20世纪60年代,大型计算机的出现使得交通规划软件的研制成为可能。随着个人电脑的普及,以及Windows视窗系统、地理信息系统(Geographic Information System,GIS)与交通规划模型的成功结合,交通规划软件产品的功能日趋完善,操作也越来越便捷。
从20世纪80年代中期开始,国内大专院校和交通规划单位开始引进交通规划软件。比较有名的交通规划软件有以下几种:Cube、TransCAD、VISUM、VISSIM、Synchro、Paramics以及EMME/2。
Cube
Cube是Citilabs基于微软Windows视窗操作系统,在TP+ 、TRIPS 、TRANPLAN核心模型基础上,全新研发的包含智能化用户应用、开放组件式结构的系列宏观交通规划及微观仿真软件。软件平台为Cube Base,Cube Base 将Cube 系统中的其他软件整合成一套易用的建模与分析工具,其主要优点是能与当今最流行的地理信息系统软件:ArcGIS直接衔接,Cube软件系列模块和扩展应用都工作在统一、集成的 Cube软件环境界面, 并使用同一个数据源。
Cube 包含的软件有:
Cube Voyager: 全面且易用的宏观交通模拟软件;可模拟小汽车、公交车、轨道交通、摩托车、自行车以及行人。
Cube Cargo: 专为模拟货运而开发的软件;可模拟海、空、铁、公路货运以及市区运货卡车。
Cube Dynasim:先进的微观交通仿真软件;可直接与Cube Voyager宏观模型衔接,并以真实、美观的二维及三维动画显示结果。
Cube Avenue:中观模拟;采用动态交通分配模式和强大的几何分析,适用于大范围地区、区域联络线路评估、交通控制和ITS策略研究。
Cube Analyst:估算OD矩阵;专门用于估计和更新基于每年小汽车、卡车、公共交通的出行表OD矩阵。
Cube Land: 先进的土地使用模拟软件;可模拟土地使用与交通之间的互动及影响。
Cube Polar: 交通模型衔接的空气品质预测软件;可模拟各种车辆及燃料技术对空气品质的影响。
其他扩展模块包括:
Cube Reports:报告和图表
Cube Cluster:通过多处理器并发运行模型
Cube Signal:交通信号配时优化
Cube目前已有超过2600个用户和接近10000份的软件使用授权,遍布全世界七十余国家及地区,成功地应用于交通规划、设计和管理等工作中,并取得较好的效益。目前Cube宏观交通规划及微观仿真软件在国内同行中逐渐得到重视,并在北京、广州、深圳、上海、贵阳、武汉等城市的交通战略规划和交通总体规划中得到应用。用户包括:北京、广州、深圳、上海等城市交通规划模型研究设计单位;中规院交通所、施伟拔、栢诚、艾威爱等国内外知名的咨询设计单位;长安大学、东南大学、同济大学、北京交通大学等高等院校。
Trans CAD
Trans CAD由美国CALIPER公司开发,是唯一专为交通规划设计和运输管理行业设计的地理信息系统(GIS)软件,旨在帮助交通运输专业人员和组织机构存储、显示、管理及分析交通运输信息与数据。Trans CAD集GIS与交通模型功能于一体,提供任何别的GIS或交通模型软件所不能及的综合功能。Trans CAD适用于任何规模,任何形式的交通运输。TransCAD由网络分析模型、交通规划与运输需求预测模型、路径选择和物流模型、分区和定位模型组成,具有强大的空间分析功能(GIS-T)和开发工具(GIS DK)。
Trans CAD包含的组件有:完整而功能强大的GIS主机,带有专用于交通运输业的扩展功能;专为交通运输业的应用开发而设计的地图处理与直观化工具;一整套交通规划、需求预测与分析,经营管理决策的应用模型。
Trans CAD的应用支持所有类型的交通数据和几乎所有的交通模式,是建立交通信息和决策支持系统的理想工具。
Trans CAD在极易获得的硬件系统上运行,使用任何版本的Microsoft Windows操作系统,因此,购置Trans CAD会比购置其它GIS加交通模型软件的花费低得多;在使用GIS数据进行交通分析时,无需建立专门模型,也无需进行复杂的数据交换。
国内TransCAD的用户包括:国内省际交通道路规划设计领域的,如交通部规划研究院、中交第二航务勘察院、铁道部第二勘测规划设计院、交通部水运研究所、湖北、河北、江苏、广东等省的交通规划勘测设计院所;城市交通设计规划管理领域的,如建设部城市交通中心、公安部交通管理研究所、北京市市政工程设计研究总院、深圳、天津、南京、武汉、大庆、广州、无锡等市的城市交通中心研究所;教学科研领域的,如清华大学、北京交通大学、北京工业大学、重庆交通大学、长安大学、东南大学、吉林大学、哈尔滨建筑大学、同济大学、南开大学、武汉城市建设大学、中国公安大学、深圳大学等。
图1 TransCAD软件主界面
VISUM
