_用微观交通仿真软件实现ITS模拟的比较研究
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关键词 智能交通系统模拟 ;微观交通仿真 ;Paramics ;Aimsun2 ;Vissim ;Corsim
Abstract : Microscopic Traffic Simulation is a powerful tool for the research and applications in Intelligent Transportation Systems ( ITS) . In this paper ,four simulation software Paramics ,Vissim ,Aimsun2 and Corsim are selected to investigate their performance on ITS modeling. The methods of modeling ITS using these four soft2 ware are demonstrated firstly and then their performance on ITS modeling is compared item by item. It is con2 cluded that the performance of Paramics and Aimsun2 on ITS modeling is good while Corsim is poor.
要实现 VMS 发布诱导信息的模拟 ,用户首先 在编辑器 Tedi 中定义 VMS 的属性如名字 Name 、 位置 Position 、发布的信息 Activated message 、行动 Action ,发布的信息通过用户界面的激活命令或者 外部程序激活 ,行动表示发布的信息对驾驶员行 为的影响 ,在行为信息窗口中用户可以定义该行 动影响的区域 、修改速度限制 、修改进入的交通 流 、修改转弯比例 ,如果在基于路线 Route Based 的仿真模式下 ,用户能够对行动影响的每片区域 修改速度限制 ,重新制定路线 (包括服从的水平 、 下一转弯和目的地的修改) 。
目前国际上对这 4 种软件在 ITS 模拟方面进 行比较研究的论文还未见发表 ,本文试图根据作 者使用这些软件的经验和其它相关研究论文来进 行比较 ,为专业人士在 ITS 模拟软件的选择和使 用上提供参考和借鉴 。
1 用微观交通仿真软件实现 ITS 模 拟的技术路线
1) Paramics。Paramics 软件由英国 Quadstone Limited 公司开发[3] ,在 Windows 上运行需要加装 Hummingbird Exceed 和 Exceed 3D 软 件 。Paramics 能模拟复杂的交通信号控制 、匝道控制 、与可变速 度标志相连的探测器 、VMS 和 CMS、路径诱导 、与 SCATS 的并行仿真等 。软件分为 5 个主要模块 , 分别是建模工具 Modeller 、处理工具 Processor 、分 析工具 Analyser 、编程工具 Programmer 和监视工具 Monitor ,对 ITS 的模拟通过 Modeller 和 Programmer 共同实现 。
微观模型经过几十年的发展已经有数十种之 多 ,然而 能 够 支 持 ITS 模 拟 的 仅 是 其 中 一 小 部 分[1 ,2] ,其对 ITS 模拟的支持程度差别悬殊 ,有些 还只停留在研究阶段 ,其可靠性未得到广泛的验 证和认可 。随着微观交通仿真日益成为研究 ITS 的必备工具 ,研究者和交通工程师必将十分关注 这些模型对 ITS 模拟的支持程度及性能究竟如 何 ,以及如何利用它们实现 ITS 模拟 。
Aimsun2 提供的若干组件式的外部程序接口
图 3 用 Aimsun2 模拟 ITS 的示意图
为用户提供了方便 ,然而其 API 要比 Paramics 少 得多 ,因此对 ITS 模拟的支持程度和灵活性不如 Paramics 。
3) Vissim。Vissim 软 件 由 德 国 PTV 公 司 开 发[5] ,可直接安装在 Windows 上 , 包括仿真模块 Vissim 和模拟信号控制模块 Vehicle Actuated Pro2 gramming (VAP) 两部分 ,Vissim 能从宏观规划软件 Vissim 中导入路网数据 。Vissim 中的跟车使用了 心理 - 生理模型 ,车道变换使用了基于规则的算 法 ,采用动态交通分配进行路径选择 。通过 Vis2 sim 的图形化的界面 ,用户可用 2D 和 3D 方式直 接观察车辆运动 ,其动画效果比 Paramics 好 。 Vissim 特别适合于模拟多种交通控制系统 , 并提供了与外部交通控制策略的接口 ,例如美国 的 Nema 和 170 ,它还可应用于感应式的信号控制 的设计 、检验和评价 ,公交优先方案的通行能力分 析和检验 ,收费设施的分析 ,匝道控制运营分析 等 。Vissim 软件对 ITS 的模拟通过其 VAP 进行 , VAP 是一种类似于 C 的交通控制宏语言 ,它包括 一定的语法规则 、命令和 60 多个函数 ,例如检测 器函数 ,信号组函数等 ,用户可通过 VAP 来实现 自己定义的控制策略 。Vissim 的优势体现在对多 种信号控制的模拟上 ,而对其它 ITS 技术的支持 较弱 。
