系统建模与仿真作业用于交通运输规划研究的宏观交通仿真系统的国内外研究与应用现状学 院：经济与管理学院 专 业：物流工程与管理 姓 名：杨 波学 号：2012123041二O—三年六月用于交通运输规划研究的宏观交通仿真系统的国内外研究与应用现状摘要交通运输规划关系到城市的未来发展，而宏观交通仿真是设计和评价交通运输规划方案的基术 手段本文根据宏观交通仿真系统在交通运输规划领域的应用，搜集相关资料来说明国内外对其研 究与应用的现状，通过对比最终提出国内在完善交通运输规划方面上对宏观交通仿真软件应用的不 足,并提出相应的解决措施Research and application of transportation planning studies of macroscopic traffic simulation system in China and abroadabstractTransportation planning in relation to the future of the city development, and macro traffic simulation is transportation planning and evaluation of operation means. Based on macroscopic traffic simulation system application in the field of transport planning, collecting relevant data at home and abroad to illustrate the research and application present situation, through comparing the proposed domestic transportation transportation planning in the aspects of macro traffic simulation software application, and proposes the corresponding solution measures.一、引言20世纪60年代初期起宏观交通仿真模型首先被用于交通系统仿真。
1963年，Ger-Lough提出 随机问题可以用扫描时间可变的时间扫描法解决，并以此出发推出了 TRANS程序，用以评价道路网 的信号配置美国联邦公路局(Federal Highway Administration)在1965-1966年间研制的SIGOP 系统采用 T 宏观的确定性优化模型，用以研究定时信号参数的最优化问题比较重要的宏观交通仿 真软件还有用于信号交叉口的Capeal、用于城市干道网的SPANV、MAXBAND、SSTOP、DASSER、TRANSYT 以及用于高速公路的FREQ、FRECON等等20世纪60年代末以来，基于微观仿真模型的交通系统仿 真开始迅速发展起来1971年，Lieberman提出了以随机时间扫描的方法描述单个车辆的运动，并 以此出发，推出了 UTCS用以评价路网的信号配置到 20 世纪 80 年代初，交通系统仿真技术在美国己经得到了迅速的发展和广泛的应用此时， 交通系统仿真技术的发展呈现如下特征:1、 系统建模开始突破微观模型与宏观模型的界限，出现了混合模型一个典型的例子是由 Schwerdtfeger1984年提出的DYNEMO仿真模型，采用交通流的一般关系式来描述车流运动，而将每 辆车看作是一个基本单元，这一模型应用在车辆驶出高速公路的仿真实验中取得了很好的效果。
另 外，由VanAerde于20世纪80年代中期开发的INTEGRATION，混合使用了微观和宏观交通流模型， 被认为是准微观模型2、 仿真软件开始向大型化、综合性方向发展例如，由 Hubsehneider 从 1983 年开始研制的 MISSION软件，既可用于高速公路，又可用于城市道路:既可用于一般的交通流仿真，又可用于公共 交通系统的仿真实验这个软件在1989 一 1991年间还被成功地运用于欧洲联盟DRIVE计划的研究 中再如，由英国MVA公司开发的TRIPS和美国CALIPER公司推出的TRANSCAD软件包，都是以四阶 段模型为基础，用于区域交通规划值得一提的还有，由英国QUADSTONE公司从1992年开始开发的 PARAMICS，能够支持100万个结点，400万个路段，32.000个区域的路网除此之外，这一时期还 研制出用于信号交叉口的 CALSIG（1988 年）、APSSI（L986 年）、0SIT（1985 年）、SIDRA2.2（1986 年）、 SIGNAL85（1986年）、SOAP 一 84（1984年），用于高速公路的CORQ以及用于乡村道路的TwOPAS等。
3、 研究重点从软件开发逐渐转向了系统模型的改进，包括模型的精炼，如加人优化子模型和加 入有效性测定、仿真模型集成、向个人计算机移植等等于是，己开发出的软件不断推出新的版本， 以前面提到的一些软件为例，到1983年，SIGOP已上升为SIGOP-1；到1987年，TRANSYT己上升为 TRANSYT7F； 1985年，FREQ已上升为FREQSPE，TRARR己提出了第三版等等4、 新的计算机技术开始用于交通系统仿真，主要表现在仿真界面更加友好，人机交互更加方便 另外，计算机图形技术的应用使得仿真过程更加透明和直观其中一个典型的例子是德国卡尔斯鲁 厄交通运输与规划公司（PTV-PLANUNGSBURO Transport and verkehr KarLsruhe）于 20 世纪 80 年代 末开始研制并于90年代逐渐改进的系列软件，它由用于道路网交通分配的VI-SUM-IV、用于交通需 求预测的VISEM、用于城市道路交通分析的VISSIM和用于公交线路优化的VISUM-QV四个独立的软 件组成这套软件采用了人机交互的图形化界面，特别是 1994 年 7 月推出的 VISSIM2.2 版，在 WIND0WS3.1环境下运行，可以同时观察多个交叉口的交通状态。
