政区域、地理条件、经济联系以及运输集散点的原则划分交通小区，所述交通小区中心节点的位置尽量在小区交通流集中的交叉口附近，所述交通小区由表示交叉口的节点和表示路段的线段组成，并进行编号；
步骤(2)，在所述计算机中，利用作为压力测试工具的Cube软件的所述各程序模块构造如下的压力测试运行模型：路网分析模块，应用所述互相串联的第一MVNET模块和第二MVNET模块构成，用于核查已绘制的路网，并生成所述压力测试运行模型中能够应用的路网文件并存储，需要输入的参数至少包含交通小区数量和节点数量，还需要设置程序使用方式和输出文件的类型或格式，出行产生模块，其中至少包含回归分析模型、类别分析模型和层次回归分析模型，用所述AVROAD模块构成，用于计算路网中各交通小区的交通需求总量，需要设置路径建立方式、报告输出格式和精算方式，交通分布模块，其中至少包含重力模型和增长系数模型，由所述MVGRAM模块构成，用于把各交通小区的交通需求总量转换成各交通小区之间的空间交通量，交通分配模块，其中至少包含全有全无法、流量均衡法和平衡法，用所述MVHWAY模块构成，用于将各交通小区之间的空间交通量，按照设定的规则符合实际地分配到路网中的各条路段上，进而求出路网中各路段的交通量，分析模块，用所述MVGRAF模块构成，用于显示设备图形化显示所述路网的交通分配结果，显示饱和度、交通量、速度各路网特征参数；
步骤(3)，建立所述计算机的观测网络，以确定包括路网实际交通量、路网实际平均饱和度和路网实际速度在内的各参数的初始值，其步骤如下：步骤(3.1)，在所述测试路网的每一个交叉口安装动态信息检测器，步骤(3.2)，向所述动态信息检测器输入至少包含：所在路段的道路等级、路段中的车道数量、路段中的车道宽度、路段的横断面形式、路段的车速以及路段的通行能力的数据，步骤(3.3)，所述动态信息检测器对路段中移动的车辆进行交通参数实时的采集，得到该路段的实际交通量、饱和度和速度，实时地上传到计算机的终端；
步骤(4)，在所述计算机中将所述宏观交通模拟与规划软件Cube与地理信息系统软件ArcGIS直接衔接，应用ArcGIS的数据文件直接将路网图形和步骤(1)中所述的路段属性转换为可供Cube软件使用的路网文件，快速完成路网的搭建；
步骤(5)，所述计算机按以下步骤进行压力测试：
步骤(5.1)，利用所述Cube软件的压力测试运行模型计算由计算机观测网络采集的数据，得到路网实际交通量X0、路网实际平均饱和度s0和路网实际平均速度v0，所述X0即为采集到的路网交通量的最大值，步骤(5.2)，按照设定的所述测试用的路网交通量增加值Δf、测试时间t和测试周期T，利用所述Cube软件的压力测试运行模型对搭建的路网进行压力测试，得到Xm、sm和vm，步骤(5.3)，对于每次测试的结果，若测试结果不符合预先设定的路网运行质量评价指标，即sm-S＜0或vm-V＞0，则增加交通量压力Δf再次进行测试，路网交通量Xm＝X0+m×Δf×t；一旦测试结果达到路网运行质量评价指标，即sm-S＞0，sm-S＜εs且vm-V＜0，V-vm＜εv，停止压力测试，此时的路网交通量作为该路网的极限容量Q，测试周期不超过T。
说明书 :
技术领域
本发明属于路网交通量控制技术领域。
背景技术
早在20世纪50年代初，国外的一些学者就开始了对路网容量这一问题的探讨，研究思路按照从简单到复杂的规律进行。其中，具有代表性的国家是美国、日本和法国。
美国是对路网容量研究最早的国家。研究初期，路网被简化成是一个简单的单起终点的网络，而路网容量就是在路段通行能力的制约下，从一个特殊的起点到另一个特殊的终点，能运送的最大交通量。随着对问题理解的深入，路网被看成是一个非线性的、随机开放的、多起终点的复杂系统，于是他们从系统最优的角度出发，建立了新的路网容量概念，即路网容量是在路段通行能力的制约、并满足路网系统最优的情况下，路网所能承担的最大交通量。从类别上划分美国的研究大致可以分为如下3种：一种是美国普林斯顿大学运筹学教授FordL.R.Jr和Fulkerson D.R.用图论方法研究的路网容量，其成果是运用最大流最小割定理建立的路网容量模型，同时给出了求解网络最大流的第一算法——标号法；第二种是交通分配模拟法，该方法产生的模型是基于图论和交通分配两种理论建立的；第三种是线性规划法，其中又分为单层和双层路网容量模型，单层模型主要用来分析那些相对简单、起终点和路段有明确规定的网络。而双层模型是从系统最优的角度，在单层模型的基础上改进的结果。该模型既考虑了路网的物理容量又考虑了交通个体的平衡(交通个体出行费用最小)，是美国至今确定路网容量的最新模型。
日本是亚洲国家中对路网容量研究最为深入的国家。60年代，山村信吾、三好逸二及西村昂就开始研究路网的容量。其后，日本京都大学的饭田恭敬教授采用图论法研究单一物流路网容量，采用交通分配法研究考虑了驾驶员线路选择条件下的路网容量，其研究方法和思路与美国相似。
80年代初，法国的工程师路易斯·马尚提出了“城市的时间与空间消耗”的概念。这一概念抓住了问题的实质，即城市路网在一定时段内的物理容量是受时间、空间限制的。这样，很自然的将路网看成是一种具有时间、空间属性的容器，而该容器在一定时段内的容量就是路网的容量。这种思路为路网容量的研究开辟了一条新的道路。
我国对路网容量的研究较其他国家要晚，主要是在参照国外研究经验的基础上，对其进行改进的。最早是在1986年，由长沙交通学院的木纳和中国城市规划设计研究院交通所的关忠和利用“时空消耗”概念，提出了路段占用量和城市交通容量。其后，东南大学的杨涛基于最大流最小割定理，将Ford-Fulkson算法进行改进，提出了解决随机、开放路网的衍生割集网络极大流算法(ECS)；湖南大学的李硕提出了狭义路网容量的理论及模型。另外，北方交通大学的高自友、同济大学的杨东援等人从系统的角度出发，提出了满足用户平衡和系统平衡的路网容量模型。北京工业大学的陈春妹，从交通个体的时空分布规律出发，在时空消耗法的基础上对理想及实际两种状态的路网容量进行了建模。
总体说来，目前路网容量的研究方法可以分为六种算法：时空消耗法、线性规划法、图论的最大流最小割法、交通分配模拟法、狭义路网容量分析法及供应分析法等。但存在如下问题：路网容量的定义不统一，使各种模型的计算结果不具备可比性；所建立模型方法没有全面把握路网容量的关键影响因素，从而无法建立适当的影响模型；理论模型的参数难以标定，模型大多没有计算出一个实际的路网容量，只停留在理论层面，实用性以及准确性欠佳，很难满足我国城市路网发展的现实需求。
压力测试是一种性能测试技术，它与其他工程领域的破坏性测试相似。压力测试的目的是通过搭建与实际使用环境相类似的测试环境，测试系统在不同压力情况下的效率状况，不断增加负载直至资源饱和，使其性能降低或系统产生故障，从而找到影响系统性能的瓶颈。并根据该数据评估系统在实际使用环境下的效率情况，作为评价系统性能、以及判断是否需要对该系统进行优化处理或结构调整的依据，提高系统的效率。
压力测试的概念来自Visual Studio.Net设计分布式应用程序可靠性测试，是指模拟巨大的工作负荷以查看应用程序在峰值使用情况下如何执行操作。压力测试由于其实用的价值和卓越的效果，被人们广泛的应用于软件、金融、Web领域等。
