12交通仿真軟件和應(yīng)用

1、第十二章 交通仿真軟件與其應(yīng)用 前 言交通仿真（Traffic Simulation）是系統(tǒng)仿真技術(shù)的一個(gè)分支，就是用系統(tǒng)模型來復(fù)再現(xiàn)？現(xiàn)交通流隨時(shí)間、空間變化從而表征模擬？其行為特征的技術(shù)。交通仿真模型可用于交通系統(tǒng)規(guī)劃與控制方案的詳細(xì)評估，更好地理解并掌握交通系統(tǒng)局部和細(xì)節(jié)，對于較復(fù)雜的交通系統(tǒng)尤為適用。交通仿真技術(shù)所具備的功能，使其在以下交通領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用：1）交通規(guī)劃方案的詳細(xì)評估；2）交通控制策略的評估；3）道路幾何設(shè)計(jì)方案的評價(jià)分析；4）交通管理系統(tǒng)的評價(jià)分析；5）交通新技術(shù)和新設(shè)想的測試；6）智能交通系統(tǒng)的評價(jià)；7）道路交通安全分析；8）交通工程技術(shù)人員培訓(xùn)。當(dāng)前使用

2、較多的微觀交通仿真軟件有是否應(yīng)增加宏觀交通仿真軟件的介紹？PARAMICS、VISSIM、TransModeler、AIMSUN、CORSIM、CUBE DYNASIM、TRAFFICWARE等。本章將介紹系統(tǒng)仿真和交通仿真的原理和、方法、和常用的交通仿真軟件與其應(yīng)用。第一節(jié) 交通系統(tǒng)仿真一、系統(tǒng)仿真仿真是當(dāng)今許多學(xué)科廣泛應(yīng)用的先進(jìn)、安全和經(jīng)濟(jì)的技術(shù)，軍事工業(yè)、航空航天、核能等一直是仿真技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域，在軍工領(lǐng)域，仿真技術(shù)已成為新武器系統(tǒng)研制與試驗(yàn)中的先導(dǎo)技術(shù)、校驗(yàn)技術(shù)和分析技術(shù)。世界各國幾乎所有大型研發(fā)項(xiàng)目，如“阿波羅”登月計(jì)劃、戰(zhàn)略防御系統(tǒng)、航天航空器研制、核武器研制等，因其投資和風(fēng)險(xiǎn)

3、巨大，在研制過程中均成功地運(yùn)用了仿真技術(shù)，以較小的代價(jià)大幅度降低了風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)仿真技術(shù)可應(yīng)用于系統(tǒng)評價(jià)、系統(tǒng)優(yōu)化、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、降低試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)和危險(xiǎn)、人員培訓(xùn)、決策支持等。下面闡述系統(tǒng)仿真的幾個(gè)基本概念。（一） 基本概念1. ）系統(tǒng)仿真技術(shù)應(yīng)用的對象是系統(tǒng)。系統(tǒng)的定義很多，通常定義為具有一定功能，按某種規(guī)律相互聯(lián)系又相互作用著的對象之間的有機(jī)組合。社會、經(jīng)濟(jì)、交通都是系統(tǒng)，仿真所關(guān)注的系統(tǒng)是廣義的，泛指人類社會和自然界的一切存在、現(xiàn)象與過程。任何系統(tǒng)的研究都需要關(guān)注三個(gè)方面的內(nèi)容，即實(shí)體、屬性和活動。實(shí)體是組成系統(tǒng)的具體對象，屬性是實(shí)體所具有的每一項(xiàng)有效特性（狀態(tài)和參數(shù)），活動是系統(tǒng)內(nèi)對象隨時(shí)間推移

4、而發(fā)生的狀態(tài)變化。由于組成系統(tǒng)的實(shí)體之間相互作用而引起的實(shí)體屬性變化，通常用“狀態(tài)”的概念來描述。研究系統(tǒng)，主要就是研究系統(tǒng)狀態(tài)的改變，即系統(tǒng)的進(jìn)展或演化。研究系統(tǒng)除了需要研究系統(tǒng)的實(shí)體、屬性和活動外，還需要研究系統(tǒng)的環(huán)境。環(huán)境是指對系統(tǒng)的活動結(jié)果產(chǎn)生影響的外界因素，自然界的一切事物都存在相互聯(lián)系和相互影響，而系統(tǒng)是在外界因素不斷變化的環(huán)境中產(chǎn)生活動的，因此，環(huán)境因素是必須予以考慮的。系統(tǒng)與環(huán)境的邊界是不確定的，隨研究的目的不同而異。2. ）模型要進(jìn)行仿真，首先要抓住問題的本質(zhì)或主要矛盾，按研究的重點(diǎn)或?qū)嶋H需要對原系統(tǒng)進(jìn)行簡化提煉，也就是建立模型。模型是對系統(tǒng)某些本質(zhì)方面的描述，可采用各種可用

5、的形式提供被研究系統(tǒng)的信息，在所研究系統(tǒng)的某一側(cè)面具有與系統(tǒng)相似的數(shù)學(xué)描述或物理描述，可以在不同的抽象層次上來描述一個(gè)系統(tǒng)，是對真實(shí)世界中的物體或過程的抽象化和形式化。模型方法是通過研究模型來揭示原型的形態(tài)、特征和本質(zhì)的方法。計(jì)算機(jī)仿真中采用的模型是數(shù)學(xué)模型?！皵?shù)學(xué)模型”是根據(jù)物理概念、變化規(guī)律、測試結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，用數(shù)學(xué)表達(dá)式、邏輯表達(dá)式、特性曲線、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等來描述某一系統(tǒng)的表現(xiàn)形式。數(shù)學(xué)模型的本質(zhì)，是關(guān)于現(xiàn)實(shí)世界一小部分和幾個(gè)方面抽象的數(shù)學(xué)“映像”。這種系統(tǒng)觀允許對現(xiàn)實(shí)世界中的過程在不同的詳盡程度上進(jìn)行數(shù)學(xué)描述（“編碼”），從而將各種不同的模型彼被此聯(lián)系起來，并將相互間的關(guān)系隱含于數(shù)學(xué)模型

6、之中。3. ）計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真是建立需研究系統(tǒng)的模型，進(jìn)而在計(jì)算機(jī)上對模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的過程。計(jì)算機(jī)仿真方法是以計(jì)算機(jī)仿真為手段，通過在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行模型來再現(xiàn)模擬系統(tǒng)的運(yùn)動過程，從而認(rèn)識系統(tǒng)規(guī)律的一種研究方法。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)科學(xué)、控制理論和應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為工具，利用系統(tǒng)模型對實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究的一門新興技術(shù)。現(xiàn)代計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)綜合集成了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、圖形圖像、多媒體、軟件工程、信息處理、自動控制等多個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域的知識，是系統(tǒng)分析與研究的重要手段。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)具有良好的可控性、無破壞性、安全、可靠、不受外界條件（如氣象條件和場地空

