TransModeler

TransModeler 是個基於地理信息系統的交通仿真模型，為眾多交通規劃和仿真建模任務提供最有效的解次方案。其使用先進的駕駛行為模型來模擬路網上的交通流現象,對通過仿真再現擁增狀態下複雜交通液的交叉交織難題有獨到突破。

基本介紹

• 外文名：TransModeler
• 開發公司：美國Caliper公司
• 目的：城市交通規劃和仿真開發
• 類別：多功能交通仿真軟體包

簡介

transmodeler是美國 Caliper 公司為城市交通規劃和仿真開發的多功能交通仿真軟體包。該軟體可以模擬從高速公路到市中心區路網道口在內的各類道路交通網路、可以詳細逼真地分析大範圍多種出行方式的交通流。TransModeler 可以用動畫的形式把交通流的狀況、信號燈的運作、以及網路的綜合性能直觀地表現出來，一目了然地顯示複雜交通系統的行為和因果關係。

仿真過程的平面截圖

通過與當今美國最流行的交通需求預測軟體 TransCAD 的有機結合，TransModeler 可用於未來城市規劃中的交通影響的分析, 對備選方案進行科學評估。它把複雜的交通仿真模型變得簡單實用，是開展出行行為分析和交通管理的對策研究不可或缺的有力工具。同時 TransModeler 提供豐富的製圖和仿真工具，讓您很方便地把您的研究成果以直觀易懂的方式表現出來，便於決策者理解和及時決斷。

TransModeler 是根據最新的交通理論研究、交通仿真和軟體技術而開發的綜合交通模型，它把交通仿真推向了一個全新的時代。TransModeler 既可以用出行時間的實測歷史資料或模擬的時間序列數據來產生車輛的動態出行路線，也可以用事先指定的線路或交叉口的轉向比例來決定行車路線。它不僅可以用來模擬以不同比例組成的公車、小汽車和卡車交通流，還可以模擬包括收費站電子收費系統、車輛導流系統和動態監測系統在內的職能交通管理系統。通過與地理信息系統的整合，TransModeler 可以和您已有的交通需求預測模型結合起來，為城市道路工程和交通管理相關的規劃和方案作深入的動態分析，從而使您的規劃和方案顯得有血有肉、容易理解。同時，交通仿真的結果可以反饋到交通需求預測模型，以進一步改進其預測精度和質量。

仿真過程3D截圖

主要功能

以Caliper公司專門為交通套用而開發的地理信息系統（GIS）為基礎，採用最新的交通行為仿真模型，提供當今城市交通規劃和仿真所需求的諸多功能。通過與當今美國最流行的交通需求預測軟體TransCAD的有機結合，TransModeler可用於城市規劃中的交通影響的分析，對備選方案進行科學評估。它把複雜的交通仿真模型變得簡單實用，是開展出行行為分析和交通管理的對策研究不可或缺的有力工具。其主要功能總結下：

1.交通基礎路網模型的建立：本軟體可以便捷的把GIS數據、交通規劃網路和航拍照片等導入作為背景數據，經過簡單的加工後即可生成基礎路網模型。所有基礎數據分不同圖層，以GIS地圖和仿真資料庫的形式進行管理；

2.車輛出行狀態仿真：可以仿真車輛的加速、減速、停車、讓行、換道、超車、並道等多種行駛狀態下的特性，這些特性由內在的模型根據基礎路網模型和給定參數計算得出；

3. 出行需求模型分析：可以方便的將TransCAD或其它交通規劃軟體得出的交通需求數據進行分配，以更加直觀和細緻的檢驗出行需求模型的分配效果；

4.交通控制方案的仿真：真實和動態的展示停車/讓行、定時控制和感性控制等幾種信號控制策略對交通流所產生的影響；

5. 交通管理設施的仿真：仿真包括車道使用信息板、路段封鎖標誌、車道使用標誌、人行橫道信號燈、隧道入口信號燈、匝道控制信號燈、減速閥、限速標誌、停車標誌、讓行標誌等各類交通管理設施對交通運行狀況的影響；

6.公交系統仿真：根據車站的長度、上下車乘客人數和比例，以及線路發車頻率、車輛類型等分析公車輛行駛受到的影響；設定公交專用車道，動態公交信號，分析公交優先策略對路網的影響及效果；

7.收費站仿真：可以再現不同車輛類型、不同收費方式（包括手工、電子和混合三種）和不同的收費服務時間分布對車輛出行時間的影響；

8. 事故和施工區仿真：包括路段封閉，施工，事故等對車流量和出行時間的影響；

9.行人仿真：模擬行人橫穿馬路對交通流的影響情況；

10.車輛行駛路線的追蹤：本軟體可以很方便的實現車輛的行駛路線的追蹤分析；

11.三維動態仿真功能：支持三維仿真，將其他三維分析軟體所開發的三維模型以VRML和3DS等格式導入進來；提供根據建築物基地形狀和高程自動建立稜柱型三維模型，根據二維圖片和有關參數建立路標、交通標誌、地物、樹木等三維VRML模型；設定漫遊路線，自動顯示三維仿真動畫。