国外对压力测试的研究和应用较为广泛，从20世纪60年代，美国、欧洲等国家开始在软件开发过程中应用压力测试，对软件系统资源进行优化，以提高响应时间与吞吐量。20世纪90年代，国际清算银行要求金融领域也开始对金融风险进行压力测试，以测量某一类风险造成的损失，比如信用风险或市场风险，也可以衡量多种风险造成的整体损失。
压力测试方面的研究和应用在我国起步较晚，目前可查的资料有限。软件行业方面，清华大学的郑人杰在《计算机软件测试技术》中最早提出了压力测试这一概念，内蒙古大学的叶新铭在前人的基础上深入研究软件压力测试，制定出一套科学的压力测试流程。2003年开始，中国银行、中国工商银行等大型银行，对信用风险、利率风险等进行压力测试，但大多利用国外现成的理论与模型，且均为临时性。
由此可见，我国对于压力测试的研究目前看来还比较少，借鉴国外的成果较多，只应用于软件、金融等领域，在需要测试系统性能的交通方面却无人涉足。
美国是对路网容量研究最早的国家。研究初期，路网被简化成是一个简单的单起终点的网络，而路网容量就是在路段通行能力的制约下，从一个特殊的起点到另一个特殊的终点，能运送的最大交通量。随着对问题理解的深入，路网被看成是一个非线性的、随机开放的、多起终点的复杂系统，于是他们从系统最优的角度出发，建立了新的路网容量概念，即路网容量是在路段通行能力的制约、并满足路网系统最优的情况下，路网所能承担的最大交通量。从类别上划分美国的研究大致可以分为如下3种：一种是美国普林斯顿大学运筹学教授FordL.R.Jr和Fulkerson D.R.用图论方法研究的路网容量，其成果是运用最大流最小割定理建立的路网容量模型，同时给出了求解网络最大流的第一算法——标号法；第二种是交通分配模拟法，该方法产生的模型是基于图论和交通分配两种理论建立的；第三种是线性规划法，其中又分为单层和双层路网容量模型，单层模型主要用来分析那些相对简单、起终点和路段有明确规定的网络。而双层模型是从系统最优的角度，在单层模型的基础上改进的结果。该模型既考虑了路网的物理容量又考虑了交通个体的平衡(交通个体出行费用最小)，是美国至今确定路网容量的最新模型。
日本是亚洲国家中对路网容量研究最为深入的国家。60年代，山村信吾、三好逸二及西村昂就开始研究路网的容量。其后，日本京都大学的饭田恭敬教授采用图论法研究单一物流路网容量，采用交通分配法研究考虑了驾驶员线路选择条件下的路网容量，其研究方法和思路与美国相似。
80年代初，法国的工程师路易斯·马尚提出了“城市的时间与空间消耗”的概念。这一概念抓住了问题的实质，即城市路网在一定时段内的物理容量是受时间、空间限制的。这样，很自然的将路网看成是一种具有时间、空间属性的容器，而该容器在一定时段内的容量就是路网的容量。这种思路为路网容量的研究开辟了一条新的道路。
我国对路网容量的研究较其他国家要晚，主要是在参照国外研究经验的基础上，对其进行改进的。最早是在1986年，由长沙交通学院的木纳和中国城市规划设计研究院交通所的关忠和利用“时空消耗”概念，提出了路段占用量和城市交通容量。其后，东南大学的杨涛基于最大流最小割定理，将Ford-Fulkson算法进行改进，提出了解决随机、开放路网的衍生割集网络极大流算法(ECS)；湖南大学的李硕提出了狭义路网容量的理论及模型。另外，北方交通大学的高自友、同济大学的杨东援等人从系统的角度出发，提出了满足用户平衡和系统平衡的路网容量模型。北京工业大学的陈春妹，从交通个体的时空分布规律出发，在时空消耗法的基础上对理想及实际两种状态的路网容量进行了建模。
总体说来，目前路网容量的研究方法可以分为六种算法：时空消耗法、线性规划法、图论的最大流最小割法、交通分配模拟法、狭义路网容量分析法及供应分析法等。但存在如下问题：路网容量的定义不统一，使各种模型的计算结果不具备可比性；所建立模型方法没有全面把握路网容量的关键影响因素，从而无法建立适当的影响模型；理论模型的参数难以标定，模型大多没有计算出一个实际的路网容量，只停留在理论层面，实用性以及准确性欠佳，很难满足我国城市路网发展的现实需求。
压力测试是一种性能测试技术，它与其他工程领域的破坏性测试相似。压力测试的目的是通过搭建与实际使用环境相类似的测试环境，测试系统在不同压力情况下的效率状况，不断增加负载直至资源饱和，使其性能降低或系统产生故障，从而找到影响系统性能的瓶颈。并根据该数据评估系统在实际使用环境下的效率情况，作为评价系统性能、以及判断是否需要对该系统进行优化处理或结构调整的依据，提高系统的效率。
压力测试的概念来自Visual Studio.Net设计分布式应用程序可靠性测试，是指模拟巨大的工作负荷以查看应用程序在峰值使用情况下如何执行操作。压力测试由于其实用的价值和卓越的效果，被人们广泛的应用于软件、金融、Web领域等。
国外对压力测试的研究和应用较为广泛，从20世纪60年代，美国、欧洲等国家开始在软件开发过程中应用压力测试，对软件系统资源进行优化，以提高响应时间与吞吐量。20世纪90年代，国际清算银行要求金融领域也开始对金融风险进行压力测试，以测量某一类风险造成的损失，比如信用风险或市场风险，也可以衡量多种风险造成的整体损失。
压力测试方面的研究和应用在我国起步较晚，目前可查的资料有限。软件行业方面，清华大学的郑人杰在《计算机软件测试技术》中最早提出了压力测试这一概念，内蒙古大学的叶新铭在前人的基础上深入研究软件压力测试，制定出一套科学的压力测试流程。2003年开始，中国银行、中国工商银行等大型银行，对信用风险、利率风险等进行压力测试，但大多利用国外现成的理论与模型，且均为临时性。
由此可见，我国对于压力测试的研究目前看来还比较少，借鉴国外的成果较多，只应用于软件、金融等领域，在需要测试系统性能的交通方面却无人涉足。
发明内容
本发明的目的在于建立一种用压力测试确定路网极限容量的方法，由于目前的研究和方法大多致力于寻找一种理论模型来计算出路网容量的理论值，而路网系统是一个动态的、随机的复杂系统，使得模型的参数难以确定，因此模型基本上停留在理论层面，没有计算出实际的路网容量，准确性和可靠性较差。同时理论算法很难满足我国城市路网发展的现实需求，导致实用性方面欠佳。就目前我国城市交通发展现状来讲，由于庞大的机动车数量和有限的城市道路资源，大多数路网都处于过饱和状态，因此，研究路网的极限容量问题迫在眉睫。
本发明的特征在于，依次含有以下的步骤：
步骤(1)，在计算机中配置作为压力测试工具使用的宏观交通模拟与规划软件Cube及地理信息系统软件ArcGIS，其中：
Cube软件中含有：第一MVNET模块、第二MVNET模块、AVROAD模块、MVGRAM模块、MVHWAY模块以及MVGRAF模块，其中，第一MVNET模块、第二MVNET模块、AVROAD模块、MVGRAM模块、MVHWAY模块以及MVGRAF模块依次串联，第二MVGRAM模块的输出端和MVGRAF模块的输入端相连，而该MVHWAY模块的输出端和MVGRAF模块的输入端相连，
在所述Cube软件中设置以下参数：
X0：路网实际交通量，辆/小时，路段交通量是指在单位时间内通过路段某一地点、某一断面或某一条车道的车辆数，路网交通量是指单位时间内整个路网内所有的路段和交叉口容纳的车辆数，所述路网的实际交通量的计算公式为：
式中：i为路段序号，N为路段总数量，
Xm：第m次测试的路网交通量，辆/小时，
Q：路网极限容量，辆/小时，指单位时间内整个路网内所有的路段和交叉口所能够容纳的最大车辆数，