7、域）的限制、可多次重復(fù)、高效和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)，近年來發(fā)展十分迅速，已經(jīng)成為當(dāng)今眾多領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步所依托的一種基本手段。計(jì)算機(jī)仿真主要步驟有：問題描述、仿真目標(biāo)設(shè)定、模型建立、數(shù)據(jù)收集、仿真程序開發(fā)、標(biāo)定和校準(zhǔn)、試驗(yàn)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和結(jié)果分析。（二）系統(tǒng)仿真的分類系統(tǒng)仿真技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是建立仿真模型和進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的技術(shù)。通常認(rèn)為，系統(tǒng)仿真是用能代表所研究系統(tǒng)的模型，結(jié)合環(huán)境（實(shí)際的或模擬的）條件進(jìn)行研究、分析和實(shí)驗(yàn)的方法。系統(tǒng)仿真的過程可通過圖12-1所示的系統(tǒng)、模型與計(jì)算機(jī)三個(gè)要素間的三種基本活動來描述（圖12-1）。圖12-1 系統(tǒng)仿真三要素與三種基本活動可以從系統(tǒng)模型的角度、仿真時(shí)鐘與實(shí)時(shí)時(shí)鐘的關(guān)系對

8、系統(tǒng)仿真加以分類。1. ）連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散事件系統(tǒng)仿真系統(tǒng)模型按特性可分為兩大類：一類稱為連續(xù)系統(tǒng)，另一類稱為離散事件系統(tǒng)。由于這兩類系統(tǒng)固有運(yùn)動規(guī)律的不同，因而描述其運(yùn)動規(guī)律的形式就有很大的差別，相應(yīng)地，系統(tǒng)仿真技術(shù)也分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散事件系統(tǒng)仿真。連續(xù)系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時(shí)間連續(xù)變化的系統(tǒng)。但離散時(shí)間變化模型中的差分模型可歸為連續(xù)系統(tǒng)仿真范疇，因?yàn)楫?dāng)用數(shù)字仿真技術(shù)對連續(xù)系統(tǒng)仿真時(shí)，其原有的連續(xù)形式的模型必須進(jìn)行離散化處理，并最終也變成差分模型。離散事件系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)在某些隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生離散變化的系統(tǒng)。它與連續(xù)系統(tǒng)的主要區(qū)別在于狀態(tài)變化發(fā)生在隨機(jī)時(shí)間點(diǎn)上，這種引起狀態(tài)變化的行為稱為“

9、事件”，因而這類系統(tǒng)由事件驅(qū)動。而且，“事件”往往發(fā)生在隨機(jī)事件點(diǎn)上，亦稱為隨機(jī)事件，因而離散事件系統(tǒng)一般都具有隨機(jī)特性，系統(tǒng)的狀態(tài)變量往往是離散化的。2. ）實(shí)時(shí)仿真、亞實(shí)時(shí)仿真和超超實(shí)時(shí)仿真計(jì)算機(jī)上或?qū)嶒?yàn)室里展示天文時(shí)間的時(shí)鐘稱為實(shí)際時(shí)鐘，而系統(tǒng)仿真時(shí)模型所采用的時(shí)鐘稱為仿真時(shí)鐘。根據(jù)仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘推進(jìn)的比例關(guān)系，系統(tǒng)仿真分類如下：（1）實(shí)時(shí)仿真，即仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘完全一致，也就是仿真中模型推算的速度與實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的速度一樣。在被仿真的系統(tǒng)中存在物理模型或?qū)嵨飼r(shí)，必須進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真，例如各種訓(xùn)練仿真器就是這樣，有時(shí)也稱為在線仿真。（2）亞實(shí)時(shí)仿真，即仿真時(shí)鐘慢于實(shí)際時(shí)鐘，也就是仿真中模

10、型推算的速度慢于實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的速度。在對仿真速度要求不苛刻的情況下可以用亞實(shí)時(shí)仿真，例如大多數(shù)系統(tǒng)的離線仿真研究與分析，有時(shí)也稱為離線仿真。（3）超實(shí)時(shí)仿真，即仿真時(shí)鐘快于實(shí)際時(shí)鐘，也就是仿真中模型推算的速度快于實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的速度。例如大氣環(huán)流的仿真、交通系統(tǒng)的仿真等等。（三）系統(tǒng)仿真算法與仿真軟件仿真算法是將系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成適合于計(jì)算機(jī)運(yùn)行的模型（即計(jì)算機(jī)仿真模型）的一種算法。連續(xù)系統(tǒng)的動態(tài)特性，一般可用微分方程、狀態(tài)方程或傳遞函數(shù)來描述。連續(xù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型無法直接在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，必須將它轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散時(shí)間的仿真模型（離散時(shí)間模型），用于連續(xù)系統(tǒng)的仿真算法可分為兩大類：一類是數(shù)值積分法；另一

11、類是離散相似法。離散系統(tǒng)，常常規(guī)模較大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，往往又是隨機(jī)的，很難用數(shù)學(xué)方程描述。因此，需要直接根據(jù)系統(tǒng)的目的要求，以與相關(guān)的知識建立其仿真模型。離散事件系統(tǒng)的仿真模型通常采用流程圖或網(wǎng)絡(luò)圖描述，如排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型、Petri網(wǎng)絡(luò)模型等。常用的三種仿真建模方法是面向事件的建模方法、面向活動的建模方法、面向進(jìn)程的建模方法，對應(yīng)的三種典型仿真策略為時(shí)間調(diào)度法、活動掃描法和進(jìn)行交互法。仿真軟件是一種面向仿真用途的專用軟件，它既可以使用專業(yè)的仿真語言編寫，又可以使用通用的計(jì)算高級語言編寫。仿真軟件包括仿真程序和仿真語言。仿真程序是仿真軟件的初級形式，一般采用計(jì)算機(jī)高級語言（如C語言）編寫，是仿真軟件的

12、基本組成部分。仿真程序用于某些特定問向題的仿真，只要仿真對象稍有改變，仿真程序就要重新編制。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，還出現(xiàn)了專用的計(jì)算機(jī)仿真語言。二、交通仿真（一）交通仿真模型的分類依據(jù)仿真模型對交通系統(tǒng)描述的細(xì)節(jié)的程度，交通仿真模型可以劃分為宏觀（Macroscopic）、微觀（Microscopic）、中觀（Mesoscopic）三種類型。宏觀交通仿真模型對系統(tǒng)實(shí)體、行為與相互作用的描述很粗略，仿真速度很快，對計(jì)算機(jī)資源的要求較低。它采用集合方式來展現(xiàn)交通流，如交通流量、速度、密度以與它們之間的關(guān)系。宏觀模型很少涉與車流內(nèi)車輛之間的相互作用，如車輛跟馳、車道變換，不考慮個(gè)別車輛的運(yùn)動，而

13、是從統(tǒng)計(jì)意義上整體描述車輛的運(yùn)動，它假定交通流已被合理地分配給各個(gè)車道。宏觀交通仿真模型比微觀仿真相模型的精度低，應(yīng)用的范圍也小，適用于描述系統(tǒng)的總體特性，并試圖通過真實(shí)反映系統(tǒng)中的所有個(gè)體特性來反映系統(tǒng)的總體特性。宏觀仿真模型的重要參數(shù)是速度、密度和流量。微觀交通仿真模型非常細(xì)致地描述系統(tǒng)實(shí)體和它們間相互作用，對計(jì)算機(jī)資源的要求較高。微觀交通仿真把每輛車作為一個(gè)研究對象。對所有個(gè)體車輛都進(jìn)行標(biāo)識和定位，在仿真方法上完全不同于宏觀交通仿真。在每一掃描時(shí)段，車輛的速度、加速度與其他車輛特性被更新。微觀仿真的基本模型是跟馳模型、超車模型與車道變換模型。微觀水平的車道變換不僅涉與到當(dāng)前車道中本車對前