另外，还有西班牙TSS公司近10 年逐步发展起来的AIMSUNZ，为用户提供了十分友好的图形界面二、相关概念交通仿真是20世纪60年代以来，随着计算机技术的进步而发展起来的采用计算机数字模型来 反映复杂交通现象的交通分析方法交通仿真能反映实际交通系统的特性，分析交通系统在各种设 定条件下的行为，以寻求现实交通问题的最佳效果根据交通仿真模型对交通系统描述的细节程度 的不同，交通仿真可分为宏观、中观和微观三个层次【1】一） 宏观交通仿真模型 其对交通系统的要素及行为的细节描述处于一种较低的程度，着重从全局角度来研究交通系统的特性宏观交通模型通过流量——密度函数来控制交通流的运行，不对单车运行特征进行描述典 型的宏观仿真问题有路径出行选择问题、网络流量分配问题等二） 中观交通仿真模型 其对交通系统的要素及行为的细节描述程度较高中观交通仿真对流量的描述往往以若干辆车构成的队列为单元的，能够描述队列在路段和节点的流入流出行为，对车辆的车道变换之类的行为 也可以简单的方式近似描述三） 微观交通仿真模型 其对交通系统的要素及行为的细节描述程度最高微观交通仿真以跟车模型为基础，追踪车辆的移动过程，可以给出单个车辆的详细结果，包括实际速度、运行时间、拥堵时间等。
不过这种模 型一定程度上受仿真车辆数量的限制，也取决于计算机的CPU及内存容量，多数模型难以在大规模 网络上进行运行宏观交通仿真模型主要用于研究分析交通基础设施的新建与扩建、宏观管理措施及交通发展政1 【 1 】 BoyeeD.APraetitioner ， 5GuidetoUrbanTravelForeeastingModels[C].InMetroPolitanConferenceonPublicTransPortationResearch;1998:Chieago:1998 策等典型的宏观仿真问题有出行路径选择问题、交通流量分配问题等宏观交通仿真规划软件通 常都是基于“四阶段”交通规划模型进行交通分析目前常用于交通运输规划的宏观仿真软件包 括：EMME/2、TRIPS、TranStar 交运之星、VISSUM and VISSIM、AIMSUN NG、PARAMICS、TransCAD 等 其在进行交通分析时所遵循的一般流程如下：1)交通网络数据库的建立；2)交通需求分析及预测； 3)交通网络交通分析及评价；4)交通网络交通分析及评价结果查看三、国内外研究现状(一)国外研究概况 交通仿真系统始于上世纪五六十年代，在交通仿真技术、交通信息的分析、处理并应用到交通 控制与决策方面在国外也已开展了大量的研究。
在交通仿真方面，起初研究的是宏观仿真模型，该 类交通仿真系统主要以优化城市道路的信号设计为应用目的，最具有代表性的当数英国道路与交通 研究所(TRRL)的D.L.罗伯逊于1967年开发的道路交通流仿真软件TRANSYT，它主要用于确定定时 交通信号参数的最优值；Gerlough在1963年建立的用于道路网络信号配置的TRANS模型；美国联 邦公路局(FHWA) 1956-1966年研制的SIGOP仿真系统由于伦敦交通研究和芝加哥区域交通研究 (CATS)所建立起来的交通仿真系统是公认的第一代综合交通仿真系统，经过半个多世纪的发展，交 通仿真系统在国外的应用日趋成熟美国作为世界经济最发达的国家，是交通仿真系统开发和应用 的先行者，同时引领着世界城市交通模型发展的潮流这里以美国为例，介绍国际交通规划与仿真 系统的发展与现状通过以下几方面可以体现美国在交通运输规划中运用宏观仿真软件的现状：1 、仿真系统结构与功能根据2007 年美国运输研究委员会的调查结果【2】，220万以上人口的城市都建立了交通仿真系统， 20 万人口以下的小城市中也有 85%建立了交通仿真系统这表明交通仿真系统在美国己经普及。
美 国城市中除了纽约等三个城市以外，其它城市都采用四阶段模型结构，这也说明近期四阶段模型仍 然是交通仿真系统的首选此外，从系统功能来看，交通仿真系统不再局限于客运交通，货运、污 染物排放等因素也被纳入仿真系统统一考虑，使得系统功能更加强大总体来看，美国各城市的交 通仿真系统大都由州交通部组织建立，其基础数据库比较统一，模型结构也比较一致2、居民出行调查扩样2007 年美国运输研究委员会的调查结果显示， 70%以上的城市每 5 年会结合相关调查数据进行 一次大规模的模型修正，而 100 万以上人口的城市这个比例会达到 80%以上模型修正主要集中在 出行生成率、出行分布等方面在出行调查数据方面，不仅有各州和城市自己的出行调查数据，还 有全联邦的出行调查数据全国性出行调查数据包括 1969 年、 1977 年、 1983 年、 1990 年和 1995 年的全国个人出行调查州(Na tionwide personal Transpor tat ion Survey,)和 2001 年及 2008 年的 全国家庭出行调查困(National Household Travel survey NHTS【 【2】Watson LS.METROPOLITAN TRAVEL FORCASTING Current Practice and Future Direetion,2007. 【3】2001 NATIONAL HOUSEHOLD TRAVEL SURVEY USERS GUIDE,2004.】)。
通过固定期限的调查，使得 交通研究机构比较容易。