Δf：路网交通量增加值，辆/小时，为设定值，
t：测试时间，小时，通常取t＝1小时，
T：测试周期，通常取T＝1年，
S：路网平均饱和度指标值，所述饱和度指某条路段的交通量与通行能力的比值，通行能力指单位时间内路段的某一断面所能通过的最大车辆数，其中，路网平均饱和度由以下公式计算：
s0：路网实际平均饱和度，
sm：第m次测试的路网平均饱和度，
V：路网平均速度指标值，千米/小时，速度是指路段长度与车辆通过的行程时间的比值，路网平均速度由以下公式计算：
式中：j为车辆序号，K为路段交通量，辆，
v0：路网实际平均速度，千米/小时，
vm：第m次测试的路网平均速度，千米/小时，
εs：路网平均饱和度的允许误差，
εv：路网平均速度的允许误差，
在所述Cube软件中对测试路网设置下述路段属性，包括：路段类型、行政区编号、通行能力索引、速度以及通行能力，其中：
路段类型是指为不同道路等级的路段进行分类的编号，
行政区编号是指路段所属的不同行政区的编号，
通行能力索引是指路段的不同通行能力的分类编号，
速度是指路段的速度指标的数值，
通行能力是指路段的通行能力的数值，
此外，还需要对所属路网划分交通小区，所述交通小区是指组成路网的各个单元，每个交通小区中包含设定数量的路段和交叉口，在输入要进行压力测试的路网中要事先根据行政区域、地理条件、经济联系以及运输集散点的原则划分交通小区，所述交通小区中心节点的位置尽量在小区交通流集中的交叉口附近，所述交通小区由表示交叉口的节点和表示路段的线段组成，并进行编号；
步骤(2)，在所述计算机中，利用作为压力测试工具的Cube软件的所述各程序模块构造如下的压力测试运行模型：
路网分析模块，应用所述互相串联的第一MVNET模块和第二MVNET模块构成，用于核查已绘制的路网，并生成所述压力测试运行模型中能够应用的路网文件并存储，需要输入的参数至少包含交通小区数量和节点数量，还需要设置程序使用方式和输出文件的类型或格式，
出行产生模块，其中至少包含回归分析模型、类别分析模型和层次回归分析模型，用所述AVROAD模块构成，用于计算路网中各交通小区的交通需求总量，需要设置路径建立方式、报告输出格式和精算方式，
交通分布模块，其中至少包含重力模型和增长系数模型，由所述MVGRAM模块构成，用于把各交通小区的交通需求总量转换成各交通小区之间的空间交通量，
交通分配模块，其中至少包含全有全无法、流量均衡法和平衡法，用所述MVHWAY模块构成，用于将各交通小区之间的空间交通量，按照设定的规则符合实际地分配到路网中的各条路段上，进而求出路网中各路段的交通量，
分析模块，用所述MVGRAF模块构成，用于显示设备图形化显示所述路网的交通分配结果，显示饱和度、交通量、速度各路网特征参数；
步骤(3)，建立所述计算机的观测网络，以确定包括路网实际交通量、路网实际平均饱和度和路网实际速度在内的各参数的初始值，其步骤如下：
步骤(3.1)，在所述测试路网的每一个交叉口安装动态信息检测器，
步骤(3.2)，向所述动态信息检测器输入至少包含：所在路段的道路等级、路段中的车道数量、路段中的车道宽度、路段的横断面形式、路段的车速以及路段的通行能力的数据，
步骤(3.3)，所述动态信息检测器对路段中移动的车辆进行交通参数实时的采集，得到该路段的实际交通量、饱和度和速度，实时地上传到计算机的终端；
步骤(4)，在所述计算机中将所述宏观交通模拟与规划软件Cube与地理信息系统软件ArcGIS直接衔接，应用ArcGIS的数据文件直接将路网图形和步骤(1)中所述的路段属性转换为可供Cube软件使用的路网文件，快速完成路网的搭建；
步骤(5)，所述计算机按以下步骤进行压力测试：
步骤(5.1)，利用所述Cube软件的压力测试运行模型计算由计算机观测网络采集的数据，得到路网实际交通量X0、路网实际平均饱和度s0和路网实际平均速度v0，所述X0即为采集到的路网交通量的最大值，
步骤(5.2)，按照设定的所述测试用的路网交通量增加值Δf、测试时间t和测试周期T，利用所述Cube软件的压力测试运行模型对搭建的路网进行压力测试，得到Xm、sm和vm，
步骤(5.3)，对于每次测试的结果，若测试结果不符合预先设定的路网运行质量评价指标，即sm-S＜0或vm-V＞0，则增加交通量压力Δf再次进行测试，路网交通量Xm＝X0+m×Δf×t；一旦测试结果达到路网运行质量评价指标，即sm-S＞0，sm-S＜εs且vm-V＜0，V-vm＜εv，停止压力测试，此时的路网交通量作为该路网的极限容量Q，测试周期不超过T。
本发明的效果在于建立了一套全新的基于压力测试的路网极限容量的确定方法，打破传统的建模理念，运用实验交通工程学的思想，在研究实际交通问题中进行交通实验，使得研究思路从以往的开环型的静态研究方法转向为一种闭环型的循环动态研究方法，保证实用性、准确性和独特性，并可计算出实际路网的容量值，使交通工作者面对复杂的城市网络，可以评价路网的极限容量问题，也就是说，一定的路网条件下，在机动车拥有量达到多少的时候，路网不能够正常运行，达到濒于崩溃的临界状态。同时，该方法可以帮助找出现有路网或路段存在的问题，提出改进方案，从而为路网质量评价、路网规划、路网改建、以及交通的管理与控制提供科学的理论支持。
本发明的特征在于，依次含有以下的步骤：
步骤(1)，在计算机中配置作为压力测试工具使用的宏观交通模拟与规划软件Cube及地理信息系统软件ArcGIS，其中：
Cube软件中含有：第一MVNET模块、第二MVNET模块、AVROAD模块、MVGRAM模块、MVHWAY模块以及MVGRAF模块，其中，第一MVNET模块、第二MVNET模块、AVROAD模块、MVGRAM模块、MVHWAY模块以及MVGRAF模块依次串联，第二MVGRAM模块的输出端和MVGRAF模块的输入端相连，而该MVHWAY模块的输出端和MVGRAF模块的输入端相连，
在所述Cube软件中设置以下参数：
X0：路网实际交通量，辆/小时，路段交通量是指在单位时间内通过路段某一地点、某一断面或某一条车道的车辆数，路网交通量是指单位时间内整个路网内所有的路段和交叉口容纳的车辆数，所述路网的实际交通量的计算公式为：
式中：i为路段序号，N为路段总数量，
Xm：第m次测试的路网交通量，辆/小时，
Q：路网极限容量，辆/小时，指单位时间内整个路网内所有的路段和交叉口所能够容纳的最大车辆数，
Δf：路网交通量增加值，辆/小时，为设定值，
t：测试时间，小时，通常取t＝1小时，
T：测试周期，通常取T＝1年，
S：路网平均饱和度指标值，所述饱和度指某条路段的交通量与通行能力的比值，通行能力指单位时间内路段的某一断面所能通过的最大车辆数，其中，路网平均饱和度由以下公式计算：
s0：路网实际平均饱和度，
sm：第m次测试的路网平均饱和度，
V：路网平均速度指标值，千米/小时，速度是指路段长度与车辆通过的行程时间的比值，路网平均速度由以下公式计算：
式中：j为车辆序号，K为路段交通量，辆，
v0：路网实际平均速度，千米/小时，
vm：第m次测试的路网平均速度，千米/小时，
εs：路网平均饱和度的允许误差，
εv：路网平均速度的允许误差，
在所述Cube软件中对测试路网设置下述路段属性，包括：路段类型、行政区编号、通行能力索引、速度以及通行能力，其中：
路段类型是指为不同道路等级的路段进行分类的编号，