VISUM由德国PTV公司开发,是一款适用于交通规划、交通需求建模及网络数据管理的宏观交通仿真软件。能实现与VISSIM的无缝导入,分析功能强大。在多模式分析的基础上设计的VISUM把各种交通方式(比如小汽车、小汽车乘客、货车、公共汽车、轨道交通、行人、自行车)都融入一个统一的网络模型中。VISUM可以提供各种交通分配运算程序以及四阶段模型要素,包括基于出行链和活动链的分析方法,能够满足智能交通和交通运输规划领域的所有建模需求。
VISUM 是运行于MS Windows下的一套以PC 机为基础的软件,采用的是开放的、面向对象的编程概念,因而它允许用户运用Visual Basic 或其他编程语言在VISUM 的平台上编写特定的模块。VISUM 软件包中还嵌入了ArcGIS 和TRAFFIX。
VISUM 特色是其交互式的使用:如,用户可以直观地在GIS格式下对路网元素进行选择和编辑,路网元素工具栏可以帮助用户开启或关闭图层和过滤器设置,通过特殊选项,用户可以选择任意的路网元素进行编辑;VISUM 可以帮助用户加速完成交通规划分析流程。
图2 VISUM软件主界面
VISSIM
VISSIM,由德国PTV公司开发的一款微观交通仿真软件。它是一个可模拟多方式交通流的强大的工具,不仅可以模拟小汽车、货车、公共汽车,还可以模拟地铁、轻轨、自行车和行人。灵活的网络结构可以使用户充满信心地模拟在交通系统中的任何一种几何特性的路段,任何一种驾驶行为。
VISSIM开发的界面为其他外界的软件提供了很好的兼容性。它的路段连接结构方式允许它结合车辆运动轨迹完成多种变化的仿真,其精确度可达到1/10 秒。
VISSIM软件的功能包括:
路网编辑:操作方便、直观的图形路网编辑器;使用背景图,创建和编辑交通路网(例如,城市地图,规划草图,航拍图或CAD图);建立精确的车道几何特征和路网元素位置模型(信号灯,常规标志);可以从VISUM中将路网输入到VISSIM中(包括出行需求矩阵和路径信息),通过在VISUM中预先定义标准的交叉口,可以快速的在微观仿真中创建大规模的交通路网;使用“read additionally“功能,提高效率,如在一些大型项目中,可以允许多个用户同时对数据进行操作和修改,子区域的路网可以整合到大型路网中,用户可以创建子区域路网的库,或使用预先定义的标准交叉口。
车辆行为模型:基于Wiedemann跟车模型;时间步长最低可达1/10秒;可建立城市道路和高速公路交通模型;强大的变道行为模型,使得用户可以建立更加真实的交织情况(例如,高速公路交叉口,zip交织);建模平行车流;不同车辆类型和用户自定义驾驶行为修改的可扩展统计(例如,期望速度分布,加速度和跟车行为);在不同类型的交通需求模型中进行选择,如基于转向数据/交叉口观测的静态路径,使用动态分配进行的自由路径选择(透明的带有不同参数的动态分配模块),使用目的相关的出行和机遇时间的起讫矩阵;真正的多类别路网,例如,可根据不同的车辆类型分配路径决策,这样就可以针对不同的行人区域、公交专用道、HOV车道、货车限制等不同情况进行建模。
城市和区域交通控制:使用优先规则建立无信号控制的交叉口、信号控制下可能的冲突行为以及清空区域的模型;不同几何类型交叉口的高精度建模;定周期信号控制,和车辆触发的信号控制可以使用VAP实现,VAP是VISSIM集成的交通信号控制语言;可用的信号控制机接口,例如I SCATS、SCOOT 等;打开信号控制生产商和控制程序开发商的C-接口;使用VAP程序,建立ITS模型以及区域控制操作模型,例如动态速度控制或路径诱导系统;通过手动激活检测器以及宏观再现,可使用多种功能测试车辆触发的控制操作。
分析选项:VISSIM提供了许多用户自定义参数,例如车辆数,平均速度,行程时间,延误时间和交通排队长度;用户可以配置参数选项(平均值,分布),并选择输出数据格式,包括数据库和文本文件;高整合的输出数据,例如车辆数和整个路网的延误;自动生成Microsoft Excel评价报告;定义信号控制参数,如各信号组、相位的最大、最小和平均绿灯时间,检测器触发的等待时间和动态信号配时表的显示,以及用户自定义参数;另外也可以将仿真结果输出到VISUM,并在路网中进行宏观参数的显示(例如,流量图、蛛网图、节点流量等)。
动画功能:在2D和3D路网中显示车辆的运动;大量的3D车辆模型库;在3D模式下以驾驶员视角显示车辆的运动;输入3D对象,使用附加模块V3DM建立简单的静态3D对象,就可以实现更加真实的3D效果。
VISSIM软件的应用案例包括:
复杂交叉口建模:各种设计情况(环岛, 无信号控制, 信号控制, 立体交叉道)下交叉口的比较,并进行信号控制下车辆运行的设计,测试和分析。
公共交通优化:公交、地铁换乘的仿真和可视化,建立地铁车站多层的3D模型。
公共交通优先规则:分析基于信号控制下优先参数的公交和轻轨加速度的分析。
