交通仿真在中國的應用前景

2020-11-24 中國交通技術網

隨著我國經濟的快速發展,城市交通擁堵問題日益顯著,而與此對應的是,城市道路資源的稀缺和交通現狀的積重難返。決策部門、研究機構對交通問題的研究越來越深入,但由於交通問題從來都是一個系統問題,研究起來非常複雜,迫切需要一個非常優秀而直觀的工具來輔助甚至引導交通規劃建設,因此,交通仿真軟體方興未艾,成為交通業界一個新的業務增長點。

不同的是,交通仿真軟體更具備高科技含量,與計算機技術密切相關,但同時,又必須在軟體中體現出優秀的交通流學術理論思想,否則就仿不了真。

因此交通仿真軟體實際上可以說成是編寫者將自己對交通的理解用機器的語言描述出來,其他人又能通過這樣的軟體去驗證自己的學術思想或者項目成效,這就要求編寫交通仿真軟體的團體不僅要有強大的編程實力,更要對交通有全面深入的了解,可以說,交通仿真軟體是交通學科與計算機學科的完美結合,是以後發展的方向。

交通仿真技術的演變

交通仿真早在上個世紀50年代即被提出,經過多年的研究與實踐,人們在交通網絡仿真方面已取得了許多有益的研究成果。對交通分析與仿真的研究離不開交通模型,因為它是研究的基礎所在。根據描述對象的出發點不同,交通模型可以有不同的分類方法,如對交通對象描述的細節程度不同,交通仿真可分為微觀模型和宏觀模型兩種;而根據模型中的變量性質不同,又可分為靜態模型和動態模型 。不論是微觀還是宏觀模型,靜態還是動態模型,它們在交通仿真軟體中的應用各有不同,也各有千秋,而且已經出現將二者進行無縫連接的趨勢 。

由於各種交通分析仿真軟體都建立在各自的交通仿真模型基礎之上,而且模型對軟體性能優劣起決定性作用,因此有必要先對交通模型及其應用演化過程有所了解。所謂宏觀仿真模型,適用於描述系統的總體特性,不追究系統中的個體行為和細節。具體到交通系統,它將交通流處理成類似於管道中的流體,通過流量、密度、速度等一些集聚性關係來進行描述。而微觀仿真模型則著眼於描述系統中的個體特性,並試圖通過真實反映系統中的所有個體特性來反映系統的總體特性。它在交通系統中以單個車輛為基本單元,對車輛在道路上各種行為如跟車、超車及變換車道等都進行較真實的反映。

其實,人們對交通仿真的研究始於基於車輛行為的微觀模型,主要是經典的跟車模型。但由於受到當時計算機技術和仿真技術的局限,硬體與軟體資源都明顯匱乏,使基於微觀交通模型的研究工作沒能取得預期的效果。於是,人們便把注意力逐步轉移到基於交通流的宏觀模型上,經過潛心研究取得了很好的成果。著名的宏觀仿真模型TRANSYT,可以用於確定交通信號配時參數的最優值。英國的SCOOT 系統就是在TRANSYT模型基礎上開發的先進區域交通控制系統,目前已在世界許多城市使用。其它基於宏觀仿真模型的還有面向交通信號配時優化和面向交通容量分析的軟體等。然而,隨著交通研究領域不斷擴大,對交通仿真軟體提出了更新、更高的要求,摹於宏觀交通模型的仿真軟體由於功能較為單一已無法滿足。例如,在已有的各種基於宏觀交通模型的仿真軟體上無法對先進交通管理系統(Advanced Traffic Management Sys—tern,ATMS)研究領域中的電子收費系統、交通事故管理和運輸需求管理等更高層次的研究方案進行仿真設計與評估。」 亦無法測試和論證面向AT—MS的控制方案。得益於計算機技術和仿真技術的不斷進步,原來局限交通微觀仿真發展的情況已經改觀,於是對交通仿真的研究主流又轉到微觀仿真,對基於微觀模型的交通仿真的研究更加深入徹底,較為成熟的商品化軟體也層出不窮,例如VISSUM,TRANSMODEL。  