行政区编号是指路段所属的不同行政区的编号，
通行能力索引是指路段的不同通行能力的分类编号，
速度是指路段的速度指标的数值，
通行能力是指路段的通行能力的数值，
此外，还需要对所属路网划分交通小区，所述交通小区是指组成路网的各个单元，每个交通小区中包含设定数量的路段和交叉口，在输入要进行压力测试的路网中要事先根据行政区域、地理条件、经济联系以及运输集散点的原则划分交通小区，所述交通小区中心节点的位置尽量在小区交通流集中的交叉口附近，所述交通小区由表示交叉口的节点和表示路段的线段组成，并进行编号；
步骤(2)，在所述计算机中，利用作为压力测试工具的Cube软件的所述各程序模块构造如下的压力测试运行模型：
路网分析模块，应用所述互相串联的第一MVNET模块和第二MVNET模块构成，用于核查已绘制的路网，并生成所述压力测试运行模型中能够应用的路网文件并存储，需要输入的参数至少包含交通小区数量和节点数量，还需要设置程序使用方式和输出文件的类型或格式，
出行产生模块，其中至少包含回归分析模型、类别分析模型和层次回归分析模型，用所述AVROAD模块构成，用于计算路网中各交通小区的交通需求总量，需要设置路径建立方式、报告输出格式和精算方式，
交通分布模块，其中至少包含重力模型和增长系数模型，由所述MVGRAM模块构成，用于把各交通小区的交通需求总量转换成各交通小区之间的空间交通量，
交通分配模块，其中至少包含全有全无法、流量均衡法和平衡法，用所述MVHWAY模块构成，用于将各交通小区之间的空间交通量，按照设定的规则符合实际地分配到路网中的各条路段上，进而求出路网中各路段的交通量，
分析模块，用所述MVGRAF模块构成，用于显示设备图形化显示所述路网的交通分配结果，显示饱和度、交通量、速度各路网特征参数；
步骤(3)，建立所述计算机的观测网络，以确定包括路网实际交通量、路网实际平均饱和度和路网实际速度在内的各参数的初始值，其步骤如下：
步骤(3.1)，在所述测试路网的每一个交叉口安装动态信息检测器，
步骤(3.2)，向所述动态信息检测器输入至少包含：所在路段的道路等级、路段中的车道数量、路段中的车道宽度、路段的横断面形式、路段的车速以及路段的通行能力的数据，
步骤(3.3)，所述动态信息检测器对路段中移动的车辆进行交通参数实时的采集，得到该路段的实际交通量、饱和度和速度，实时地上传到计算机的终端；
步骤(4)，在所述计算机中将所述宏观交通模拟与规划软件Cube与地理信息系统软件ArcGIS直接衔接，应用ArcGIS的数据文件直接将路网图形和步骤(1)中所述的路段属性转换为可供Cube软件使用的路网文件，快速完成路网的搭建；
步骤(5)，所述计算机按以下步骤进行压力测试：
步骤(5.1)，利用所述Cube软件的压力测试运行模型计算由计算机观测网络采集的数据，得到路网实际交通量X0、路网实际平均饱和度s0和路网实际平均速度v0，所述X0即为采集到的路网交通量的最大值，
步骤(5.2)，按照设定的所述测试用的路网交通量增加值Δf、测试时间t和测试周期T，利用所述Cube软件的压力测试运行模型对搭建的路网进行压力测试，得到Xm、sm和vm，
步骤(5.3)，对于每次测试的结果，若测试结果不符合预先设定的路网运行质量评价指标，即sm-S＜0或vm-V＞0，则增加交通量压力Δf再次进行测试，路网交通量Xm＝X0+m×Δf×t；一旦测试结果达到路网运行质量评价指标，即sm-S＞0，sm-S＜εs且vm-V＜0，V-vm＜εv，停止压力测试，此时的路网交通量作为该路网的极限容量Q，测试周期不超过T。
本发明的效果在于建立了一套全新的基于压力测试的路网极限容量的确定方法，打破传统的建模理念，运用实验交通工程学的思想，在研究实际交通问题中进行交通实验，使得研究思路从以往的开环型的静态研究方法转向为一种闭环型的循环动态研究方法，保证实用性、准确性和独特性，并可计算出实际路网的容量值，使交通工作者面对复杂的城市网络，可以评价路网的极限容量问题，也就是说，一定的路网条件下，在机动车拥有量达到多少的时候，路网不能够正常运行，达到濒于崩溃的临界状态。同时，该方法可以帮助找出现有路网或路段存在的问题，提出改进方案，从而为路网质量评价、路网规划、路网改建、以及交通的管理与控制提供科学的理论支持。
附图说明
图1系统硬件框图；
图2本发明流程框图；
图3路网容量压力测试流程图；
图4怀柔城区路网测试平台图；
图5怀柔城区路网测试运行流程图；
图6怀柔城区路网第17次压力测试路网交通量；
图7怀柔城区路网第17次压力测试路网平均饱和度；
图8怀柔城区路网第17次压力测试路网平均速度。
图2本发明流程框图；
图3路网容量压力测试流程图；
图4怀柔城区路网测试平台图；
图5怀柔城区路网测试运行流程图；
图6怀柔城区路网第17次压力测试路网交通量；
图7怀柔城区路网第17次压力测试路网平均饱和度；
图8怀柔城区路网第17次压力测试路网平均速度。
具体实施方式
路网容量压力测试是指搭建与实际交通环境相似的测试平台，对路网不断的施加交通量的压力直至路网达到某个负载能力状态，测试路网在不同压力情况下的运行状况，以及可以承受的路网容量值。
压力测试是性能测试的一种专门形式，它与其他工程领域的破坏性测试相类似。压力测试的目的是通过不断增加负载直至资源饱和，使被测试的系统的性能降低或产生故障，从而找到影响系统性能的瓶颈。
路网容量压力测试的策略为：
1)重复循环
压力测试的重复循环就是要在不同压力情况下，一遍遍重复执行测试，查看每一次的实验结果，测试路网的运行状态和所能承受的容量值。
2)压力增加
压力测试应考虑每次循环操作时的负载量，由于要测试路网的承载能力，因此必须在每次循环时增加一定的交通量。可根据实际路网的调查数据，科学设定交通量的增加值，保证压力测试可以真实有效地达到预期的目标。
3)计算实验
对于复杂的、随机的路网系统，仅依靠简单的计算仿真难以得到路网容量，但是，计算实验通过交互改变系统的输入变量，缩小问题空间，有目的地观察和计算系统输出的结果，运用探索性分析方法，最终通过计算实验得到路网容量。
路网容量压力测试工具：在进行路网容量压力测试时，需要使用合适的压力测试工具，才可以完成如此大规模的复杂测试任务。目前，压力测试方法在交通领域是首次提出并使用，因此，市场上还没有出现专业的压力测试工具。但通过分析压力测试的目的、过程和效果，我们选择了功能全面、稳定性好、适用性广的Cube宏观交通模拟与规划软件进行替代，同样可以高质量地完成压力测试任务。
路网容量压力测试流程：压力测试作为一种测试技术，实施过程应该遵循工程上的规范要求，才能保证取得理想的测试效果，因此建立了如下的路网容量压力测试流程。
准备阶段是压力测试的初始化，通过对所需测试的路网进行交通调查、信息采集和评价指标的设置，分析路网的现状，确定测试初始值和所需的各种参数，包括：
1)压力测试参数设定。
本发明中涉及的定义：
路段交通量：指在单位时间内通过路段某一地点、某一断面或某一条车道的车辆数；
路网交通量：指单位时间内整个路网内所有的路段和交叉口容纳的车辆数；
路网极限容量：指单位时间内整个路网内所有的路段和交叉口所能够容纳的最大车辆数；
通行能力：指单位时间内路段的某一断面所能通过的最大车辆数；
饱和度：指某条路段的交通量与通行能力的比值；
行程时间：指车辆通过某段路程的行驶时间；
