第33卷第2期測繪科學V01.33No.22008年3月ScienceofSurveyingandMappingMar.微觀交通仿真平臺的地理信息系統支持能力分析臧志剛①②,陸鋒②,李海峰③,崔海燕①(①中國礦業大學,北京100083;②中國科學院地理科學與資源研究所資源與環境信息系統國家重點實驗室,北京100101;③交通部規劃研究院交通仿真與決策支持研究中心,北京100029【摘要】動態交通信息服務是社會化特征顯著的智能交通系統理念中的重要組成部分之一,也是提高基于位置服務可用性的核心所在。動態交通信息服務的實現,需要在實時交通信息獲取與微觀交通仿真技術的基礎上,構造各種應用模型和算法,并與地理信息系統環境下的交通信息管理與發布平臺相結合,提供滿足公眾需求的信息服務,為公眾出行、交通管理、物流運輸等應用提供有效支持。目前業界存在幾十種微觀交通仿真模型和對應開發的微觀交通仿真平臺。這些模型和平臺有著各自不同的特性,對地理信息系統的支持能力也存在很大差異。本文分析了SimTraffic、CORSim、VisSim、Paramics、AIMSUN、MITSimLab和TransMMeier等7種幾種業界成熟的微觀交通仿真平臺的技術特性,評價了它們對地理信息系統的支持能力。可為動態交通信息服務應用的研發提供有效參考。【關鍵詞】微觀交通仿真;地理信息系統;動態交通;交通信息服務【中圖分類號】P208【文獻標識碼】A【文章編號】1009—2307(200802-0038-04DOI:10.3771/j.issn.1009-2307.2008.02.0141引言由于交通系統具有強烈的動態性、復雜性和隨機性…,難以建立精確有效的數學模型對大規模路網交通流進行模擬和預測口冉1;目前的GIS-T在實際應用中主要基于靜態交通信息提供決策支持服務。基于靜態交通信息的服務無法真實反映實際交通狀況,難以滿足實際應用需求BJ。因此,基于實時交通仿真和預測的動態交通信息服務目前正逐漸成為GIS.T的研究熱點¨,4J。隨著交通仿真技術的發展和日趨成熟,為GIS.T動態信息服務提供了一條現實可行的有效途徑。微觀交通仿真技術能夠利用有限的實時交通信息,非常細致地描述道路、交叉口及車輛的產生、運動、消失以及它們之間的相互作用‘9’”J,準確地反映交通控制策略(紅綠燈信號、交通管制等,準確再現大規模路網交通狀況,克服交通信息采集設備不完備的條件限制,同時能夠進行準確的短期交通預測和合理的較長時間交通預測¨o,在一定程度上突破動態交通信息服務的技術局限,為GIS—T動態信息服務提供有效的技術支撐。2微觀交通仿真平臺及其與GIS結合2.1微觀交通仿真平臺自20世紀60年代以來,國際交通領域在微觀交通仿真方面已經開展了長期的、卓有成效的研究工作,發展了幾十種微觀交通仿真模型,并開發了眾多的交通仿真軟件平臺,一些已經實現了產品化和商業化。其中應用較廣泛的有:SimTraffic、CorSim,VisSim、Paramics,AIMSUN,MITSim、TransModeler等m141。Synchro/SimTraffic,由美國TrafficWare公司開發,最初是作者簡介:臧志剛(1978一,男,籍貫山東,碩士,研究方向:交通地理信息系統。E-mail:Zangzg@收稿日期:2006-12-06基金項目:本研究由國家863項目(2006AAl22209與中國科學院知識創新工程前沿項目(CXIOG-D04-02資助為了交通建模和信號優化配置而開發的軟件包,隨著技術的發展,SimTraffic增加了對高速公路、匝道、和環形交叉口的建模功能,逐漸發展成為—個功能全面的微觀交通仿真平臺。TSIS/CorSim,由美國聯邦公路署(FHWA開發,是最早的基于窗口的微觀仿真平臺。CorSim仿真模型綜合了兩個微觀仿真模型,即用于城市的NetSim和用于高速公路的FreSim。CorSim有先進的跟車模型和車道變化模型,以ls為間隔模擬車輛的運動,能模擬定時、動態和協同綠波控制信號、車輛排隊、高速公路交織區域以及停車讓行控制交叉口等等。