Aimsun2 提供对自适应交通信号控制 、匝道
用微观交通仿真软件实现 ITS 模拟的比较研究 ———胡明伟 郭秀芝
21
图 2 Getram/ Aimsun2 组成示意图
控制 、交通管理系统 、事件管理系统 、车辆导航 、 VMS、公交车辆调度和控制系统的模拟 ,通过 Scats Interface 实现与 Scats 的并行仿真 ,其启发式的动 态分配算法 (heuristic dynamic assignment) 为路径诱 导仿真提供了可行性 。Aimsun2 实现 ITS 模拟有 两种方式 : ①由 Aimsun2 自身提供 ,例如模拟 VMS 发布诱导信息 ; ②通过外部程序接口 Getram Ex2 tensions 进行 ,外部程序接口 Getram Extensions 实 际为 API 接口 ,用户通过该接口开发外部程序调 用 Aimsun2 仿真时的内部数据 ,这些程序可以用 C/ C + + 编写后以动态链接库 (DLL) 的形式调用 或直接用 Python 脚本语言编写 。
297
279
667 0 13
7 3 224
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289
691 2 13
图 2 目标跟踪界面
3 应用
用本测试装置对 19～27 岁的 7 人 (5 男 2 女) 进行测试 ,测试结果数据如表 1 所列 。表中序号 标有 * 号者为女性 ,反应时间的单位为 ms ,距离 的单位为屏幕象素点 。结果能够正确反映驾驶员 的反应时间和驾驶能力 。
需要对不同方案进行比较和评价 ,对各种不同情 况下 (例如正常情况下和发生事故情况下) 方案 的绩效和影响进行估计 ,直接的手段是进行小规
的的球在屏幕上随机运动 ,驾驶员通过按上 、下 、 左和右键控制白色十字光标紧跟球运动 ,间隔一 定的时间记录这两者之间的距离 ,最后求取距离 的平均值 。
表 1 测试记录数据
用微观交通仿真软件实现 ITS 模拟的比较研究 ———胡明伟 郭秀芝
19
用微观交通仿真软件实现 ITS 模拟的比较研究
胡明伟 郭秀芝
(清华大学 北京 100084)
摘 要 微观交通仿真是 ITS 研究和应用中的有力工具 ,文章选择了 Paramics ,Vissim ,Aim2
sun2 和 Corsim4 种常用的微观交通仿真软件 ,考察它们对 ITS 模拟的支持情况 ,通过分析 、比较这些 软件实现 ITS 模拟的技术路线情况 ,发现 Paramics 和 Aimsun2 对 ITS 模拟支持较强 , Corsim 支持最 弱。
图 1 用 Paramics 模拟 ITS 的流程图
2) Aimsun2 。Aimsun2 软件由西班牙 TSS 公司 开发[4] ,在 Windows 平台上运行需要加装 X2Win32 软件 。Aimsun2 主要包括路网编辑器 TEDI、微观 仿真器 Aimsun2 、三维仿真显示模块 Aimsun 3D 、外 部程序接口 Getram Extensions、特定的外部程序接 口 Interface : Emme/ 2 Interface 、Transyt/ 10 Interface 、 Scats Interface 、Utopia Interface 、Synchro Interface 、GIS Interface 以及一个存放路网的数据库等几个部分 , 集成在被称为 Generic Environment for Traffic Analy2 sis and Modeling(getram) 的软件包中 ,其结构如图 2 所示 。
为此 , 本 文 选 择 4 种 支 持 ITS 模 拟 的 软 件 Paramics、Aimsun2 、Vissim 和 Corsim 作为研究对象 , 这 4 种软件在欧美国家的交通界已普遍地应用 , 国内也有一些单位正在使用这些软件 ,软件选择 时考虑了如下一些因素 : ①业已商业化多年 ,提供 完善的技术支持和使用文档 ; ②适用于通用的计 算机软硬件平台 ; ③在 ITS 研究和应用中使用频 率较高 。