速度：指路段长度与车辆通过的行程时间的比值；
交通小区：指组成路网的各个单元，每个交通小区中包含一定数量的路段和交叉口。
运用压力测试法确定路网的极限容量需要设定以下参数：
X0：路网实际交通量，辆/小时；
Xm：第m次测试的路网交通量，辆/小时；
Q：路网极限容量，辆/小时；
Δf：路网交通量增加值，辆/小时；
t：测试时间，小时，通常取t＝1小时；
T：测试周期，通常取T＝1年；
S：路网平均饱和度指标值；
s0：路网实际平均饱和度；
sm：第m次测试的路网平均饱和度；
V：路网平均速度指标值，千米/小时；
v0：路网实际平均速度，千米/小时；
vm：第m次测试的路网平均速度，千米/小时；
εs：路网平均饱和度的允许误差；
εv：路网平均速度的允许误差。
2)调查路网交通状况
首先确定压力测试的对象路网，然后根据路网容量的影响因素，采集测试所需的各种交通数据，包括：道路等级、车道数量、车道宽度、横断面形式、设计车速及通行能力。
3)建立计算机观测网络
进行压力测试时，需要确定路网实际交通量、平均饱和度、平均速度的初始值，因此，建立计算机观测网络以获取这些数据。首先在对象路网的每一个交叉口安装动态信息检测器对移动的车辆进行交通参数实时的采集，检测器由无线传感器对通过检测断面的车辆进行计数，经内部数据分析处理器计算，得到该路段的实际交通量、饱和度和速度，实时地上传到计算机的终端，通过压力测试工具Cube软件的分析模块，可确定路网实际交通量X0、路网实际平均饱和度s0和路网实际平均速度v0。由于压力测试的目的是得到路网的极限容量值，为提高测试效率，避免重复计算，将检测器采集到的最大的交通量值作为路网实际交通量X0，此状态所对应的即为路网实际平均饱和度s0和路网实际平均速度v0。
Cube软件的分析模块所使用的计算公式如下：
式中：i为路段序号，N为路段总数量，j为车辆序号，K为路段交通量，辆。
4)选取路网运行质量评价指标
用压力测试的方法研究路网容量是一个实验的过程，在此过程中评价指标尤为重要，因为它可以确定路网性能降低的瓶颈或拐点，以便测试过程中判断某一路网交通量状态是否达到极限容量。本方法选取路网实际平均饱和度和路网实际平均速度这两个指标对路网整体运行状况的宏观评价，如表1所示，为进行路网容量压力测试提出标准。
表1 路网运行质量评价指标体系
路网运行质量评价指标值 符号 单位 路网平均饱和度指标值 S 无量纲 路网平均速度指标值 V 千米/小时
压力测试过程中，利用Cube软件的结果输出模块显示每次测试的路网状态，即路网平均饱和度sm和路网平均速度vm。
如果sm-S＞0，sm-S＜εs且vm-V＜0，V-vm＜εv，则认为此时的路网运行状态濒于崩溃，车流不稳定并出现拥挤甚至堵塞情况，车辆排队现象严重，车辆驾驶员无法接受这种状态，交通状态处于中度拥堵与严重拥堵的临界，整个路网的交通量达到路网容量极限值；反之，如果sm-S＜0或vm-V＞0，则认为此时的路网交通量并没有达到路网极限容量，继续增加交通量压力，进行压力测试。
测试阶段是压力测试流程中的关键阶段，在此过程中可以对实际路网进行模拟和仿真，通过Cube软件的运行模块，反复对路网进行负载交通量的增加，最终测试出路网的极限容量，包括：
1)搭建压力测试平台
压力测试的第一步就是搭建与实际路网相似的测试环境，即在计算机平台上搭建抽象路网，这是进行压力测试的基础环节。
在此过程中，首先，需要描绘抽象路网，模拟实际路网搭建可供测试虚拟路网环境。Cube软件中提供了多种生成路网的方法：Cube软件与地理信息系统软件ArcGIS直接衔接，可以直接应用ArcGIS的数据文件直接转换为路网文件，快速完成路网的搭建；另外一种方法是先从数据库中读入路网坐标文件然后再绘制路网，这样做可以精确的定位路网交叉口的位置；最后一种方法是采用直接绘制的方式，应用路网的编辑界面导入对象路网底图，然后直接在底图上描绘路段，最终形成路网。
然后需要在路网中输入各类交通参数，设置路段属性，从而最大程度的模拟实际的交通环境，提高测试的可靠性。Cube软件中路网必需添加的属性包括：路段类型、行政区编号、通行能力索引、速度以及通行能力。
路段类型：指为不同道路等级的路段进行分类的编号；
行政区编号：指路段所属的不同行政区的编号；
通行能力索引：指路段的不同通行能力的分类编号；
速度：指路段的速度指标的数值；
通行能力：指路段的通行能力的数值。
路网环境生成之后，对其划分交通小区。划分交通小区应根据行政区域、地理条件、经济联系以及运输集散点的原则，保证交通小区中心节点的位置尽量在小区交通流集中点，而并非交通小区的形心点或行政中心点，在实际操作中，一般将交通小区的中心位置定在区内重要的交叉口附近，以便其中心与道路交叉口的连接。
压力测试只需搭建抽象的路网，将路段抽象成线段，交叉口抽象成节点，并对节点进行编号，用线段连接某些节点以划分交通小区，并对交通小区进行编号。
2)创建运行模块
利用压力测试工具Cube软件的程序模块构造压力测试的运行模型，逐步进行出行产生、交通分布和交通分配的步骤，模拟交通量的加载过程和最终状态。在每一阶段，都可以自由选择函数并标定参数。
路网分析模块。在应用程序管理器中，应用两次MVNET模块，核查已绘制的路网，并生成模块中能够应用的路网文件，并将其存储成数据文件。需要输入交通小区数量、节点数量各参数、设置程序使用方式和输出文件的类型或格式。
出行产生模块。出行产生就是计算出对象地区的各交通小区的交通需求总量，通过AVROAD模块运行交通生成，需要设置路径建立方式、报告输出格式和精算方式，可以选定或自定义模型的形式、相关变量选择和采用何种集合程度，模型主要形式包括回归分析模型、类别分析模型、层次回归分析模型。
交通分布模块。交通分布这一步骤的任务是把交通需求总量转换成各交通小区之间的空间交通量，主要利用MVGRAM模块。需要输入各交通小区的交通需求总量，设置模型函数及相应参数，如重力模型和增长系数模型。
交通分配模块。交通分配是指将各交通小区之间的空间交通量，根据已知的路网描述，按照设定的规则符合实际地分配到路网中的各条路段上，进而求出路网中各路段的交通量。Cube软件完成交通分配过程可以利用MVHWAY模块或利用AVROAD和AVCAP模块的反复跌代。该程序需要输入速度和流量的关系曲线，它的形式是离散的数据表，同时需要选择交通分配的方法，如全有全无法、流量均衡法和平衡法。
分析模块。Cube软件的分析模块用来图形化显示交通分配结果，主要通过MVGRAF或Graphics模块，显示了所得的路网交通分配结果，可按需要选择显示饱和度、交通量、速度各路网特征参数，也可以输出各种数据文件。输出结果可以通过屏幕、AutoCAD、HPGL绘图仪等多种设备进行显示，同时可以进行编辑。
3)运行压力测试并检测路网性能
建立运行模块之后，即可根据测试策略对路网进行压力测试，显示每次测试的结果，同时检测并比较路网的运行情况，包括：路网交通量Xm、路网平均饱和度sm和路网平均速度vm。
如果测试结果不符合预先设定的路网运行质量评价指标，即sm-S＜0或vm-V＞0，则增加交通量压力Δf再次进行测试，路网交通量Xm＝X0+m×Δf×t；一旦路网达到资源饱和或路网性能出现突变，达到路网运行质量评价指标，即sm-S＞0，sm-S＜εs且vm-V＜0，V-vm＜εv，可停止压力测试，此时的路网交通量可作为该路网的极限容量，即Q＝Xm，测试阶段结束。