ITS的仿真短板

交通流仿真是再現交通流運行規律與特徵,對交通系統進行管理、控制和優化的重要實驗手段和工具.它可以對真實世界中尚未得到實施的技術進行細緻的分析,對已實施的技術提出優化建議,在不對現有交通系統產生任何幹擾的情況下,進行多種系統方案的檢驗,引導更有效的方案實施。隨著智能交通系統ITS,特別是先進的出行者信息系統ATIS在我國逐步推進與實施,出行者的選擇行為必將受到信息因素的動態影響,其出行行為也變得更加複雜和多樣化,這對交通網絡仿真提出了新的挑戰.儘管目前已經開發了一些優秀的仿真模型,並在ITS 影響評價領域前進了一大步,但是以往的研究仍存在一些不足,如:不具備全面評價ITS影響的能力,缺乏實時模擬大規模路網的能力,對人的出行行為研究不足等另一方面。 總的來說,就是ITS建設沒有真正的強大的決策系統來指揮,總是各個部分各自為戰,難以發揮合力。

國內交通仿真現狀

國內的高校和科研機構也一直從事交通仿真研究,但是由於起步較晚,目前還只是處於模型開發和特定運用階段,有少數的也能達到廣泛應用目的,但還不能稱為完善的商業軟體,與國外相比,不僅界面友好度差,使用不便,應用BUG多,而且接口能力,二次編程能力都有欠缺,要達到商用化還有很長一段路走。

不過欣慰的是,國內的研究者有起點高、了解國情的優勢。國外的軟體,大多開發多年,是從很早的研究機構內部軟體沿襲而來,可以說經驗豐富,但其核心算法思想,大多比較久了,我們不能說這些算法不好,但目前城市交通發展日新月異,幾十年前的理論模型肯定有不合時宜的地方,即使這樣的差距可以用新插件彌補一時。另一方面,國內面臨的交通流問題從來都是混合交通流,行人、自行車、機動車在交通流裡缺一不可,但國外研究機構從未面對如此複雜的課題,於是他們的微觀交通仿真軟體絕大多數沒有自行車仿真功能,更別提自行車與行人、機動車的相互耦合狀態下的系統仿真,即使有,也很難保證其精確性適用性。

因此,國內的交通仿真可以說機遇與困難並存。

宏偉的標準藍圖

我們談了這麼多做仿真,為什麼有商家和機構要做,也是因為有利可圖的。仿真軟體,即使是比較小的微觀仿真,成套的售價也動輒以十萬計,況且購買插件、升級都是不小的費用,尤其因為當今國內盜版盛行,這些仿真軟體許多只能一套只裝一機,這樣算下來,市場也很是不小。部、省、市各級研究機構,學術機構不計其數,前景非常廣闊,再說,還有國際市場呢,如果有的商家能開發出適應中國國情的混合交通流仿真系統,那放到世界上,恐怕不必愁銷路吧。 

許多人都說,一流的公司做標準,筆者深以為然,但標準也是因為口碑和實力升華而來的,沒有憑空的標準,以Autodesk為例子,工程設計方面它的AUTOCAD目前獨霸市場,這就是它優秀的品質在長期的積累下達到的效果,它目前就是工程建築設計的標準軟體。

而交通仿真軟體,目前沒有衡量的統一標準,誰都說自己好,自己的模型先進,功能強大,接口豐富,可擴展強,跟GIS無縫結合等等等等,但可惜的,無論是廠商自己還是使用者,當被問及仿真效果時,有幾個能說擬真度90% 以上的?因此對於用戶來講,還是多少有些迷惑的,這麼大的投入,仿真的效果卻不能達到滿意,又如何把市場口碑做好,蛋糕做大?

我們可以想像,如果有一天,市場上出現比較完美的商用交通仿真軟體,那用戶會有多少?到那時,這樣的軟體一年又能收入多少?

為了這樣的目標,國外的廠商已經憋足了勁,國內的廠商們,時間已經不多了! 

交通天氣預報的夢想

 計算機技術日新月異,如果有一天,交通仿真軟體能實現實時的交通流預測,你是否會覺得驚訝,其實在工業中,複雜流程的系統實時仿真—決策軟體已經開發出來了。只要有持續的投入,深入的研究,相信這樣的仿真系統最終會出現,到那時,真正的交通技術革命就將到來。

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