例如 , 在 Paramics 中 要 模 拟 可 变 信 息 标 志 VMS 的诱导功能 ,首先需要在 Modeller 中将对象 VMS 添加到路段上 ,然后利用 Programmer 的 API 函数模拟 VMS 对驾驶行为的影响 ,void qps-BCNmessage (BEACON 3 beacon , char 3 format , . . . ) 用 于在 VMS 上 发 布 消 息 , char 3 qpg-BCN-message (BEACON 3 beacon) 返回指定 VMS 的消息 。此 外 ,在插件中还需要定义一系列诱导条件和策略 , 例如驾驶员接受诱导信息的比例 、耐心程度和导 向路径等 。
大多数情况下 , ITS 被作为外部程序与 Ge2 tram/ Aimsun 通讯来进行模拟 ,这些程序可调用模 拟的检测器数据得到流量和占有率等 ,从而改变 交通信号灯的控制 、匝道控制和可变信息板的显 示或实现其它交通控制和诱导措施 ,借助外部程 序 ,还可实现模拟交通事件和车辆诱导等 ,其过程 如图 3 所示 。
由于 Paramics 本身仅提供 API 函数 ,而不提 供现成的程序插件 ,编写插件的工作完全由用户 自己完成 ,因此用户需熟悉数百个 API 函数 ,并能 够熟练地用 C 语言编程 。然而这同时也是 Param2 ics 的优势所在 ,通过 API 函数可以灵活地实现许 多 ITS 技术的模拟 ,充分实现研究者的意图 。
4 结束语
本装置虽然能够测试驾驶员的反应时间和控 制能力 ,但目前只是初步研究阶段 ,还不能定量反 映驾驶员受不稳定因素影响的程度 。下一步将研 究如何实现自动判断驾驶员的状况是否适合驾 驶 ,使其真正能满足实际检测需要 。
参考文献
1 李红梅. 驾驶员心理特征与交通事故的关系. 中华创 伤杂志 , 2001 ( 5) : 316～317
ms
声音简 图片简单混合简单图片复杂错误目标跟踪 序号
单反应时 反应时 反应时 反应时 次数平均距离
1 237
276
279
689 0
7
2 246
273
296
654 1 15
3 247
278
288
598 1 17
4 3 Baidu Nhomakorabea27
241
254
611 0 15
5 231
261
258
568 2 13
6 225
Modeller 是核心仿真模块 ,包括了驾驶行为模 型 、交通控制 、交通分配等一系列模型 ,Programmer 实际上是一组 API 函数 (在 4. 0 版本中提供 700
交通与计算机 2004 年第 4 期 第 22 卷 (总第 119 期)
多个) [4] ,利用 API 函数编写特定的 ITS 控制和诱 导策略形成程序插件 ( Plug2in) ,当 Modeller 运行时 插件中定义的 ITS 策略将会嵌入到仿真过程中 , 从而实现对 ITS 的模拟 ,其工作流程参见图 1 。
Key words :intelligent transportation systems ( ITS) modeling ; microscopic traffic simulation ; Paramics ; Aimsun2 ;Vissim ;Corsim
0 引 言
在 ITS 项目的规划和实施中 ,技术人员常常
收稿日期 :2004204218
20
模的现场实验 ,实验数据虽然能够提供有说服力 的证据 ,然而费用昂贵且不易进行敏感性分析 ,难 以给出系统在各种可能情况下的绩效 。交通仿真 是克服这一困难的有力工具 ,然而对 ITS 进行模 拟是一个较复杂的课题 ,如果自己开发费用太大 , 因此人们更关心如何利用已有的商业化软件实现 对 ITS 的模拟 。
Abstract : Microscopic Traffic Simulation is a powerful tool for the research and applications in Intelligent Transportation Systems ( ITS) . In this paper ,four simulation software Paramics ,Vissim ,Aimsun2 and Corsim are selected to investigate their performance on ITS modeling. The methods of modeling ITS using these four soft2 ware are demonstrated firstly and then their performance on ITS modeling is compared item by item. It is con2 cluded that the performance of Paramics and Aimsun2 on ITS modeling is good while Corsim is poor.