分析阶段包括：
1)分析压力测试结果
压力测试运行结束后，对结果进行汇总和分析，使用一些图形、表格来比较和观察测试结果，同时需要分析测试的对象，包括：压力测试使用的交通量增加值、实施测试的次数及路网运行状态。
2)提交压力测试报告
当压力测试的结果达到预期需求和目标时，可结束此次压力测试，并提交压力测试报告。内容包括：压力测试概况、压力测试环境、压力测试策略、压力测试模型和压力测试结果。
基于压力测试法的路网容量极限值的确定方法及流程应用于北京市怀柔区城区路网，进行压力测试，计算其路网容量极限值。
准备阶段：
1)路网交通状况
北京市怀柔区地处北京东部，是一个具有旅游特色城镇。通过对12条主要路段的路段条件、交通条件等详细的调查，获得了大量的路段基础数据，如表2所示。
表2 怀柔城区路网基本情况
路段名称 路段类别 车道数量 (条) 车道宽度 (米) 横断面形式 设计车速 (千米/小时) 通行能力 (辆/小时/车道) 青春路 主干路 双向四条 3.4 三幅路 50 1690 迎宾路 主干路 双向四条 3.5 三幅路 50 1690 开放路 主干路 双向四条 3.8 三幅路 50 1690 富乐大街 主干路 双向四条 4.0 三幅路 50 1690 北大街 主干路 双向四条 3.8 三幅路 50 1690 滨湖北街 支路 双向两条 3.5 一幅路 20 1380 于家园南街 次干路 双向四条 3.5 一幅路 40 1640 兴怀大街 次干路 双向四条 3.5 三幅路 40 1640 府前西街 次干路 双向四条 2.8 三幅路 40 1640 府前街 次干路 双向四条 2.8 三幅路 40 1640 府前东街 次干路 双向四条 2.8 三幅路 40 1640 南大街 次干路 双向两条 3.0 三幅路 30 1550 东大街 次干路 双向四条 3.0 三幅路 40 1640 南华大街 主干路 双向四条 4.0 三幅路 50 1690
路段名称 路段类别 车道数量 (条) 车道宽度 (米) 横断面形式 设计车速 (千米/小时) 通行能力 (辆/小时/车道) 湖光南街 次干路 双向四条 2.5 一幅路 40 1640 青春环岛 主干路 单向三条 4.5 两幅路 40 1312 迎宾北环岛 主干路 单向三条 5.0 两幅路 40 1312 迎宾南环岛 主干路 单向三条 5.0 两幅路 40 1312 富乐环岛 主干路 单向三条 5.1 两幅路 40 1312
2)建立计算机观测网络
通过怀柔区城区路网每个交叉口处安装的动态信息检测器、计算机终端等构成的计算机观测网络，采集到该路网的24小时交通量如表3所示。
表3 怀柔城区观测路网交通量
时间 路网交通量(辆/小时) 时间 路网交通量(辆/小时) 1 4802 13 26411 2 6517 14 26754 3 10633 15 29155 4 11319 16 31556 5 13034 17 32242 6 13034 18 35329 7 13377 19 36015 8 13720 20 37730 9 14063 21 38416 10 19208 22 39788 11 20923 23 45619 12 25725 24 46305
因此，可确定路网实际交通量X0为46305辆/小时，路网实际平均饱和度s0为0.28，路网实际平均速度v0为49.58千米/小时。
3)选取路网运行质量评价指标
根据本次对怀柔区城区路网进行压力测试的对象和最终目标，在广泛的分析和调查基础上，决定选取表4中所列的路网运行质量评价指标。
表4 路网运行质量评价指标体系
路网运行质量评价指标值 符号 单位 数值 路网平均饱和度指标值 S 无量纲 0.75 路网平均速度指标值 V 千米/小时 19
测试阶段：
1)搭建压力测试平台
运用Cube宏观交通模拟与规划软件根据怀柔区的实际路网结构搭建压力测试环境，并划分了12个交通小区。
2)创建运行模块
对该路网创建运行程序，通过直观的模块图构造压力测试的运行模型，路网分析模块MVNET、出行产生模块AVROAD、交通分布模块MVGRAM、交通分配模块MVHWAY和分析模块MVGRAF，各模块顺序连接，逐步完成路网的交通量模拟加载。
3)运行压力测试并检测路网性能
创建各运行模块之后，即可开始压力测试。根据怀柔城区的土地利用、居民出行、道路基础设施的特点，设置交通量增加值Δf为5000辆/小时，测试时间t为1小时，路网平均饱和度的精度要求εs为0.001，路网平均速度的精度要求εv为0.1。
在路网实际交通量X0的基础上，不断增加路网的负载直至路网性能出现突变，经过16次压力测试，测试结果为路网平均饱和度为0.7503、平均速度为18.92千米/小时，达到路网运行状态濒于崩溃时的指标，即可停止压力测试，并认为整个路网的交通量达到路网容量极限值，即126305辆/小时。
分析阶段
1)分析压力测试结果
将对怀柔区路网进行压力测试的所有结果数据汇总并记录，详见下表所列。
表5 压力测试结果汇总
测试次数 路网交通量(辆/小时) 路网平均饱和度 路网平均速度(千米/小时) 1 46305 0.2884 49.58 2 51305 0.3136 47.06
测试次数 路网交通量(辆/小时) 路网平均饱和度 路网平均速度(千米/小时) 3 56305 0.3217 46.60 4 61305 0.3453 45.29 5 66305 0.3926 44.65 6 71305 0.4278 42.65 7 76305 0.4665 39.22 8 81305 0.4710 37.46 9 86305 0.5084 35.67 10 91305 0.5224 34.91 11 96305 0.5564 30.08 12 101305 0.5800 28.65 13 106305 0.6029 27.06 14 111305 0.6435 25.37 15 116305 0.6672 23.18 16 121305 0.6811 21.46 17 126305 0.7503 18.92
2)提交压力测试报告
本次对怀柔城区路网进行的压力测试的结果达到预期的目的，结束测试，并编写和提交压力测试报告。
压力测试是性能测试的一种专门形式，它与其他工程领域的破坏性测试相类似。压力测试的目的是通过不断增加负载直至资源饱和，使被测试的系统的性能降低或产生故障，从而找到影响系统性能的瓶颈。
路网容量压力测试的策略为：
1)重复循环
压力测试的重复循环就是要在不同压力情况下，一遍遍重复执行测试，查看每一次的实验结果，测试路网的运行状态和所能承受的容量值。
2)压力增加
压力测试应考虑每次循环操作时的负载量，由于要测试路网的承载能力，因此必须在每次循环时增加一定的交通量。可根据实际路网的调查数据，科学设定交通量的增加值，保证压力测试可以真实有效地达到预期的目标。
3)计算实验
对于复杂的、随机的路网系统，仅依靠简单的计算仿真难以得到路网容量，但是，计算实验通过交互改变系统的输入变量，缩小问题空间，有目的地观察和计算系统输出的结果，运用探索性分析方法，最终通过计算实验得到路网容量。