14、車的跟馳模型，而且涉與到目標(biāo)車道的假定前車和后跟車的跟馳模型，還有精細(xì)的駕駛員決策行為模擬，甚至整個(gè)車道變換的操縱過程也能被模擬出來，因而能非常靈活地反映各種道路和交通條件的影響。微觀仿真模型特別適合于在計(jì)算機(jī)上精確再現(xiàn)路網(wǎng)上的實(shí)際交通狀況，常用于交通控制的仿真（如單個(gè)交叉口的定時(shí)或感應(yīng)式控制、干道交叉口協(xié)調(diào)控制等）。相比宏觀仿真模型而言，微觀交通的仿真通常需要更多的計(jì)算資源。微觀仿真模型的重要參數(shù)是每輛車的速度和位置。中觀仿真模型也能夠細(xì)致地描述大多數(shù)系統(tǒng)實(shí)體，然而相對于微觀模型而言，它對實(shí)體運(yùn)動和相互作用的描述要粗略，例如它采用車隊(duì)描述模型；對每輛車而言，車道變換則被描述成建立在相關(guān)車道實(shí)

15、體基礎(chǔ)上的瞬時(shí)決策事件，而非細(xì)致的車輛間相互作用。中觀交通仿真在宏觀交通網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，將個(gè)體車輛放入宏觀交通流中進(jìn)行分析，根據(jù)模擬的需要，對特定車輛的速度、位置與其他屬性進(jìn)行標(biāo)識，或?qū)€(gè)體車輛分組，再對每組車輛的速度、位置與其他屬性進(jìn)行標(biāo)識。對交通流的描述往往以若干輛車構(gòu)成的隊(duì)列為單元，描述隊(duì)列在路段相節(jié)點(diǎn)的流入流出行為，不太通順？對車輛的車道變換之類的行為也可用簡單的方式近似描述。（二）微觀交通仿真由于宏觀仿真模型對交通系統(tǒng)的描述比較粗略，計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步確保了在微機(jī)上也能夠?qū)崿F(xiàn)較大規(guī)模的微觀仿真，微觀交通仿真模型已經(jīng)成為交通仿真的主流模型。微觀模型基本上由兩大部分組成，一部分是路網(wǎng)幾何形狀

16、的精確描述，包括信號燈、檢測器、可變信息標(biāo)示標(biāo)志？等交通設(shè)施。另外一部分是每輛車動態(tài)交通行為的精確模擬，這種模擬要考慮駕駛員的行為并根據(jù)車型加以區(qū)分，模擬中涉與對跟馳、車道變換以與路徑選擇等模型的描述?？偨Y(jié)起來，微觀交通仿真系統(tǒng)應(yīng)具備下面的功能：（1）清晰地表現(xiàn)路網(wǎng)的幾何形狀，包括交通設(shè)施，如信號燈、車輛檢測器等；（2）清晰地表現(xiàn)駕駛員的行為；（3）清晰地表現(xiàn)車輛間的相互作用，如跟車、車道變換時(shí)的相互作用；（4）清晰地表現(xiàn)交通控制策略（定周期、自適應(yīng)、匝道控制等）；（5）能夠模擬先進(jìn)的交通管理策略，如VMS路徑誘導(dǎo)、速度控制和車道控制等；（6）提供與外部實(shí)時(shí)應(yīng)用程序交互的接口；（7）模擬動態(tài)車

17、輛誘導(dǎo)；（8）能夠應(yīng)用于一般化的路網(wǎng)，包括城市道路和高速公路；（9）能夠細(xì)致地仿真路網(wǎng)交通流的狀況，例如交通需求的變化，模擬交通設(shè)施的功能；（10）清晰地模擬公共交通；（11）提供結(jié)果分析的工具；（12）提供圖形化的交互界面（GUI）。微觀交通仿真模型基本構(gòu)成包括車輛行駛行為模型、交通控制狀態(tài)模型、交通管理狀態(tài)模型和道路幾何狀態(tài)模型。其中后三者側(cè)重于對各類方案的描述，并確定前者的約束條件，而前者則通過對車輛在各種約束條件下行駛行為的描述來反映交通路網(wǎng)的交通狀態(tài)，是模型體系的核心。跟馳模型、超車模型與變換車道模型是描述車輛行駛行為的基本模型。第二節(jié) 常用交通仿真軟件運(yùn)用交通仿真軟件能夠比較快速地

18、建立仿真模型，當(dāng)前使用較多的微觀交通仿真軟件有PARAMICS、VISSIM、TransModeler、AIMSUN、CORSIM、CUBE DYNASIM、TRAFFICWARE等。以下逐一介紹它們的主要功能和特點(diǎn)。一、PARAMICS交通仿真軟件PARAMICS（PARAllel MICroscopic Simulator）是英國Quadstone公司的產(chǎn)品，是一個(gè)使用靈活、功能強(qiáng)大、適應(yīng)面廣的三維微觀交通仿真軟件。它從1992年開始開發(fā)，1996年發(fā)布了第一個(gè)商用版本，PARAMICS具有實(shí)時(shí)動態(tài)的三維可視化用戶界面，對單一車輛進(jìn)行微觀處理的能力，多用戶并行計(jì)算支持，以與功能強(qiáng)大的應(yīng)用程

19、序接口。PARAMICS有兩個(gè)版本，即Quadstone公司的PARAMICS和SIAS公司的PARAMICS，兩者源出源自？于20世紀(jì)90年代的同一軟件，后來組建了不同公司繼續(xù)開發(fā)PARAMICS，2009年Quadstone發(fā)布了PARAMICS 6.6和UAF 1.1。PARAMICS在仿真智能交通系統(tǒng)管理控制設(shè)施和擁擠道路網(wǎng)方面都有突出表現(xiàn)，能仿真交通信號控制、匝道控制、可變情報(bào)板、車內(nèi)導(dǎo)航和路徑誘導(dǎo)等管理和控制措施，還可以通過API函數(shù)來添加這些措施的算法或定義其他一些特殊的控制策略。PARAMICS能夠精細(xì)地展現(xiàn)各種規(guī)模的路網(wǎng)，并以大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)模擬和強(qiáng)大的用戶編程能力著稱，由于采用了

20、并行計(jì)算技術(shù)，PARAMICS仿真路網(wǎng)規(guī)?？梢赃_(dá)到100萬個(gè)節(jié)點(diǎn)，400萬個(gè)路段和32,000個(gè)區(qū)域。PARAMICS具有如下的特點(diǎn)：（1）可視化功能，能在三維空間中精確刻畫交通路網(wǎng)中的各主要元素，如道路、車輛、停車場等，在傳統(tǒng)仿真軟件中，需要估計(jì)路段的通行時(shí)間和通行能力作為基本輸入，但在PARAMICS中，只需要定義路段長度、路口位置、車站位置以與信號控制信息等物理特征，系統(tǒng)會自動計(jì)算所需參數(shù)；（2）交互式的路網(wǎng)生成和編輯，交互式的信號控制以與仿真參數(shù)設(shè)定，這些通過簡單的彈出式菜單就可以完成；（3）功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序接口，通過一定的API函數(shù)來添加各種管理和控制措施的算法或定義其他一些特殊的