12.綜合仿真：可以針對同一個目標路網，對其不同組成部分或地段同時實現不同細節度的仿真，包括巨觀、中觀和微觀仿真；

13.停車仿真：本軟體可以對停車進行仿真，包括並排停車和路邊停車等；也可以模擬一些路段在車行道隨機臨時停車的現象。

TransModeler軟體提供強大而靈活的數據輸入和編輯功能，除了支持多種格式的遙感圖象以外，還提供一套與Google Earth併線協調和導入圖像的功能，方便生成交通仿真網路的道路和設施等，將仿真功能的結果建立在真實地理數據的基礎之上，並以實時動態的方式顯現出來，其結果也可存儲為WMV等格式進行日後的演示。

軟體還提供一套GIS套用開發工具庫（GISDK），用於系統的二次開發，用戶可以據此來定製自己的界面和其他需要擴充的功能。

主要特點

通過與常用仿真軟體的比較發現，儘管TransModeler軟體（可簡記為TSM）正式上市相對較晚（到目前為止將近一年半時間），但是就仿真工具本身而言，它卻具有其它微觀仿真工具所不具備的優勢：

與GIS技術的高度結合

TransModeler仿真軟體成功的將GIS（地理信息系統）技術結合進來，進一步增強仿真模型的數據編輯功能，包括通過導入和轉換其他規劃模型或GIS 數據來生成用於交通仿真的網路，包括存儲和顯示動態交通信息（如路網上的車輛以及隨時間變化的網路狀態和屬性），對道路網路、公交線路和站點、交通檢測設備、路口信號控制和其他交通管理設施進行編輯等GIS操作。可以方便的生成針對不同圖層不同屬性的專題圖，可以方便的對指定屬性的對象進行搜尋。

另外，通過與GIS技術的結合，TransModeler可以迅速的實現許多複雜路網的搭建，並且便捷的對路網進行編輯操作。圖1-2即為在GIS功能支持下的通過TransModeler快速搭建的複雜立交。

不同解析度下的模型集成和綜合仿真

交通仿真模型按照其反映現實的細節程度分為巨觀、中觀和微觀三類，分別代表著概略、常規和精細的解析度。TransModeler將上述三種仿真模型成功進行集成，可以在同一路網中針對不同區域要求來同時運用。這樣用戶可以在模擬精度和計算速度，在評價指標的詳細程度和模擬對系統的整體影響之間酌情取捨，靈活地解決仿真項目的具體要求。

與TransCAD軟體中出行需求模型的集成

通過建立適合的數據調用模組和接口標準，TransModeler成功地實現了與TransCAD巨觀規劃軟體中的出行需求模型的集成，實現二者的無縫銜接和數據調用，方便了用戶在巨觀模型和微觀模型間的互動套用。

對交通需求的靈活描述

TransModeler除了可以像其它微觀仿真軟體一樣，用路口的轉向流量來定義交通需求量和隨機路徑選擇以外，更引入OD矩陣的設定功能，可以通過動態矩陣或車輛出行列表來描述網路上或起訖點之間的交通量，並用路徑列表或路徑選擇模型來表示車流在路網上的分配。這一特色方便了用戶對交通需求描述的靈活性，同時也便利了它與巨觀規劃模型的嵌套和數據調用。

詳盡的參數設定

TransModeler軟體提供了極其詳盡的參數設定功能，具體包括以下模型機制參數、車輛分類參數、車輛行駛特性參數、路徑選擇參數、駕駛員行為參數、道路等級參數、功能等級查詢表、人行橫道參數、常規模式和概略模式參數、通行能力和延誤參數等十個大類。詳盡的參數設定功能，在提升用戶對模型的細節度刻畫能力的同時，也改善了模型逼近現實的準確程度。

強大的仿真結果分析功能

TransModeler提供了豐富的數據指標可供選擇，輸出統計指標包括基本的性能指標（交通量、平均速度和密度）和更複雜的性能指標（交叉口延誤、排隊長度），並且可以生成報告、專題地圖、統計圖表等多種數據結果分析結果。通過把輸出檔案、仿真運行的參數檔案、以及仿真運行信息的二進制檔案保存在一個單獨的運行子目錄中，可以方便用戶隨時進行調用和論證。

仿真網路範圍的無約束性和極高的運行效率

TransModeler中的核心模型是基於美國麻省理工學院（MIT）多年的研究成果（包括跟車、換道、駕駛行為等），經過近二十年的潛心開發而完成，在良好的數據結構支持下，具有極高的運行效率，並且軟體可以將車輛的仿真分布到多個執行緒進行並行處理，以充分利用硬體資源，通過支持多執行緒來發揮多個CPU的性能。如果非用戶的硬體瓶頸，TransModeler將不受仿真網路大小的局限。