VisSim是德國PⅣ公司的產品。它采用離散的、隨機的、以0.Is為時間步長的微觀仿真模型。在VisSim中,車輛的縱向運動采用了心理一生理跟車模型,橫向運動采用了基于規則(Rule-based的算法,采用動態交通分配進行路徑選擇。Paramics是英國Quadstone公司的微觀交通仿真產品。Pa-ramic￥能夠適應各種規模的路網,從單節點到全國規模的路網,能支持100萬個節點、400萬個路段、32000個區域。Pa-聊llics具有實時動畫的三維可視化用戶界面。可以實現單一車輛微觀處理,支持多用戶并行計算,具有功能強大的應用程序接口。AIMSUNNG是西班牙TSS公司的微觀交通仿真產品。AJ.MSUNSimulator可以處理各種類型的交通網絡,包括城市街道網絡、高速公路、一般公路、環形道路、干線道路以及混合道路網絡。作為有效的交通分析工具,AIM.SUNSimulator能夠模擬自適應交通控制系統,先進的交通管理系統,車輛引導系統,公交車輛行程安排和控制系統;以及進行環境污染評估和能源消耗等等。MITSindab由美國麻省理工學院開發,主要模塊包括微觀交通仿真模型MITSim和交通分配仿真模型TMS。其中TMS還包含—個準微觀仿真模型MesoTS。TMS通過MesoTS預測交通網絡狀況,產生路線引導和信號控制策略,并可將MITSim輸出的仿真結果作為輸入,從而為路線引導和信號控制策略提供數據服務。TransModeler是由MI髑iIIILab的主要研究人員開發的微觀交通仿真平臺。它繼承了MITSimI.ab模型結構合理清晰的特點,增加了MITSimLab所不具備的功能。TransModeler實現了微觀仿真、準微觀仿真和宏觀仿真的無縫集成,可依據網絡范圍和仿真解析度來選擇合適的仿真模型。最為重要的是,TransModeler將交通仿真模型和GIS.T有機結合起來,路網等空間數據存儲與管理完全采用GIS數據處理方式,并且可通過微觀交通仿真平臺的地理信息系統支持能力分析作者:臧志剛,陸鋒,李海峰,崔海燕,ZANGZhi-gang,LUFeng,LIHai-feng,CUIHai-yan作者單位:臧志剛,ZANGZhi-gang(中國礦業大學,北京,100083;中國科學院地理科學與資源研究所,資源與環境信息系統國家重點實驗室,北京,100101,陸鋒,LUFeng(中國科學院地理科學與資源研究所,資源與環境信息系統國家重點實驗室,北京,100101,李海峰,LIHai-feng(交通部規劃研究院交通仿真與決策支持研究中心,北京,100029,崔海燕,CUIHai-yan(中國礦業大學,北京,100083刊名:測繪科學英文刊名:SCIENCEOFSURVEYINGANDMAPPING年,卷(期:2008,33(2被引用次數:0次參考文獻(20條1.陳述彭.陸鋒.何建邦城市化與城市地理信息系統19992.高自友.任華玲城市動態交通流分配模型與算法20053.楊兆升城市交通流誘導系統20044.蘇永云.晏克非.黃翔.朱培康車輛導航系統的動態最優路徑搜索方法研究[期刊論文]-系統工程2000(045.Jun-SeokDynamicrouteguidanceandnetworktrafficmanagement:Theoreticalevaluationandpracticalapplicationissues20026.J.WahleAdynamicrouteguidancesystembasedonrealtrafficdata2001(027.斐玉龍.張亞平道路交通系統仿真20048.StevenChien.XiaoboLiuTheDevelopmentofDynamicTravelTimePredictionModelsforSouthJerseyReal-TimeMotoristInformationSystem20029.SharonAdamsBoxill.LeiYuAnEvaluationofTrafficSimulationModelsforSupportingITSDevelopment200010.