21、控制策略，從而實(shí)現(xiàn)對其的仿真；（4）高性能的軟件技術(shù)提升系統(tǒng)功能，提供高精度的仿真結(jié)果實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)實(shí)交通路網(wǎng)的動態(tài)模擬。PARAMICS是一個(gè)使用靈活、功能很強(qiáng)大、適合多種仿真需要的模擬仿真平臺，提供了復(fù)雜交通控制策略仿真必須具備的功能，包括：支持簡單和復(fù)雜的交通控制策略的模擬、支持對路網(wǎng)中的各種要素和設(shè)施的模擬、支持在仿真運(yùn)行的同時(shí)編輯和顯示路網(wǎng)、支持模擬各種規(guī)模的路網(wǎng)（從單一交叉口、城市到區(qū)域級的路網(wǎng)）、集成的模型標(biāo)定和校準(zhǔn)工具、輸出路網(wǎng)性能指標(biāo)（用戶可自定義的性能指標(biāo)）報(bào)告、提供分析工具、高逼真度的二維和三維仿真。PARAMICS主要組成模塊包括： 建模器（Modeller）：PARAMIC

22、S的核心模塊，用于路網(wǎng)建立、模型顯示和微觀交通仿真； 批處理器（Processor）：利用PARAMICS的核心模型執(zhí)行批量交通仿真的工具； 分析器（Analyser）：分析仿真數(shù)據(jù)和制作統(tǒng)計(jì)報(bào)告的工具； 編程器（Programmer）：提供了功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序接口（API），利用API可以擴(kuò)充PARAMICS的功能； 矩陣估計(jì)器（Estimator）：OD矩陣估計(jì)工具； 設(shè)計(jì)器（Designer）：三維模型構(gòu)建和編輯工具； 轉(zhuǎn)換器（Converter）：將其他格式的路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成PARAMICS的路網(wǎng)數(shù)據(jù)格式； 排放監(jiān)視器（Monitor）：從仿真中收集尾氣排放數(shù)據(jù)，評價(jià)基于個(gè)體車輛的尾氣排

23、放； 城市解析框架（Urban Analytics Framework）：分析機(jī)動車和行人混合交通的分析工具。其主要應(yīng)用有： 城市交通路網(wǎng)的無信號控制交叉路口、信號控制交叉路口、環(huán)形交叉口、立體交叉口的仿真； 城市道路、快速路、高速公路和匝道的仿真； 公共交通和軌道交通的仿真； 單點(diǎn)定周期、線控、感應(yīng)式交通信號控制以與由用戶自定義的交通控制邏輯的仿真； 智能交通系統(tǒng)的仿真，如匝道控制、可變信息標(biāo)志、路徑誘導(dǎo)、車道使用、不停車收費(fèi)、可變限速； 道路施工區(qū)、事件管理、交通污染的模擬。各模塊的詳細(xì)功能如下： 建模器（Modeller）建模器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，提供建立交通路網(wǎng)、交通仿真和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出等

24、三大功能。這些功能均支持直觀的圖形用戶界面。建模器的功能涵蓋了實(shí)際交通路網(wǎng)的各個(gè)方面，包括混合的城市路網(wǎng)和高速路路網(wǎng)、高級交通信號控制、環(huán)形交叉口、公共交通、停車場、事故以與重型車和高占用率車道（圖12-2）。建模器既可以細(xì)致模擬單個(gè)車輛在復(fù)雜、擁擠的交通路網(wǎng)中的運(yùn)行，又能對整體交通狀況進(jìn)行宏觀把握。圖12-2 PARAMICS的建模器Modeller 批處理器（Processor）批處理器用批處理的方式進(jìn)行仿真計(jì)算，得到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出，常用于敏感性分析和不同參數(shù)的測試。批處理器提供圖形用戶界面以設(shè)定仿真參數(shù)、選擇輸出數(shù)據(jù)和改變車輛特征。由于在批處理方式下不顯示仿真過程中車輛的位置和路網(wǎng)，因此仿

25、真速度大大加快，而仿真結(jié)果與建模器輸出的結(jié)果是一樣的。批處理器使得交通仿真和分析的過程自動化，減少耗用時(shí)間、加速模型開發(fā)的速度。特別當(dāng)批處理器和分析器配合工作時(shí)，有助于簡化復(fù)雜的交通模型的仿真和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)輸出。 分析器（Analyser）分析器用于顯示由建模器或批處理器輸出的仿真過程的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，用于仿真結(jié)果分析。它提供靈活易用的圖形用戶界面將仿真過程中的各種結(jié)果進(jìn)行可視化的輸出，包括車輛行駛路線、路段交通流量、最大排隊(duì)長度、交通密度、速度和延誤等，也支持將數(shù)據(jù)存為文本文件。支持查看一組數(shù)據(jù)或者比較多組數(shù)據(jù)。分析器提供一系列工具來幫助用戶管理數(shù)據(jù)和獲得所需的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。 OD矩陣估計(jì)器（Estima

26、tor ）OD矩陣估計(jì)器是用來估計(jì)OD矩陣的軟件模塊，用于微觀層面上的OD反估，它與PARAMICS的核心程序緊密結(jié)合，從而保證了OD矩陣、模型和模擬車輛的路徑選擇的最大兼容性。相比于“黑盒”型的傳統(tǒng)的OD反估，OD矩陣估計(jì)器提供開放、透明、可視化的結(jié)構(gòu)和界面，允許交通工程師把自己的知識、技巧和經(jīng)驗(yàn)集成估計(jì)器的系統(tǒng)內(nèi)核。在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，用戶可以與OD估計(jì)過程互動，隨時(shí)作出微調(diào)，從而使得OD矩陣估計(jì)的過程縮短，壓縮傳統(tǒng)矩陣估計(jì)較長的開發(fā)周期。OD矩陣估計(jì)器同時(shí)提供API接口，用戶可以嵌入自己的反估算法，從而將OD矩陣估計(jì)器用于實(shí)時(shí)OD反估或短期預(yù)測OD的反估。 編程器（Programmer）編程器

27、為用戶提供了基于C/C+的應(yīng)用程序接口（API）。PARAMICS API函數(shù)功能強(qiáng)大，使PARAMICS具備更強(qiáng)的可移植性和擴(kuò)充性，利用API可以擴(kuò)充PARAMICS的功能，通過加入API程序模塊以設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)特殊的交通控制和管理策略，增加駕駛員行為模型取代默認(rèn)的模型，設(shè)計(jì)新的功能和一些實(shí)用的特性，與其他軟件和硬件系統(tǒng)的銜接。用API函數(shù)開發(fā)的應(yīng)用程序插件（Plug-in）大大增強(qiáng)了PARAMICS的功能。 設(shè)計(jì)器（Designer）設(shè)計(jì)器是與建模器相配合的三維模型構(gòu)建和編輯工具，可以展現(xiàn)逼真的三維模型從而使建模器生動地進(jìn)行交通仿真。這些三維模型包括大量的車輛外形、房屋、城市景觀、街道景觀、行

28、人、施工標(biāo)志、城市照明、交通信號、城市和高速公路標(biāo)志、機(jī)場設(shè)施和飛機(jī)、樹木、收費(fèi)站等。 轉(zhuǎn)換器（Converter）轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)將其他軟件的路網(wǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成基礎(chǔ)的PARAMICS路網(wǎng)，但仍然需要對基礎(chǔ)路網(wǎng)加工方能形成PARAMICS仿真的路網(wǎng)。轉(zhuǎn)換器支持的路網(wǎng)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換包括交通規(guī)劃軟件EMME/2和Cube/TP+/Viper 的路網(wǎng)數(shù)據(jù)，地理信息系統(tǒng)軟件Mapinfo和ESRI ArcGIS的路網(wǎng)數(shù)據(jù)，微觀交通仿真軟件 Synchro和CORSIM的路網(wǎng)數(shù)據(jù)，F(xiàn)lat ASCII和CSV格式的路網(wǎng)數(shù)據(jù)。可以指示Converter應(yīng)當(dāng)如何解釋這些路網(wǎng)數(shù)據(jù)，并通過交互式圖形界面編輯基礎(chǔ)路網(wǎng)數(shù)據(jù)。