路网容量压力测试工具：在进行路网容量压力测试时，需要使用合适的压力测试工具，才可以完成如此大规模的复杂测试任务。目前，压力测试方法在交通领域是首次提出并使用，因此，市场上还没有出现专业的压力测试工具。但通过分析压力测试的目的、过程和效果，我们选择了功能全面、稳定性好、适用性广的Cube宏观交通模拟与规划软件进行替代，同样可以高质量地完成压力测试任务。
路网容量压力测试流程：压力测试作为一种测试技术，实施过程应该遵循工程上的规范要求，才能保证取得理想的测试效果，因此建立了如下的路网容量压力测试流程。
准备阶段是压力测试的初始化，通过对所需测试的路网进行交通调查、信息采集和评价指标的设置，分析路网的现状，确定测试初始值和所需的各种参数，包括：
1)压力测试参数设定。
本发明中涉及的定义：
路段交通量：指在单位时间内通过路段某一地点、某一断面或某一条车道的车辆数；
路网交通量：指单位时间内整个路网内所有的路段和交叉口容纳的车辆数；
路网极限容量：指单位时间内整个路网内所有的路段和交叉口所能够容纳的最大车辆数；
通行能力：指单位时间内路段的某一断面所能通过的最大车辆数；
饱和度：指某条路段的交通量与通行能力的比值；
行程时间：指车辆通过某段路程的行驶时间；
速度：指路段长度与车辆通过的行程时间的比值；
交通小区：指组成路网的各个单元，每个交通小区中包含一定数量的路段和交叉口。
运用压力测试法确定路网的极限容量需要设定以下参数：
X0：路网实际交通量，辆/小时；
Xm：第m次测试的路网交通量，辆/小时；
Q：路网极限容量，辆/小时；
Δf：路网交通量增加值，辆/小时；
t：测试时间，小时，通常取t＝1小时；
T：测试周期，通常取T＝1年；
S：路网平均饱和度指标值；
s0：路网实际平均饱和度；
sm：第m次测试的路网平均饱和度；
V：路网平均速度指标值，千米/小时；
v0：路网实际平均速度，千米/小时；
vm：第m次测试的路网平均速度，千米/小时；
εs：路网平均饱和度的允许误差；
εv：路网平均速度的允许误差。
2)调查路网交通状况
首先确定压力测试的对象路网，然后根据路网容量的影响因素，采集测试所需的各种交通数据，包括：道路等级、车道数量、车道宽度、横断面形式、设计车速及通行能力。
3)建立计算机观测网络
进行压力测试时，需要确定路网实际交通量、平均饱和度、平均速度的初始值，因此，建立计算机观测网络以获取这些数据。首先在对象路网的每一个交叉口安装动态信息检测器对移动的车辆进行交通参数实时的采集，检测器由无线传感器对通过检测断面的车辆进行计数，经内部数据分析处理器计算，得到该路段的实际交通量、饱和度和速度，实时地上传到计算机的终端，通过压力测试工具Cube软件的分析模块，可确定路网实际交通量X0、路网实际平均饱和度s0和路网实际平均速度v0。由于压力测试的目的是得到路网的极限容量值，为提高测试效率，避免重复计算，将检测器采集到的最大的交通量值作为路网实际交通量X0，此状态所对应的即为路网实际平均饱和度s0和路网实际平均速度v0。
Cube软件的分析模块所使用的计算公式如下：
式中：i为路段序号，N为路段总数量，j为车辆序号，K为路段交通量，辆。
4)选取路网运行质量评价指标
用压力测试的方法研究路网容量是一个实验的过程，在此过程中评价指标尤为重要，因为它可以确定路网性能降低的瓶颈或拐点，以便测试过程中判断某一路网交通量状态是否达到极限容量。本方法选取路网实际平均饱和度和路网实际平均速度这两个指标对路网整体运行状况的宏观评价，如表1所示，为进行路网容量压力测试提出标准。
表1 路网运行质量评价指标体系
路网运行质量评价指标值 符号 单位 路网平均饱和度指标值 S 无量纲 路网平均速度指标值 V 千米/小时
压力测试过程中，利用Cube软件的结果输出模块显示每次测试的路网状态，即路网平均饱和度sm和路网平均速度vm。
如果sm-S＞0，sm-S＜εs且vm-V＜0，V-vm＜εv，则认为此时的路网运行状态濒于崩溃，车流不稳定并出现拥挤甚至堵塞情况，车辆排队现象严重，车辆驾驶员无法接受这种状态，交通状态处于中度拥堵与严重拥堵的临界，整个路网的交通量达到路网容量极限值；反之，如果sm-S＜0或vm-V＞0，则认为此时的路网交通量并没有达到路网极限容量，继续增加交通量压力，进行压力测试。
测试阶段是压力测试流程中的关键阶段，在此过程中可以对实际路网进行模拟和仿真，通过Cube软件的运行模块，反复对路网进行负载交通量的增加，最终测试出路网的极限容量，包括：
1)搭建压力测试平台
压力测试的第一步就是搭建与实际路网相似的测试环境，即在计算机平台上搭建抽象路网，这是进行压力测试的基础环节。
在此过程中，首先，需要描绘抽象路网，模拟实际路网搭建可供测试虚拟路网环境。Cube软件中提供了多种生成路网的方法：Cube软件与地理信息系统软件ArcGIS直接衔接，可以直接应用ArcGIS的数据文件直接转换为路网文件，快速完成路网的搭建；另外一种方法是先从数据库中读入路网坐标文件然后再绘制路网，这样做可以精确的定位路网交叉口的位置；最后一种方法是采用直接绘制的方式，应用路网的编辑界面导入对象路网底图，然后直接在底图上描绘路段，最终形成路网。
然后需要在路网中输入各类交通参数，设置路段属性，从而最大程度的模拟实际的交通环境，提高测试的可靠性。Cube软件中路网必需添加的属性包括：路段类型、行政区编号、通行能力索引、速度以及通行能力。
路段类型：指为不同道路等级的路段进行分类的编号；
行政区编号：指路段所属的不同行政区的编号；
通行能力索引：指路段的不同通行能力的分类编号；
速度：指路段的速度指标的数值；
通行能力：指路段的通行能力的数值。
路网环境生成之后，对其划分交通小区。划分交通小区应根据行政区域、地理条件、经济联系以及运输集散点的原则，保证交通小区中心节点的位置尽量在小区交通流集中点，而并非交通小区的形心点或行政中心点，在实际操作中，一般将交通小区的中心位置定在区内重要的交叉口附近，以便其中心与道路交叉口的连接。
压力测试只需搭建抽象的路网，将路段抽象成线段，交叉口抽象成节点，并对节点进行编号，用线段连接某些节点以划分交通小区，并对交通小区进行编号。
2)创建运行模块
利用压力测试工具Cube软件的程序模块构造压力测试的运行模型，逐步进行出行产生、交通分布和交通分配的步骤，模拟交通量的加载过程和最终状态。在每一阶段，都可以自由选择函数并标定参数。
路网分析模块。在应用程序管理器中，应用两次MVNET模块，核查已绘制的路网，并生成模块中能够应用的路网文件，并将其存储成数据文件。需要输入交通小区数量、节点数量各参数、设置程序使用方式和输出文件的类型或格式。
出行产生模块。出行产生就是计算出对象地区的各交通小区的交通需求总量，通过AVROAD模块运行交通生成，需要设置路径建立方式、报告输出格式和精算方式，可以选定或自定义模型的形式、相关变量选择和采用何种集合程度，模型主要形式包括回归分析模型、类别分析模型、层次回归分析模型。
交通分布模块。交通分布这一步骤的任务是把交通需求总量转换成各交通小区之间的空间交通量，主要利用MVGRAM模块。需要输入各交通小区的交通需求总量，设置模型函数及相应参数，如重力模型和增长系数模型。
交通分配模块。交通分配是指将各交通小区之间的空间交通量，根据已知的路网描述，按照设定的规则符合实际地分配到路网中的各条路段上，进而求出路网中各路段的交通量。Cube软件完成交通分配过程可以利用MVHWAY模块或利用AVROAD和AVCAP模块的反复跌代。该程序需要输入速度和流量的关系曲线，它的形式是离散的数据表，同时需要选择交通分配的方法，如全有全无法、流量均衡法和平衡法。