胡明偉.史其信支持ITS影響評價的交通仿真模型研究200511.魏明.楊方廷.曹正清交通仿真的發展及研究現狀[期刊論文]-系統仿真學報2003(1512.InstituteofTransportationEngineersCaliforniaBorderSectionHighwayCapacityTaskForce.AreportontheuseoftrafficsimulationmodelsintheSanDiegoregion200413.EmilyDSterzinModelingInfluencingFactorsinaMicroscopicTrafficSimulator200414.蓋春英VISSIM微觀仿真系統及在道路交通中的應用[期刊論文]-公路2005(0815.QiYangASimulationLaboratoryforEvaluationofDynamicTrafficManagementSystems199716.CaliperCorpTrafficSimulationModeler200617.DouglasGettman.LarryHeadSurrogateSafetyMeasuresFromTrafficSimulationModels,FinalReport200318.BBrianParkDevelopmentandevaluationofacalibrationandvalidationprocedureformicroscopicsimulationmodels200419.JaimeBarceloSimulationReport199920.莊焰.胡明偉.李德宏微觀交通仿真軟件PARAMICS在ITS模擬和評價中的應用[期刊論文]-系統仿真學報2003(07相似文獻(10條1.學位論文趙賓植基于GIS的微觀交通仿真路網數據模型研究2009微觀交通仿真作為ITS應用和策略的重要測試與評價平臺，已廣泛應用于城市道路規劃、交通理論研究、交通管理方案評價、交通控制優化配時等諸多方面。道路基礎設施和交通路網是微觀交通仿真的基礎，但目前大部分的微觀交通仿真系統側重于車輛跟馳、車輛變道、駕駛行為等仿真數學模型的設計與實現，缺乏對大規模路網及復雜拓撲關系的建模能力，對具有典型空間分布特性的交通路網空間數據難以進行高效、便捷地存儲、編輯、建模和分析，大量重復的空間數據處理大大降低了微觀交通仿真的效率。

近年來，GIS在城市交通管理領域得到了廣泛的應用和發展。GIS強大的數據存儲、管理、分析及可視化表現功能、豐富的交通場景數據，為微觀交通仿真提供了強有力的空間數據處理支持。但由于絕大多數GIS和微觀交通仿真系統是相互封閉、孤立的系統，缺乏統一的數據標準，導致目前大多數微觀交通仿真系統不能直接與GIS進行數據交換。因此，與GIS的數據共享與集成應用，是當前國內外微觀交通仿真研究與應用的一個重要發展趨勢，將微觀交通仿真系統集成于GIS平臺被認為是解決上述問題的有效方法之一。

本文針對微觀交通仿真與GIS數據共享存在的問題，提出一種基于GIS的微觀交通仿真路網數據模型，并基于ArcGIS的GeoDatabase實現了該模型。該模型參考MITSIM的路網模型，結合UNETRANS分層抽象及面向對象的思想，對微觀交通仿真的路網對象進行微觀級的概念抽象，并采用UML建模語言進行描述，為微觀交通仿真與GIS的集成應用奠定數據基礎。論文的主要工作包括：

(1對GIS及其開發技術進行分析和研究，重點研究了基于ArcGIS平臺的GIS開發技術。

(2對GIS空間數據進行分析和研究，重點研究ESRI的Geodatabase數據模型和UNETRANS數據模型。

(3以FLOWSIM、MITSIM為具體研究對象，對微觀交通仿真系統進行分析和研究，分析了FLOWSIM、MITSIM的路網數據模型。