29、排放監(jiān)視器（Monitor ）排放監(jiān)視器是利用編程工具開發(fā)的API插件，它是直接從PARAMICS仿真中收集尾氣排放數(shù)據(jù)的基于單個(gè)車輛的尾氣排放評價(jià)模塊，支持計(jì)算仿真的交通路網(wǎng)中所有車輛尾氣排放的數(shù)量，并在仿真過程中進(jìn)行可視化顯示。尾氣水平數(shù)據(jù)每隔一定時(shí)間寫入指定的統(tǒng)計(jì)文件進(jìn)行保存，能夠模擬的污染物有一氧化碳、二氧化碳、碳?xì)浠铩⒌趸?、燃油消耗、顆粒物。 城市解析框架（Urban Analytics Framework）這是PARAMICS在2009年最新發(fā)布的模塊，采用了Agent技術(shù)，其特點(diǎn)能夠仿真機(jī)動車和行人的混合交通，反映機(jī)動車交通和行人交通之間的相互作用，提供包括服務(wù)水平在內(nèi)的多

30、種評價(jià)指標(biāo)輸出，應(yīng)用于交通安全評價(jià)、行人過街設(shè)施分析、交通樞紐仿真、疏散仿真、城市空間設(shè)計(jì)的評估。二、VISSIM交通仿真軟件VISSIM是德國PTV公司開發(fā)的，是離散的、隨機(jī)的、以10-1秒為時(shí)間步長的微觀仿真軟件。車輛的縱向運(yùn)動采用了心理生理跟馳模型，橫向運(yùn)動（車道變換）采用了基于規(guī)則（Rule-based）的算法。不同駕駛員行為的模擬分為保守型和冒進(jìn)型。VISSIM提供圖形化界面，用2D和3D動畫向用戶直觀顯示車輛運(yùn)動，運(yùn)用動態(tài)交通分配進(jìn)行路徑選擇。VISSIM的License對仿真的路網(wǎng)規(guī)模進(jìn)行了限制，其可選模塊包括3D Graphics、COM Interface、Dynamic A

31、ssignment、Emissions、External Driver Model、External Signal Control、NEMA、Public Transport、TEAPAC/SYNCHRO、VAP、行人仿真模塊等。2009年發(fā)布了VISSIM 5.2。VISSIM能夠模擬城市內(nèi)和城市間的交通狀況，特別適合模擬各種城市交通控制系統(tǒng)，并提供了與外部交通控制策略的接口，如美國的NEMA，主要應(yīng)用有：（1）感應(yīng)式的信號控制的設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)、評價(jià)；（2）公交優(yōu)先方案的通行能力分析和檢驗(yàn)；（3）收費(fèi)設(shè)施的分析；（4）匝道控制運(yùn)營分析；（5）路徑誘導(dǎo)和可變信息標(biāo)志的影響分析等。VISSIM軟件對

32、智能交通系統(tǒng)的模擬通過其VAP進(jìn)行，VAP是一種類似于C的交通控制宏語言，它包括一定的語法規(guī)則、命令和60多個(gè)函數(shù)，例如檢測器函數(shù)、信號組函數(shù)等，用戶可通過VAP來實(shí)現(xiàn)自己定義的控制策略。VISSIM具有以下特點(diǎn)：（1）路網(wǎng)編輯易于實(shí)現(xiàn)VISSIM具有簡便直觀的網(wǎng)絡(luò)編輯器，可以在柵格和矢量圖形格式的底圖基礎(chǔ)上完成路網(wǎng)編輯，如MrSID（USA），SHP，JPG，DXF，DWG，還可以從別的一些工具軟件，如CROSSIG中導(dǎo)入路網(wǎng)結(jié)構(gòu)以與定時(shí)交通信號控制方案等（圖12-3）。圖12-3 VISSIM支持豐富的底圖格式（2）與交通規(guī)劃軟件VISUM的無縫接口VISSIM可從交通規(guī)劃軟件VISUM導(dǎo)

33、入路網(wǎng)，因此可以快速高效地在VISUM中編輯大型的路網(wǎng)，然后將數(shù)據(jù)輸出到VISSIM進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果導(dǎo)出到VISUM進(jìn)行詳細(xì)的圖形顯示。在VISUM 11和VISSIM 5 之間的數(shù)據(jù)交換中，由于使用了新的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換格式，數(shù)據(jù)交換更加簡單。（3）車輛駕駛行為模型VISSIM采用心理生理的跟馳模型，以10-1秒為時(shí)間步長描述城市道路和高速公路上的交通狀況，是在德國卡爾斯魯厄大學(xué)Wiedemann教授模型的基礎(chǔ)上由PTV公司進(jìn)一步校準(zhǔn)和驗(yàn)證得到的。在多車道路段行駛的車輛在每一時(shí)間步長內(nèi)檢查通過車道變換它們的行駛狀況是否會有所改善，如果是的話，就檢查相鄰車道是否有可接受的插入間隔，以便完成車道

34、變換操作。跟馳模型和車道變換模型二者一起構(gòu)成了VISSIM的模型內(nèi)核。（4）城市和區(qū)域交通控制VISSIM中對于非信號控制交叉口可以用詳細(xì)的優(yōu)先權(quán)準(zhǔn)則描述；可以模擬定時(shí)控制、感應(yīng)式控制等多種信號控制，提供VS-PLUS等其它的車輛感應(yīng)信號控制接口，為信號控制生產(chǎn)商以與控制軟件的開發(fā)人員提供開放的C語言接口?？梢酝ㄟ^VAP語言來自行定義信號控制的類型。（5）對仿真結(jié)果的全面分析以與展示VISSIM能提供多項(xiàng)的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，如流量、平均速度、旅行時(shí)間、延誤、排隊(duì)長度和停車次數(shù)等，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的車輛數(shù)和總的延誤等，信號控制參數(shù)（每個(gè)信號組的最小/最大/平均綠燈時(shí)間，動態(tài)的信號時(shí)間表以與用戶定義參數(shù)的顯示）。

35、（6）車輛和行人的混合仿真行人仿真模塊從VISSIM5.1版本起開始使用。行人仿真模塊在交通工程、城市規(guī)劃、應(yīng)急疏散與其工程展示中都有應(yīng)用。該模塊采用在行人仿真領(lǐng)域廣泛使用的社會力模型，模擬再現(xiàn)行人和車輛的動態(tài)交互行為，允許自定義部分人的行為。三、TransModeler交通仿真軟件TransModeler 是美國Caliper公司開發(fā)的多功能交通仿真軟件包，支持從高速公路到城市道路網(wǎng)在內(nèi)的各類道路交通網(wǎng)絡(luò)的微觀模擬，并用動畫的形式把交通流狀況、信號控制、以與網(wǎng)絡(luò)的綜合性能直觀地表現(xiàn)出來。TransModeler可以模擬包括收費(fèi)站電子收費(fèi)系統(tǒng)、車輛誘導(dǎo)系統(tǒng)在內(nèi)的智能交通管理系統(tǒng)。它能導(dǎo)入COR