要实现 VMS 发布诱导信息的模拟 ,用户首先 在编辑器 Tedi 中定义 VMS 的属性如名字 Name 、 位置 Position 、发布的信息 Activated message 、行动 Action ,发布的信息通过用户界面的激活命令或者 外部程序激活 ,行动表示发布的信息对驾驶员行 为的影响 ,在行为信息窗口中用户可以定义该行 动影响的区域 、修改速度限制 、修改进入的交通 流 、修改转弯比例 ,如果在基于路线 Route Based 的仿真模式下 ,用户能够对行动影响的每片区域 修改速度限制 ,重新制定路线 (包括服从的水平 、 下一转弯和目的地的修改) 。
目前国际上对这 4 种软件在 ITS 模拟方面进 行比较研究的论文还未见发表 ,本文试图根据作 者使用这些软件的经验和其它相关研究论文来进 行比较 ,为专业人士在 ITS 模拟软件的选择和使 用上提供参考和借鉴 。
1 用微观交通仿真软件实现 ITS 模 拟的技术路线
1) Paramics。Paramics 软件由英国 Quadstone Limited 公司开发[3] ,在 Windows 上运行需要加装 Hummingbird Exceed 和 Exceed 3D 软 件 。Paramics 能模拟复杂的交通信号控制 、匝道控制 、与可变速 度标志相连的探测器 、VMS 和 CMS、路径诱导 、与 SCATS 的并行仿真等 。软件分为 5 个主要模块 , 分别是建模工具 Modeller 、处理工具 Processor 、分 析工具 Analyser 、编程工具 Programmer 和监视工具 Monitor ,对 ITS 的模拟通过 Modeller 和 Programmer 共同实现 。
微观模型经过几十年的发展已经有数十种之 多 ,然而 能 够 支 持 ITS 模 拟 的 仅 是 其 中 一 小 部 分[1 ,2] ,其对 ITS 模拟的支持程度差别悬殊 ,有些 还只停留在研究阶段 ,其可靠性未得到广泛的验 证和认可 。随着微观交通仿真日益成为研究 ITS 的必备工具 ,研究者和交通工程师必将十分关注 这些模型对 ITS 模拟的支持程度及性能究竟如 何 ,以及如何利用它们实现 ITS 模拟 。
Aimsun2 提供的若干组件式的外部程序接口
图 3 用 Aimsun2 模拟 ITS 的示意图
为用户提供了方便 ,然而其 API 要比 Paramics 少 得多 ,因此对 ITS 模拟的支持程度和灵活性不如 Paramics 。
3) Vissim。Vissim 软 件 由 德 国 PTV 公 司 开 发[5] ,可直接安装在 Windows 上 , 包括仿真模块 Vissim 和模拟信号控制模块 Vehicle Actuated Pro2 gramming (VAP) 两部分 ,Vissim 能从宏观规划软件 Vissim 中导入路网数据 。Vissim 中的跟车使用了 心理 - 生理模型 ,车道变换使用了基于规则的算 法 ,采用动态交通分配进行路径选择 。通过 Vis2 sim 的图形化的界面 ,用户可用 2D 和 3D 方式直 接观察车辆运动 ,其动画效果比 Paramics 好 。 Vissim 特别适合于模拟多种交通控制系统 , 并提供了与外部交通控制策略的接口 ,例如美国 的 Nema 和 170 ,它还可应用于感应式的信号控制 的设计 、检验和评价 ,公交优先方案的通行能力分 析和检验 ,收费设施的分析 ,匝道控制运营分析 等 。Vissim 软件对 ITS 的模拟通过其 VAP 进行 , VAP 是一种类似于 C 的交通控制宏语言 ,它包括 一定的语法规则 、命令和 60 多个函数 ,例如检测 器函数 ,信号组函数等 ,用户可通过 VAP 来实现 自己定义的控制策略 。Vissim 的优势体现在对多 种信号控制的模拟上 ,而对其它 ITS 技术的支持 较弱 。
Aimsun2 提供对自适应交通信号控制 、匝道
用微观交通仿真软件实现 ITS 模拟的比较研究 ———胡明伟 郭秀芝