(4提出一種基于GIS的微觀交通路網數據模型，并基于ArcGIS平臺實現了該模型。

(5對微觀交通仿真路網對象進行微觀級的概念抽象，并采用UML建模語言進行描述。

(6對數據模型進行數據庫實現，包括在Geodatabase中實現數據模型，進行數據導入等。2.學位論文周園基于GIS的微觀交通仿真研究2008微觀交通仿真系統作為ITS(IntelligentTransportationSystems策略的重要測試與評價平臺，已廣泛應用于城市道路規劃、交通組織、管理方案評價、交通控制優化配時等諸多領域。路網數據是微觀交通仿真的基礎，但目前，大多數微觀交通仿真系統僅側重于仿真模型的設計與實現，路網建模功能相對薄弱，僅提供簡單的交通路網建模工具，難以對復雜的路網進行建模。大量繁重的路網建模工作，大大降低了仿真系統的效率。GIS—T(GeographicalInformationSystemforTransportation作為地理信息系統研究與應用的一個重要分支，已積累了豐富的交通路網場景數據。GIS-T以其豐富的交通地理數據庫管理功能、空間分析功能、空間數據可視化展示功能，為微觀交通仿真提供了強有力的交通地理數據支持，微觀交通仿真所需的大量基礎路網信息存在于GIS-T中。由于目前絕大多數GIS-T與微觀交通仿真系統是相互封閉、獨立的、缺乏統一的空間數據標準，所采用的數據格式互不兼容，導致目前大多數微觀交通仿真系統不能直接與GIS-T進行數據交換。本文針對上述存在的問題，研究GIS與微觀交通仿真系統的集成與數據共享問題，采用基于GIS平臺開發和集成微觀交通仿真模塊的方式，實現異構平臺的數據共享。本文的主要工作包括以下幾個方面：(1對微觀交通仿真模型、微觀交通仿真系統，以及基于ArcGISEngine的GIS二次開發技術進行深入分析和研究；并基于典型的微觀交通仿真平臺MITSIM，對微觀交通仿真的仿真流程和仿真模型(主要包括車輛產生模型、跟馳模型、換道模型、交通控制模型進行分析和研究；(2對GIS-T數據模型UNTRANCE與MITSIM的靜態路網模型進行比較和分析，提出面向GIS與微觀交通仿真集成應用的靜態路網數據模型；(3提出基于ArcGIS平臺和MITSIM的GIS與微觀交通仿真系統集成框架；(4提出GIS與微觀交通仿真系統集成框架中，時聞序列的產生、動態仿真模型及時空數據圖層的構建方式。采用JAVA語言和ArcGISEngine開發技術開發了一個基本的GIS與微觀交通仿真集成系統，并實現部分可視化仿真過程。研究結果表明，通過直接集成的方式實現GIS與微觀交通仿真的數據共享，拓寬了GIS的應用領域，可直接利用GIS豐富的多源、多格式路網數據，有效提高仿真效率。3.期刊論文梁虹.吳建平.馮濤.程滿.LIANGHong.WUJian-ping.FENGTao.CHENGMan微觀交通仿真與GIS數據共享-計算機應用2008,28(2為實現微觀交通仿真與GIS空間數據共享與交換,提出微觀交通仿真標準化數據模型和一種新的微觀交通仿真標識語言(MTML,給出標準化數據模型的包結構、MTML的Shcema關系及MTMLType類定義.提出基于MTML的微觀交通仿真與GIS數據共享平臺,闡述共享平臺的設計與實現.該平臺具有良好的開放性、平臺無關性及可擴展性,可實現微觀交通仿真與GIS數據互操作與共享,有效提高微觀交通仿真的效率.4.學位論文馮濤基于GML的微觀交通仿真與GIS-T空間數據共享平臺研究2007微觀交通仿真作為ITS策略的重要測試與評價平臺，己廣泛應用于道路規劃、交通組織管理方案評價、交通控制優化配時、社會經濟效益評價等諸多領域。而GIS-T(交通地理信息系統作為GIS(地理信息系統的一個重要分支，經過多年的發展，已經積累了大量的交通場景數據，這些空間數據正是數據匱乏的微觀交通仿真系統所渴望的。由于絕大多數GIS-T和微觀交通仿真系統是相互封閉、孤立的，缺乏統一的空間數據標準，所采用的空間數據格式互不兼容，且空間數據模型存在差異，導致目前大多數交通仿真軟件不能直接與GIS-T進行數據交換。