36、SIM 和 SimTraffic交通仿真模型的數(shù)據(jù)，與交通需求預(yù)測和地理信息系統(tǒng)軟件TransCAD實(shí)現(xiàn)無縫銜接，為城市道路工程和交通管理相關(guān)的規(guī)劃和方案作深入的動態(tài)分析，交通仿真的結(jié)果可以反饋到交通需求預(yù)測模型，以進(jìn)一步改進(jìn)其預(yù)測精度和質(zhì)量。2009年發(fā)布了TransModeler 2.5，三維仿真功能大幅加強(qiáng)（增加三維建模顯示的快捷制作方式、豐富三維設(shè)施模型庫等）。TransModeler具備如下特點(diǎn)：（1）支持多種交通信號控制TransModeler支持常規(guī)和高級的交通信號控制，包括定時(shí)控制、感應(yīng)式控制、干道協(xié)調(diào)控制、公交或緊急車輛優(yōu)先，并可根據(jù)路口流量流向數(shù)據(jù)評價(jià)設(shè)置信號燈的必要性、自

37、動生成定時(shí)交通控制信號序列與配時(shí)?？稍O(shè)置常用動態(tài)交通控制格式，并根據(jù)這些預(yù)定格式自動生成動態(tài)交通控制信號序列與配時(shí)參數(shù)。容許用戶編輯交叉口左轉(zhuǎn)車在Permitted信號狀態(tài)下停車讓行的位置，支持國內(nèi)某些城市實(shí)行的左轉(zhuǎn)待駛區(qū)。（2）集成的地理信息系統(tǒng)TransModeler是集成了地理信息系統(tǒng)的微觀交通仿真軟件（圖12-4）。TransModeler 具備空間數(shù)據(jù)快速索引，籍此可將城市和區(qū)域的海量交通流量、車道數(shù)、觀測時(shí)速等數(shù)據(jù)按其準(zhǔn)確地理位置進(jìn)行索引存儲和更新，用于交通仿真和交通需求預(yù)測。TransModeler可以導(dǎo)入地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)、交通規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和航空照片，生成基礎(chǔ)路網(wǎng)。軟件具備的地圖

38、編輯功能可以修改交通路網(wǎng)、公交線路與包括信號燈、停車標(biāo)志、監(jiān)控系統(tǒng)等各種交通控制設(shè)施的地理位置和屬性，并以專題文件的形式輸出。TransModeler能將交通仿真的結(jié)果制作成生動形象的專題地圖和統(tǒng)計(jì)圖表。圖12-4 TransModeler中的地理信息系統(tǒng)（3）包含微觀、中觀和宏觀仿真的混合仿真混合仿真是TransModeler的一大特色，混合仿真就是在對網(wǎng)絡(luò)中的局部地段進(jìn)行非常詳細(xì)的微觀仿真的同時(shí)，在其外圍地段作比較粗略的中觀和宏觀仿真。這種幾種仿真模型混合使用的優(yōu)勢在于發(fā)揮每一類仿真模型的長處，根據(jù)具體研究的需要，取得精度和速度間的平衡。在中觀仿真模型中，多輛車按其位置集合成組團(tuán)，組團(tuán)到達(dá)

39、路口時(shí)再按其下行方向渠化分解為隊(duì)列。組團(tuán)和隊(duì)列的移動由預(yù)先定義的通行能力和速度密度函數(shù)決定。組團(tuán)和隊(duì)列中的每輛車仍然被單獨(dú)跟蹤，但其移動采用組團(tuán)的速度密度函數(shù)而非單個(gè)車輛的跟馳和變道模型來模擬。在中觀仿真中支持Van Aerde模型。在宏觀仿真模型中，車輛根據(jù)流量延誤函數(shù)來移動，流量延誤函數(shù)參數(shù)則與路段和交叉口的類型和特點(diǎn)有關(guān)。此外，中觀和宏觀仿真模型都不對路口信號燈和停車標(biāo)志等交通控制設(shè)施進(jìn)行直接仿真，而是根據(jù)信號燈的配時(shí)或停車標(biāo)志，對路口轉(zhuǎn)彎通過能力給予適當(dāng)限制。中觀和宏觀仿真模型仍定時(shí)更新仿真變量，但每次更新之間的時(shí)間間隔大一些，以提高仿真速度。（4）與交通規(guī)劃軟件TransCAD的無縫

40、集成TransModeler體現(xiàn)了與TransCAD的有機(jī)融合，TransModeler所需的部分?jǐn)?shù)據(jù)可由TransCAD生成：將TransCAD線性數(shù)據(jù)層轉(zhuǎn)換成交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，用TransModeler 的網(wǎng)絡(luò)編輯工具包修改為可用于仿真的交通網(wǎng)絡(luò)；用TransCAD出行分布模型生成的出行矩陣作為輸入來表示仿真網(wǎng)絡(luò)上的出行需求；用TransCAD 的“出行矩陣反推工具”生成與實(shí)測或規(guī)劃路段流量相吻合的起迄點(diǎn)出行矩陣；用“用戶隨機(jī)均衡分配”或“用戶動態(tài)均衡分配”模型生成路段行駛時(shí)間、路段流量和轉(zhuǎn)彎流量，作為路口信號配時(shí)和車輛路徑選擇的輸入數(shù)據(jù)。四、AIMSUN交通仿真軟件AIMSUN（Advan

41、ced Interactive Microscopic Simulator for Urban and Non-urban Networks）是西班牙TSS （Transport Simulation Systems）公司開發(fā)的產(chǎn)品，仿真時(shí)間步長可達(dá)到10-1秒。2009年發(fā)布了AIMSUN 6.1。AIMSUN可用于高速公路和城市道路交通仿真，每輛車服從跟馳模型、車道變換模型和車頭間隔模型等駕駛行為準(zhǔn)則，AIMSUN可獲取檢測器的流量、占有率以與速度等信息，并提供信號控制、交通事故與交織沖突等的仿真。AIMSUN還開發(fā)了一些擴(kuò)展功能，包括：（1）自適應(yīng)交通信號控制、交通管理系統(tǒng)和事故管理系統(tǒng)

42、的仿真；（2）車輛導(dǎo)航、燃油消耗和排放的仿真；（3）公交車輛調(diào)度系統(tǒng)的仿真。AIMSUN提供外部程序接口GETRAM Extensions，與GETRAM進(jìn)行通信從而在仿真運(yùn)行時(shí)調(diào)用AIMSUN的內(nèi)部數(shù)據(jù)，來影響仿真的過程。接口可以用來開發(fā)外部的各種控制程序或者調(diào)用仿真產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)，外部程序以動態(tài)鏈接庫（DLL）的形式被調(diào)用。AIMSUN的特點(diǎn)包括：（1）集成了宏觀、中觀、微觀模型AIMSUN包含了宏觀、中觀、微觀模型，從一級到另一級重新使用路徑分配。中觀仿真簡化了跟馳和車道變換模型，更集中于關(guān)鍵“事件”，從而降低計(jì)算量。除了可以進(jìn)行靜態(tài)平衡分配之外，AIMSUN還提供了兩種不同的動態(tài)交通分

43、配方案，既可以應(yīng)用在中觀仿真中，也可以應(yīng)用在微觀仿真中。TSS公司還與英國的Legion公司全面合作推出了“AIMSUN for Legion”，使車輛仿真與行人仿真相結(jié)合。（2）豐富的數(shù)據(jù)接口AIMSUN 支持與常見的CAD、GIS、交通模型、信號優(yōu)化和控制軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以此創(chuàng)建基礎(chǔ)路網(wǎng)（圖12-5），包括：DWG、DXF 和DGN 格式的CAD數(shù)據(jù)文件，Shape 格式的GIS數(shù)據(jù)文件，EMME/2和EMME 3、CONTRAM、SATURN、CUBE、VISUM、VISSIM和PARAMICS 等規(guī)劃仿真軟件的數(shù)據(jù)文件，TRANSYT-7F、TRANSYT 12、VS-Plus等信號