收费道路和通关收费点:建立收费点模型。
综合路网模型:指定车道使用和交通分享区域的仿真,包括所有相关的道路使用者。
交通管理:选择路径控制、交通流控制、特殊车道和区段控制系统的分析。
高速公路:高速公路驾驶员行为和交通流影响的仿真。
主路路网:通过动态分配的路径选择来实现大型路网的可行性分析,并在宏观模型中显示基于微观仿真的参数。
停车:建立停车空间,包括停车诱导系统、可达性控制和动态停车层与空间计数显示的模型。
图3 VISSIM软件主界面
Synchro
Synchro是美国Trafficware公司根据美国交通部标准HCM规范研发的一款交通信号协调及配时设计软件。HCM标准中的参数是根据汽车性能、驾驶员的行为习惯、交通法规等设定的,计算得出的某些结果如延误时间、服务水平、废气排放等,作为方案比较的相对参数,具有重要参考价值的,信号配时也非常合理。
Synchro是进行交通信号配时与优化的理想工具,具备通行能力分析仿真,协调控制控制,自适应信号控制仿真等功能,并且具备与传统流行交通仿真软件CORSIM、TRANSYT-7F、HCS等的接口。
Synchro软件包含的组件有:Synchro、SimTraffic、SimTraffic CI、3D Viewer、Warrants。
Paramics
Paramics是爱丁堡大学的爱丁堡并行计算中心与当地咨询公司合作开发的一款微观交通仿真软件,2007年正式进入中国大陆市场。
Paramics是一个完全集成化的软件,它集成了仿真、可视化、交互式路网绘制、自适应信号控制、在线仿真数据统计分析、跟驰、交通控制策略评价、交互式仿真参数调整等功能。能够从SATURN、NESA、CUBE/TRIPS等相关交通软件读取有关节点和路段的信息。
Paramics包括完全并行的路阻计算模块,用来完成巨大规模路网的交互式路阻计算。理论上能够支持100万个节点、400万个路段和32000个区域的路网。它在ITS基础设施和拥挤道路网的仿真上有突出的表现,仿真交通信号、匝道控制、与可变速度标志相连的探测器、VMS和CMS、车内路网信息显示装置、车内信息咨询、路径诱导等,其中诱导策略可以由用户API函数定义。
Paramics的系统构成包括:
Modeller:建模器;是Paramics软件包的核心,提供了三个基础的操作过程,即模型建立、交通仿真(3D可视化)和统计数据输出,这些功能均支持直观的图形用户界面(GUI),用于网络构建、模型显示和交通仿真。
Processor:批处理器;通常用于灵敏度和选项测试,它允许用户用批处理的方式进行仿真计算,并得到统计数据输出。
Analyser:分析器;是一个仿真数据定制分析和模型统计报告的工具,用于显示由建模器或处理器输出的仿真结果。
Programmer:编程器;为扩展程序开发提供了一个全面的基于C++的应用程序接口。
Monitor:排放监视器;可直接从Paramics仿真中收集尾气排放数据的评价模块。
OD-Estimator:矩阵估计器;用于微观层面OD矩阵的估计。
Designer:设计器;用于准备复杂逼真的三维模型并且使Modeller和Viewer能够生动地显示交通模型。
Converter:转换器;可以把其他信息源的现存路网数据转换成基本的Paramics路网。可以接受的路网数据格式包括EMME/2、Mapinfo、ESRI、Synchro、Corsim、Cube/TP /Viper、ASCII和CSV。
UAF:城市交通系统仿真工具;在原有Paramics的基础上增加了行人模型,不仅能够对车辆进行建模,还可对行人、以及行人和车辆之间的交互关系进行建模。
Paramics现在在40余个国家拥有超过1000个用户,这些用户包括商业咨询公司、交通研究专家和政府部门。Paramics已经成功地被应用于世界上几百个交通网络的模拟仿真,尤其是美国的加州、纽约和澳大利亚的悉尼使用Paramics来模拟上百个大规模的交通网络,同时也被应用于欧洲、澳大利亚和美国的许多ITS项目。
EMME/2
EMME/2是加拿大的Montreal大学的交通研究中心开发、INRO咨询公司名下的城市与区域规划系统。该系统为用户提供了一套需求分析及网络分析与评价模型。
EMME/2的最突出特点是其强大的平衡分配与数学计算功能,Emme/2有强大的数学函数运算功能,在同类的规划软件中,以强大的分析与计算能力而着称。
该软件已经在欧美亚非各大洲48个国家的500多个地区广泛使用,其用户包括城市、都市区域、各种公共权力机构、公共交通机构、咨询公司和大学。在中国的用户有:中国城市规划设计院、天津城市规划设计研究院、杭州城市规划设计研究院、沈阳城市规划设计研究院、深圳交通研究所、上海城市综合交通规划研究所、山东师范大学、上海机械学院、同济大学、长安大学和中山大学等单位。
(作者:灼华)