因此，研究和開發空間數據共享平臺，實現GIS-T和微觀交通仿真系統空間數據共享與交換，具有十分重要的意義。本文在對微觀交通仿真地理數據模型、XML及GML(地理標記語言核心技術進行深入研究和分析的基礎上，提出用于描述微觀交通仿真數據的MTML(微觀交通標識語言。MTML遵循GML編碼標準、面向微觀交通仿真系統，符合面向對象的建模思想。在MTML的基礎上，本文提出微觀交通仿真與GIS-T數據共享平臺，采用JAXP技術實現了數據共享平臺的空間數據模型標準化模塊、MTML解釋器等應用程序模塊，并以國際主流GIS平臺ARCGIS、MapInfo的數據格式為例，驗證了將GIS數據標準化為MTML數據的可行性，為微觀交通仿真與GIS-T數據共享平臺的實現奠定了基礎。5.學位論文李伯建交通地理信息系統及其在交通路口仿真系統中的應用研究2006交通信息與地理空間數據密切相關，將GIS技術應用于交通領域中，研究交通地理信息系統具有極高的現實意義。基于GIS的分組建模方法通過對對象實體進行分組再用面對對象的思想來建模，建立的模型結構清晰，描述的信息完全而精確。對于城市道路交通而言，交叉路口成為整個道路交通的瓶頸地帶。交通路口微觀仿真系統克服了交通系統現場實驗代價大、實施困難的缺點，為交通路口的研究與管理提供科學可靠的依據。本論文以智能交通系統和交通地理信息系統為研究背景，以交通路口微觀仿真系統(TiSS及仿真場景模型為研究開發對象，主要完成了以下工作：1.在分析GIS應用開發的三種模式的基礎上研究基于ArcObjects(以下簡稱AO的組件式開發技術，詳細研究了可以應用于智能交通領域中的基于AO進行獨立應用程序開發的關鍵技術。2.對微觀交通仿真場景的數據建模進行研究，提出基于GIS的仿真場景建模方法，詳細分析了設計思想及建模方法，并根據這種建模方法實現了一個建模實例，對這個實例的背景及模型結構做了詳細說明并給出了實例界面。3.對仿真場景數據的組織與存儲進行研究，分析地理數據庫的原理與體系結構，研究空間數據庫引擎和空間索引技術，詳細闡述了仿真場景地理數據庫的設計方法并介紹一個運用這種方法實現仿真場景地理數據庫的例子。4.結合筆者所在團隊開發的交通路口微觀仿真系統(TrafficIntersectionSimulationSystem，簡稱TiSS所做的工作，介紹了TiSS的開發背景與意義，詳細分析了系統結構與功能，并結合前文完成的研究工作，重點介紹了仿真場景中數據結構及數據庫的設計與開發工作。最后，總結了全文的工作，并指出了若干有待于今后進一步研究的問題。6.會議論文李伯建.李平GIS在微觀交通仿真路網建模中的應用2006微觀路網建模是微觀交通仿真系統開發的基礎.通過基礎參考網絡、位置參考、關系、事件及拓撲等五部分內容的建模,GIS可以實現對交通路網中各元素的位置、幾何圖形、交通屬性及拓撲等信息的表達,從而為微觀交通仿真系統提供了方便良好的前端可視化界面及后端數據存儲功能.本文提出了一種新的微觀路網模型,將其應用于微觀交通仿真路網建模中,并以實際系統的建立作為實例,最后進行總結.7.期刊論文王春.李文.馬純永.韓勇.陳戈.MargaretHorne.WANGChun.LIWen.MAChun-Yong.HANYong.CHENGe.MargaretHorne基于VRGIS的城市道路交通微觀仿真系統研究-中國海洋大學學報(自然科學版2010,40(7將GIS技術和虛擬現實技術運用到城市交通仿真系統的微觀仿真研究中,在城域景觀VRGIS一體化仿真平臺基礎上建立了城市道路交通微觀仿真系統,通過標準化數據模型完成GIS輸入交通仿真數據,利用VR技術實現交通仿真的三維可視化,以一種人機交互模式實現虛擬城市環境中的交通微觀仿真.該系統用于英國紐卡斯爾市中心重建項目的方案評價中,通過對3種規劃方案的優劣對比,為交通管理部門提供一定的決策支持.8.