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图 2 Getram/ Aimsun2 组成示意图
控制 、交通管理系统 、事件管理系统 、车辆导航 、 VMS、公交车辆调度和控制系统的模拟 ,通过 Scats Interface 实现与 Scats 的并行仿真 ,其启发式的动 态分配算法 (heuristic dynamic assignment) 为路径诱 导仿真提供了可行性 。Aimsun2 实现 ITS 模拟有 两种方式 : ①由 Aimsun2 自身提供 ,例如模拟 VMS 发布诱导信息 ; ②通过外部程序接口 Getram Ex2 tensions 进行 ,外部程序接口 Getram Extensions 实 际为 API 接口 ,用户通过该接口开发外部程序调 用 Aimsun2 仿真时的内部数据 ,这些程序可以用 C/ C + + 编写后以动态链接库 (DLL) 的形式调用 或直接用 Python 脚本语言编写 。
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图 2 目标跟踪界面
3 应用
用本测试装置对 19～27 岁的 7 人 (5 男 2 女) 进行测试 ,测试结果数据如表 1 所列 。表中序号 标有 * 号者为女性 ,反应时间的单位为 ms ,距离 的单位为屏幕象素点 。结果能够正确反映驾驶员 的反应时间和驾驶能力 。
需要对不同方案进行比较和评价 ,对各种不同情 况下 (例如正常情况下和发生事故情况下) 方案 的绩效和影响进行估计 ,直接的手段是进行小规
的的球在屏幕上随机运动 ,驾驶员通过按上 、下 、 左和右键控制白色十字光标紧跟球运动 ,间隔一 定的时间记录这两者之间的距离 ,最后求取距离 的平均值 。
表 1 测试记录数据
用微观交通仿真软件实现 ITS 模拟的比较研究 ———胡明伟 郭秀芝
19
用微观交通仿真软件实现 ITS 模拟的比较研究
胡明伟 郭秀芝
(清华大学 北京 100084)
摘 要 微观交通仿真是 ITS 研究和应用中的有力工具 ,文章选择了 Paramics ,Vissim ,Aim2
sun2 和 Corsim4 种常用的微观交通仿真软件 ,考察它们对 ITS 模拟的支持情况 ,通过分析 、比较这些 软件实现 ITS 模拟的技术路线情况 ,发现 Paramics 和 Aimsun2 对 ITS 模拟支持较强 , Corsim 支持最 弱。
图 1 用 Paramics 模拟 ITS 的流程图
2) Aimsun2 。Aimsun2 软件由西班牙 TSS 公司 开发[4] ,在 Windows 平台上运行需要加装 X2Win32 软件 。Aimsun2 主要包括路网编辑器 TEDI、微观 仿真器 Aimsun2 、三维仿真显示模块 Aimsun 3D 、外 部程序接口 Getram Extensions、特定的外部程序接 口 Interface : Emme/ 2 Interface 、Transyt/ 10 Interface 、 Scats Interface 、Utopia Interface 、Synchro Interface 、GIS Interface 以及一个存放路网的数据库等几个部分 , 集成在被称为 Generic Environment for Traffic Analy2 sis and Modeling(getram) 的软件包中 ,其结构如图 2 所示 。
为此 , 本 文 选 择 4 种 支 持 ITS 模 拟 的 软 件 Paramics、Aimsun2 、Vissim 和 Corsim 作为研究对象 , 这 4 种软件在欧美国家的交通界已普遍地应用 , 国内也有一些单位正在使用这些软件 ,软件选择 时考虑了如下一些因素 : ①业已商业化多年 ,提供 完善的技术支持和使用文档 ; ②适用于通用的计 算机软硬件平台 ; ③在 ITS 研究和应用中使用频 率较高 。