44、控制軟件的數(shù)據(jù)文件。圖12-5 AIMSUN與其他應(yīng)用程序的銜接（3）良好的擴(kuò)展性AIMSUN的API能通過一個(gè)含腳本編輯以與Python和C+編程的工具包來實(shí)現(xiàn)軟件的二次開發(fā)。SDK允許開發(fā)者定制和擴(kuò)展AIMSUN，例如，定義更加復(fù)雜的仿真策略，輸入或輸出數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)使用其他軟件和AIMSUN進(jìn)行連接，以特定的格式生成仿真輸出的報(bào)告等等。五、其它交通仿真軟件1. ）TSIS-CORSIM交通仿真軟件TSIS-CORSIM（CORridor microscopic SIMulation）由美國聯(lián)邦公路署（FHWA）開發(fā)，綜合了兩個(gè)微觀仿真軟件，即用于城市的NETSIM和用于高速公路的FRESIM

45、，因此CORSIM能夠仿真城市道路和高速公路的交通流，仿真時(shí)間步長為1秒。CORSIM與其余三個(gè)模塊（TRAFVU、TSHELL、TRAFED）一起組合到微觀交通仿真TSIS軟件當(dāng)中，TSIS-CORSIM軟件由美國ITT公司負(fù)責(zé)繼續(xù)開發(fā)，截至2009年的最新版本為V6.1版。CORSIM具有如下特點(diǎn)：（1）能模擬復(fù)雜路網(wǎng)，CORSIM對路網(wǎng)的各組成部分編碼靈活，能夠仿真現(xiàn)實(shí)世界中各種復(fù)雜的路網(wǎng)幾何形狀，包括不同類型的城市道路平面交叉口、（互通式）立交、交叉口渠化、出入口匝道等。（2）能模擬多種交通控制和管理和操作，CORSIM能夠模擬不同的交通控制設(shè)施，如城市平面交叉路口的定時(shí)和感應(yīng)式控制，

46、高速公路匝道檢測器和HOV（高占用率車輛）車道。2. ）Cube Dynasim仿真軟件Cube Dynasim 是美國Citilabs公司的Cube交通軟件包的仿真模塊，截至2009年的最新版本是Cube Dynasim 2.0。Cube Dynasim有如下特點(diǎn)：（1）與交通規(guī)劃軟件Cube Voyager銜接Cube Voyager的出行矩陣、路網(wǎng)、車流量和路徑可導(dǎo)入到Cube Dynasim中，Cube Dynasim的仿真也可輸入到Cube Voyager中作方案的可視化。（2）基于方案的仿真和多重運(yùn)行用一個(gè)Dynasim 項(xiàng)目包含所有的仿真方案，消除了冗余并保證了一致性，簡化了文件

47、管理。Dynasim可自動進(jìn)行多重運(yùn)行并統(tǒng)計(jì)分析，確保穩(wěn)健的分析過程，不增加用戶的負(fù)擔(dān)。仿真結(jié)果可以輸出到觀察器Cube Dynasim Views中，提供與Dynasim一樣效果的交互動畫，支持平移、縮放和飛行觀看，方便發(fā)布仿真結(jié)果。（3）基于軌線的仿真Cube Dynasim根據(jù)車輛的軌線來建立路網(wǎng)，也支持在AutoCAD（*.dxf）和Bitmap （*.bmp）的背景上建立路網(wǎng)。可以仿真復(fù)雜的幾何線形和設(shè)施，如環(huán)形交叉口、立交橋、停車場和路邊停車等，對車輛行為進(jìn)行細(xì)微控制。3. ）TRAFFICWARE仿真軟件TRAFFICWARE軟件包由美國Trafficware公司開發(fā)，它由配時(shí)優(yōu)

48、化軟件SYNCHRO和微觀交通仿真軟件SIMTRAFFIC組成。SYNCHRO軟件結(jié)合了道路通行能力分析、交叉口通行能力利用率與服務(wù)水平評估、信號配時(shí)設(shè)計(jì)等多項(xiàng)功能，適用于單個(gè)交叉口、干道與路網(wǎng)等多種道路幾何類型。用戶在SYNCHRO中建立路網(wǎng)，進(jìn)行定周期或感應(yīng)式控制方案的設(shè)計(jì)、配時(shí)優(yōu)化和分析，除沿用單個(gè)交叉口配時(shí)設(shè)計(jì)所常用的最小化平均延誤外，還加入了干道綠波帶寬最大化的信號協(xié)調(diào)目標(biāo)，并能以延誤最小為目標(biāo)在路網(wǎng)水平優(yōu)化周期長、各相位時(shí)長和相位差，提供時(shí)空圖，并能導(dǎo)出數(shù)據(jù)至SIMTRAFFIC進(jìn)行仿真，SIMTRAFFIC輸出的評價(jià)指標(biāo)有延誤、排隊(duì)、停車次數(shù)、平均速度、旅行時(shí)間、距離、油耗和效率

49、、尾氣排放等。截至2009年的最新版本是 SYNCHRO STUDIO 7.0。4. ）INTEGRATIONINTEGRATION于20年代80年代中期由加拿大的M.Van Aerde教授開發(fā)，后成為商業(yè)軟件。INTEGRATION混合使用了單車和宏觀的交通流理論，因而被認(rèn)為是中觀模型。從微觀上它可以在十二分之一秒的間隔內(nèi)描述每一車輛的縱向與側(cè)向運(yùn)動，當(dāng)中跟馳模型的算法采用的是運(yùn)動學(xué)模型，單車的速度是基于自由流、通行能力以與擁擠時(shí)的宏觀交通流參數(shù)。INTEGRATION能使沿路段的交通流密度連續(xù)變化，因此可以模擬車隊(duì)的消散。它使用5種駕駛員類型來模擬實(shí)時(shí)交通條件下的行為。模型能在路網(wǎng)上以十二

50、分之一秒的水平內(nèi)，再現(xiàn)跟馳、變換車道、可接受車間距等行為，還可以利用動態(tài)OD進(jìn)行高速公路、合流、分流、交織、瓶頸的分析。INTEGRATION仿真的直接輸出就是單個(gè)車輛移動和信號設(shè)置的實(shí)時(shí)模擬，并且以圖形界面在路網(wǎng)上顯示出來。圖形界面還允許就單個(gè)車輛或路段的狀態(tài)進(jìn)行查詢。每次仿真時(shí)一系列的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，包括旅行時(shí)間、距離、停車次數(shù)、排隊(duì)長度、燃油消耗以與尾氣排放等都被記錄。軟件包含車流分布模塊、車輛跟馳模塊、車道變更模塊、路徑選擇與交通分配模塊、高速公路模塊、交通信號仿真模塊。第三節(jié) 交通仿真軟件的應(yīng)用本節(jié)中通過實(shí)例來講解交通仿真軟件的應(yīng)用，借助PARAMICS評價(jià)道路交通分流措施的績效。由交通事