學位論文李媛基于GPS數據的城市小汽車行駛特性研究2008隨著ITS的深入研究與發展，作為其核心內容之一的微觀交通仿真正在成為國內外交通工程領域研究的熱點。在微觀交通仿真系統中，車輛行駛行為模型的真實性決定了仿真系統的成敗。而要建立切合實際的交通仿真模型，有必要對實際交通流中的車輛行駛行為進行深入地研究。本文以北京交通發展研究中心項目《基于GPS的數據采集與分析系統研究》為依托，主要完成以下工作。(1回顧城市道路交通流以及駕駛行為的發展與研究現狀，并進行客觀評價，發現已有研究中不足，選定研究的突破方向，確定了從“實際應用出發、依靠高新設備采集跟車數據，運用科學的理論方法，結合計算機技術”的研究思路和技術路線。(2闡述了地理信息系統(GIS技術和全球定位系統(GPS技術，以及它們在實際中的應用現狀。介紹了云理論的相關基礎知識及其在不確定性知識表示中的優勢。(3利用路網中獲得的車輛行駛GPS數據，結合地理信息系統工具，構建基于GPS/GIS的車輛跟蹤顯示以及數據處理系統。選取城市主干道——學院路和快速路——西土城路作為數據提取的路段，提取歷史數據。引入概念“短行程”，采用C＃編寫程序，首先根據短行程的定義將數據劃分為數據區間分別保存，之后利用數據中的時間、經緯度結合速度信息進行計算，求得車輛的加速度值以及基于行駛時間和行駛距離的加速度頻率。(4在對車輛行駛GPS數據編程處理的基礎上，從微觀角度深入研究北京市不同路段的車輛行駛行為特性。比較了短行程基于行駛時間和行駛距離的加速度頻率；研究了在整體封閉的快速路和有信號交叉口的主干道上行駛的車輛速度、加速度時間序列圖，總結車輛在不同交通狀況下的車輛行駛行為特性。(5引入云理論描述車輛行駛中加速度變化的不確定性和隨機性。在MATLAB軟件中編程實現了隸屬云的正向云發生器和逆向云發生器，得到“穩定跟馳狀態”、“加速狀態”和“減速狀態”的加速度隸屬云圖，較好的吻合了加速度值的變化特性。9.學位論文沙建鶴基于MAS的微觀交通仿真系統研究2007交通問題是全球普遍關注的重要問題，交通仿真技術是研究交通問題的重要手段。由于我國交通狀況與國外相比有許多不同特點，而現有的大部分交通仿真軟件無法真實仿真這一狀況。針對這種情況，本文根據交通運輸工程學的研究成果，利用計算機仿真技術及多智能體技術，開發了基于MAS的城市微觀交通仿真系統，為研究交通問題提供了新的思路和方法。首先，本文在深入研究多智能體理論和城市交通系統特點的基礎上，以車輛、路段、交叉口、信號燈和交通控制中心五個主要智能體為核心，建立了基于多智能體的微觀交通仿真系統的三層框架模型。在此基礎上，本文結合模糊控制技術的優勢，將模糊決策方法運用到車輛Agent的各種駕駛行為決策中。針對目前對車輛過交叉口駕駛行為研究的欠缺，創新性地提出了車輛Agent過交叉口防碰撞駕駛的模糊決策方法。其次，針對目前智能交通信號控制研究的不足，創新性地提出了信號燈Agent的模糊自適應控制策略。該策略通過模擬區域控制中心的人工指揮特點，使信號燈Agent能根據當前路口各相位排隊車輛數和相鄰路口同方向排隊車輛數來自主進行信號的實時智能控制。這種控制方法使整個控制系統能夠更加靈活地適應交通系統復雜多變的特點，為真正實現交通系統的實時智能控制提供了可能。然后，本文分析了采用面向對象技術進行Agent應用開發的可行性，并以Java為開發工具，開發了基于MAS的開放性城市微觀交通仿真系統。該仿真系統可根據用戶的不同需求利用地理信息系統完成仿真路網的自動繪制，且仿真路網和城市的路網重合，從而能夠實現大規模城市路網的微觀交通仿真；該系統還能完成車輛各種交通行為的仿真，以及車輛在路網上行駛時各種交通信息的自動統計；同時它還為各種交通控制和交通規劃仿真實驗提供了編程接口，具有非常好的可重用性、靈活性、可擴展性。最后，本文還利用開發的城市微觀交通仿真系統進行了交通控制仿真實驗，將本文提出的新交通控制策略分別與定時控制和普通的模糊控制策略進行了比較分析，仿真結果表明：與定時控制和普通模糊交通信號控制方法相比，新的交通控制策