分析模块。Cube软件的分析模块用来图形化显示交通分配结果，主要通过MVGRAF或Graphics模块，显示了所得的路网交通分配结果，可按需要选择显示饱和度、交通量、速度各路网特征参数，也可以输出各种数据文件。输出结果可以通过屏幕、AutoCAD、HPGL绘图仪等多种设备进行显示，同时可以进行编辑。
3)运行压力测试并检测路网性能
建立运行模块之后，即可根据测试策略对路网进行压力测试，显示每次测试的结果，同时检测并比较路网的运行情况，包括：路网交通量Xm、路网平均饱和度sm和路网平均速度vm。
如果测试结果不符合预先设定的路网运行质量评价指标，即sm-S＜0或vm-V＞0，则增加交通量压力Δf再次进行测试，路网交通量Xm＝X0+m×Δf×t；一旦路网达到资源饱和或路网性能出现突变，达到路网运行质量评价指标，即sm-S＞0，sm-S＜εs且vm-V＜0，V-vm＜εv，可停止压力测试，此时的路网交通量可作为该路网的极限容量，即Q＝Xm，测试阶段结束。
分析阶段包括：
1)分析压力测试结果
压力测试运行结束后，对结果进行汇总和分析，使用一些图形、表格来比较和观察测试结果，同时需要分析测试的对象，包括：压力测试使用的交通量增加值、实施测试的次数及路网运行状态。
2)提交压力测试报告
当压力测试的结果达到预期需求和目标时，可结束此次压力测试，并提交压力测试报告。内容包括：压力测试概况、压力测试环境、压力测试策略、压力测试模型和压力测试结果。
基于压力测试法的路网容量极限值的确定方法及流程应用于北京市怀柔区城区路网，进行压力测试，计算其路网容量极限值。
准备阶段：
1)路网交通状况
北京市怀柔区地处北京东部，是一个具有旅游特色城镇。通过对12条主要路段的路段条件、交通条件等详细的调查，获得了大量的路段基础数据，如表2所示。
表2 怀柔城区路网基本情况
路段名称 路段类别 车道数量 (条) 车道宽度 (米) 横断面形式 设计车速 (千米/小时) 通行能力 (辆/小时/车道) 青春路 主干路 双向四条 3.4 三幅路 50 1690 迎宾路 主干路 双向四条 3.5 三幅路 50 1690 开放路 主干路 双向四条 3.8 三幅路 50 1690 富乐大街 主干路 双向四条 4.0 三幅路 50 1690 北大街 主干路 双向四条 3.8 三幅路 50 1690 滨湖北街 支路 双向两条 3.5 一幅路 20 1380 于家园南街 次干路 双向四条 3.5 一幅路 40 1640 兴怀大街 次干路 双向四条 3.5 三幅路 40 1640 府前西街 次干路 双向四条 2.8 三幅路 40 1640 府前街 次干路 双向四条 2.8 三幅路 40 1640 府前东街 次干路 双向四条 2.8 三幅路 40 1640 南大街 次干路 双向两条 3.0 三幅路 30 1550 东大街 次干路 双向四条 3.0 三幅路 40 1640 南华大街 主干路 双向四条 4.0 三幅路 50 1690
路段名称 路段类别 车道数量 (条) 车道宽度 (米) 横断面形式 设计车速 (千米/小时) 通行能力 (辆/小时/车道) 湖光南街 次干路 双向四条 2.5 一幅路 40 1640 青春环岛 主干路 单向三条 4.5 两幅路 40 1312 迎宾北环岛 主干路 单向三条 5.0 两幅路 40 1312 迎宾南环岛 主干路 单向三条 5.0 两幅路 40 1312 富乐环岛 主干路 单向三条 5.1 两幅路 40 1312
2)建立计算机观测网络
通过怀柔区城区路网每个交叉口处安装的动态信息检测器、计算机终端等构成的计算机观测网络，采集到该路网的24小时交通量如表3所示。
表3 怀柔城区观测路网交通量
时间 路网交通量(辆/小时) 时间 路网交通量(辆/小时) 1 4802 13 26411 2 6517 14 26754 3 10633 15 29155 4 11319 16 31556 5 13034 17 32242 6 13034 18 35329 7 13377 19 36015 8 13720 20 37730 9 14063 21 38416 10 19208 22 39788 11 20923 23 45619 12 25725 24 46305
因此，可确定路网实际交通量X0为46305辆/小时，路网实际平均饱和度s0为0.28，路网实际平均速度v0为49.58千米/小时。
3)选取路网运行质量评价指标
根据本次对怀柔区城区路网进行压力测试的对象和最终目标，在广泛的分析和调查基础上，决定选取表4中所列的路网运行质量评价指标。
表4 路网运行质量评价指标体系
路网运行质量评价指标值 符号 单位 数值 路网平均饱和度指标值 S 无量纲 0.75 路网平均速度指标值 V 千米/小时 19
测试阶段：
1)搭建压力测试平台
运用Cube宏观交通模拟与规划软件根据怀柔区的实际路网结构搭建压力测试环境，并划分了12个交通小区。
2)创建运行模块
对该路网创建运行程序，通过直观的模块图构造压力测试的运行模型，路网分析模块MVNET、出行产生模块AVROAD、交通分布模块MVGRAM、交通分配模块MVHWAY和分析模块MVGRAF，各模块顺序连接，逐步完成路网的交通量模拟加载。
3)运行压力测试并检测路网性能
创建各运行模块之后，即可开始压力测试。根据怀柔城区的土地利用、居民出行、道路基础设施的特点，设置交通量增加值Δf为5000辆/小时，测试时间t为1小时，路网平均饱和度的精度要求εs为0.001，路网平均速度的精度要求εv为0.1。
在路网实际交通量X0的基础上，不断增加路网的负载直至路网性能出现突变，经过16次压力测试，测试结果为路网平均饱和度为0.7503、平均速度为18.92千米/小时，达到路网运行状态濒于崩溃时的指标，即可停止压力测试，并认为整个路网的交通量达到路网容量极限值，即126305辆/小时。
分析阶段
1)分析压力测试结果
将对怀柔区路网进行压力测试的所有结果数据汇总并记录，详见下表所列。
表5 压力测试结果汇总
测试次数 路网交通量(辆/小时) 路网平均饱和度 路网平均速度(千米/小时) 1 46305 0.2884 49.58 2 51305 0.3136 47.06
测试次数 路网交通量(辆/小时) 路网平均饱和度 路网平均速度(千米/小时) 3 56305 0.3217 46.60 4 61305 0.3453 45.29 5 66305 0.3926 44.65 6 71305 0.4278 42.65 7 76305 0.4665 39.22 8 81305 0.4710 37.46 9 86305 0.5084 35.67 10 91305 0.5224 34.91 11 96305 0.5564 30.08 12 101305 0.5800 28.65 13 106305 0.6029 27.06 14 111305 0.6435 25.37 15 116305 0.6672 23.18 16 121305 0.6811 21.46 17 126305 0.7503 18.92
2)提交压力测试报告
本次对怀柔城区路网进行的压力测试的结果达到预期的目的，结束测试，并编写和提交压力测试报告。