例如 , 在 Paramics 中 要 模 拟 可 变 信 息 标 志 VMS 的诱导功能 ,首先需要在 Modeller 中将对象 VMS 添加到路段上 ,然后利用 Programmer 的 API 函数模拟 VMS 对驾驶行为的影响 ,void qps-BCNmessage (BEACON 3 beacon , char 3 format , . . . ) 用 于在 VMS 上 发 布 消 息 , char 3 qpg-BCN-message (BEACON 3 beacon) 返回指定 VMS 的消息 。此 外 ,在插件中还需要定义一系列诱导条件和策略 , 例如驾驶员接受诱导信息的比例 、耐心程度和导 向路径等 。
大多数情况下 , ITS 被作为外部程序与 Ge2 tram/ Aimsun 通讯来进行模拟 ,这些程序可调用模 拟的检测器数据得到流量和占有率等 ,从而改变 交通信号灯的控制 、匝道控制和可变信息板的显 示或实现其它交通控制和诱导措施 ,借助外部程 序 ,还可实现模拟交通事件和车辆诱导等 ,其过程 如图 3 所示 。
由于 Paramics 本身仅提供 API 函数 ,而不提 供现成的程序插件 ,编写插件的工作完全由用户 自己完成 ,因此用户需熟悉数百个 API 函数 ,并能 够熟练地用 C 语言编程 。然而这同时也是 Param2 ics 的优势所在 ,通过 API 函数可以灵活地实现许 多 ITS 技术的模拟 ,充分实现研究者的意图 。
4 结束语
本装置虽然能够测试驾驶员的反应时间和控 制能力 ,但目前只是初步研究阶段 ,还不能定量反 映驾驶员受不稳定因素影响的程度 。下一步将研 究如何实现自动判断驾驶员的状况是否适合驾 驶 ,使其真正能满足实际检测需要 。
参考文献
1 李红梅. 驾驶员心理特征与交通事故的关系. 中华创 伤杂志 , 2001 ( 5) : 316～317
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声音简 图片简单混合简单图片复杂错误目标跟踪 序号
单反应时 反应时 反应时 反应时 次数平均距离
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4 3 Baidu Nhomakorabea27
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Modeller 是核心仿真模块 ,包括了驾驶行为模 型 、交通控制 、交通分配等一系列模型 ,Programmer 实际上是一组 API 函数 (在 4. 0 版本中提供 700
交通与计算机 2004 年第 4 期 第 22 卷 (总第 119 期)
多个) [4] ,利用 API 函数编写特定的 ITS 控制和诱 导策略形成程序插件 ( Plug2in) ,当 Modeller 运行时 插件中定义的 ITS 策略将会嵌入到仿真过程中 , 从而实现对 ITS 的模拟 ,其工作流程参见图 1 。
Key words :intelligent transportation systems ( ITS) modeling ; microscopic traffic simulation ; Paramics ; Aimsun2 ;Vissim ;Corsim
0 引 言
在 ITS 项目的规划和实施中 ,技术人员常常
收稿日期 :2004204218
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模的现场实验 ,实验数据虽然能够提供有说服力 的证据 ,然而费用昂贵且不易进行敏感性分析 ,难 以给出系统在各种可能情况下的绩效 。交通仿真 是克服这一困难的有力工具 ,然而对 ITS 进行模 拟是一个较复杂的课题 ,如果自己开发费用太大 , 因此人们更关心如何利用已有的商业化软件实现 对 ITS 的模拟 。