51、件引發(fā)的交通擁擠稱為偶發(fā)性交通擁擠，交通分流是解決交通擁擠特別是偶發(fā)性交通擁擠的常用措施，它通過發(fā)布交通信息，引導(dǎo)原計(jì)劃通過擁擠路段的車輛選擇其他替代路徑，完成出行。交通事件是指導(dǎo)致道路通行能力下降或交通需求不正常升高的非周期發(fā)生的情況，如交通事故、車輛拋錨、道路養(yǎng)護(hù)、惡劣天氣等。隨著道路交通量的持續(xù)增長，事件引發(fā)的偶發(fā)性交通擁擠日漸增多，不僅造成通行能力降低、延誤增加，而且容易引發(fā)二次事件（事故）。一、實(shí)例描述實(shí)例路網(wǎng)（如圖12-6，為左行道路系統(tǒng)）約3×3km大小，A是通向中心區(qū)的一條快速路，將研究在A快速路A上發(fā)生事件的情況下，交通分流方案和不分流方案的比較評價(jià)。用PARAMI

52、CS模擬了從7:00am到8:00am的交通狀況，在此期間將有約5,000輛車被釋放到路網(wǎng)上。在7:10am將有一輛車在A快速路A上的I點(diǎn)拋錨，導(dǎo)致長排隊(duì)，大部分排隊(duì)車輛是去往市中心的，15分鐘后（即7:25am） 故障解除?？紤]下面四種方案：方案一. 不施加任何控制和誘導(dǎo)策略（基礎(chǔ)方案）該方案作為比較的基礎(chǔ)方案，任由排隊(duì)自然消散，參見圖12-6，排隊(duì)車輛中大部分是去往市中心，因此將從匝道下來，到達(dá)J1定周期控制交叉口J1，將在J1形成等待右轉(zhuǎn)彎的排隊(duì)。方案二. J1交叉口采用感應(yīng)式控制在該方案中，J1交叉口由定周期控制改成感應(yīng)式控制，此時(shí)J1的4個(gè)進(jìn)口均設(shè)置了車輛檢測器，在初綠時(shí)間結(jié)束時(shí)，如

53、果在預(yù)設(shè)的時(shí)間間隔內(nèi)沒有后續(xù)車輛到達(dá)，就變換到下一個(gè)相位；如果有車輛到達(dá)，就延長一個(gè)“單位綠燈延長時(shí)間”，只要有車輛到達(dá)，就不斷延長直到“最長綠燈時(shí)間”才變換相位，通過這種隨交通流量而變化的信號配時(shí)方式延長了右轉(zhuǎn)彎綠燈時(shí)間。方案三. VMS發(fā)布交通誘導(dǎo)信息在該方案中，J1交叉口仍然采用定周期控制，但是在位于A快速路事件發(fā)生點(diǎn)上游的D1處設(shè)置檢測器，由于排隊(duì)會逐漸到達(dá)D1，一旦檢測器的占有率達(dá)到某個(gè)閾值時(shí)，將激發(fā)兩面可變信息標(biāo)志VMS1和VMS2發(fā)布事件信息，持續(xù)時(shí)間為25分鐘。VMS1發(fā)布在A的I點(diǎn)發(fā)生了事件的信息，這樣一部分從Zone 1出來的車將在A3點(diǎn)從匝道下來離開A，經(jīng)定周期交叉口J2

54、右轉(zhuǎn)取道W道路去市中心；VMS2發(fā)布去往市中心的交通使用W道路的信息，這樣原先有一部分從Zone 8出來準(zhǔn)備在J2右轉(zhuǎn)彎取道A去市中心的車輛將改為直行由W去中心，我們將考察此舉是否能減輕J1右轉(zhuǎn)彎車輛過多的壓力。方案四. J1交叉口采用感應(yīng)式控制 + VMS發(fā)布交通誘導(dǎo)信息在該方案是方案二和方案三的綜合，不但J1交叉口由定周期控制改成感應(yīng)式控制，而且與方案三一樣，采用兩面可變信息標(biāo)志VMS1和VMS2發(fā)布事件信息，我們將考察這種綜合方案的效果是否能夠優(yōu)于方案二和方案三。圖12-6 實(shí)例路網(wǎng)二、仿真技術(shù)路線利用API函數(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對感應(yīng)式交通信號控制、與檢測器相連的可變信息標(biāo)志的建模，嵌入核心仿真

55、模塊中對其進(jìn)行模擬和評價(jià)。具體而言，我們在C/C+的集成開發(fā)環(huán)境Visual Studio中，通過C語言調(diào)用這些API函數(shù)開發(fā)程序插件（Plug-in），然后將程序插件源代碼編譯成動態(tài)鏈接庫（DLL），當(dāng)核心仿真模塊Modeller運(yùn)行時(shí)，就會自動裝載該DLL文件，從而實(shí)現(xiàn)對感應(yīng)式交通信號控制和可變信息標(biāo)志的模擬和評價(jià)。這一技術(shù)路線用圖12-7說明。圖12-7 PARAMICS模擬和評價(jià)ITS的技術(shù)路線在程序插件中調(diào)用的API函數(shù)共有4類，分別是QPG、QPO、QPX、QPS，這四類函數(shù)的功用各不一樣，需要綜合運(yùn)用才能實(shí)現(xiàn)對分流策略的模擬和評價(jià)。（1）QPG函數(shù)是所謂的獲取函數(shù)（Get Fun

56、ctions），利用QPG函數(shù)實(shí)現(xiàn)從PARAMICS中取出或查詢某個(gè)對象的值，對象包括路網(wǎng)、節(jié)點(diǎn)、路段、小區(qū)、車輛、匝道、信號燈以與可變信息標(biāo)志等。（2）QPO函數(shù)是所謂的取代函數(shù)（Override Functions），利用QPO函數(shù)實(shí)現(xiàn)以自定義的行為邏輯算法取代PARAMICS核心仿真模塊中默認(rèn)的行為邏輯算法，如改變其中的跟車算法與車道變化算法等，這使得既能夠利用PARAMICS的強(qiáng)大功能，又能夠?qū)⒆远x的算法和模型嵌入到軟件中。（3）QPX函數(shù)是所謂的擴(kuò)展函數(shù)（Extending Functions），利用QPX函數(shù)實(shí)現(xiàn)在PARAMICS核心仿真模塊已有功能的基礎(chǔ)上再添加某些功能，并在一

57、些事件點(diǎn)上觸發(fā)。（4）QPS類函數(shù)是所謂的設(shè)置函數(shù)（Set Functions），利用QPS函數(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)置PARAMICS模型中對象的值、狀態(tài)和行為。利用PARAMICS的API函數(shù)，開發(fā)了模擬感應(yīng)式控制和VMS路徑誘導(dǎo)的程序插件。在感應(yīng)式控制的插件中，比較關(guān)鍵的API函數(shù)有4個(gè)，其中int qpg_NDE_phases（NODE* node） 返回指定信號交叉口的交通控制相位數(shù)，float qpg_DTL_occupancy（LOOP* loop, int type） 返回指定檢測器的車輛占有率，bool qpg_SIG_inquiry（NODE* node, int phase_index,

58、 int inquiry, float *value） 查詢指定交叉口信號狀態(tài)，void qps_SIG_action（NODE* node, int phase, int balance, int action_type, int action_mode, float value） 對指定交叉口信號配時(shí)進(jìn)行設(shè)定。需要輸入的參數(shù)有：感應(yīng)式控制交叉口的ID號、檢測器的ID號、信號配時(shí)方案（相位順序、初綠時(shí)間、單位綠燈延長時(shí)間、最長綠燈時(shí)間、黃燈時(shí)間）等。在VMS路徑誘導(dǎo)的插件中，比較關(guān)鍵的API函數(shù)有4個(gè)，其中float qpg_DTL_occupancy（LOOP* loop, int type） 返回指