例如，在套用TransModeler建立美國俄亥俄州首府哥倫布市的微觀仿真系統時，仿真的區域達到1513平方公里（44.46*34.04公里）。

開放的接口和強大的二次開發功能

TransModeler提供一套GIS套用開發工具庫（GISDK），用於系統的二次開發，尤其是提供地理分析功能。這套工具庫的函式館中所包含的Caliper Script可調用函式的數量高達1000個，還含有完整的建立和管理選單和對話框（包括：工具條和工具箱）、編寫宏語言的程式。用戶可以使用任何的文本編輯器來編輯Caliper Script代碼所編寫的源檔案。例如，用戶可以：

開發自己所需要的用戶界面，諸如選單、工具條、對話框等，突出用戶為特定需求所需要的功能，用以擴展或取代標準的TransModeler界面；

開發增強桌面應用程式用來在伺服器上調用TransModeler，在自己的應用程式中增加地圖功能。

歷史版本

1.1版（首版）於2006年10月23日發布。

1.5版於2007年6月1日發布。

2.5版於2009年12月發布

2.6版（最新版）於2010年6月29日發布。2.6版是在之前2.5版基礎上繼續完善的一個版本。新增或改善的內容有：

1.對道路施工或發生事故情況下的模擬駕駛員行為的算法和模擬道路關閉信息的指示牌的反應做了改進。

2.顯示和分析路徑選擇的校準工具

3.擴展了和SYNCHRO軟體的兼容性

4.更快的算法減少了路徑選擇和動態交通分配的運算時間

5.添加了幾個新的變數，以擴展對交通信號機所用探測器的支持

6.新增和改良了用於描述局域駕駛員行為特徵的參數選項

7.transcad 規劃模型和基於中心線的路網的導入模組做了長足改進，使在交通路網中添加仿真所必須的幾何細節所用的工作量大大減少。

8.高載客率車輛和收費車道的算法和功能提供新增和改良的支持

9.更好的交叉路口行人穿越街道仿真功能

基於TransModeler動態智慧型交通指揮系統

雖然目前國內很多城市在道路上都安裝了許多攝像機、感測器和車載移動GPS系統，它們能將大量實時交通影像及數據傳回交通監控指揮中心，但對交通管理與指揮部門來說看到實時路況容易，而要據此做出交通流量預測卻很難實現。基於TransModeler交通仿真和GIS-T的動態智慧型交通指揮系統是專門為城市交通管理、指揮部門開發的一套直觀的動態仿真、預測道路運行狀況的智慧型交通信息化輔助決策平台。該系統套用動態交通仿真技術，實現了交通信息管理系統的動態智慧型化輔助決策，使交通管理信息能夠得到更高層次的利用，真正地成為了指揮決策的科學化服務工具。

基於仿真和GIS-T的動態交通信息輔助決策指揮是一個非常複雜的系統工程，它將GIS地理信息系統技術、RS衛星遙感影像技術、GPS衛星定位技術、 實時交通流量檢測技術、交通信號控制技術、城市交通規劃路網建模與微觀仿真技術、交通流仿真預測技術、計算機輔助決策系統、交通視頻監控管理系統、交通信息誘導發布系統等多個領域的知識綜合起來，來解決現代城市交通管理這一複雜問題。在TransModeler交通仿真動態預測子系統、交通流量數據採集處理子系統、智慧型交通監控指揮管理地理信息子系統3個子系統的基礎上，建立了一整套匯集電子監控、車輛監管、信息收集、數據套用、交通仿真、交通預測和輔助決策管理於一體的動態智慧型交通管理信息化綜合指揮系統平台。

TransModeler交通仿真動態預測子系統

該仿真系統以中微觀結合的國際主流交通仿真系統TransModeler為核心，是功能先進的交通仿真、交通流分析預測系統。系統可以詳細、逼真地模擬市區路網、城間路網，預測多種出行方式的交通流,顯示複雜交通系統的交通行為和因果關係：

• 基於GIS-T交通地理信息系統的交通仿真軟體(4D-GIS ),支持GIS-T道路數據直接轉換為仿真路網；
• 支持大區域仿真，在1個仿真場景中，能同時支持微觀、中觀和巨觀三種不同解析度的混合仿真模型；
• 支持各類交通控制及智慧型交通系統的仿真；
• 輸入和輸出與出行需求模型接口；
• 強大的路網編輯功能 ；
• 靈活的交通需求描述方法 ；
• 先進的駕駛行為和路徑選擇模型；
• 自帶動態交通分配（DTA）模型；
• 開放的參數設定系統；
• GISDK全面支持二次開發。

TransModeler仿真系統功能強大，在廣泛支持各類交通 設施的同時，還注重細節的仿真。對各類交通行為的精確仿真、以及對路網和交通設施的詳細幾何地理信息描述，使TransModeler交通仿真動態預測系統成為了目前業界功能最強的交通仿真套用平台。系統支持對多種智慧型交通系統（ITS）和交通控制與管理解決方案的評估。系統解決方案包括“實時”行車時間 信息、匝道信號、車道控制信號、可變限速標誌、限定車道使用的信息標誌、封路信息標誌、以及高乘載或收費（HOT）車道價格信息等動態信息標誌（DMS）。這些解決方案並融合了最新的現代交通模型技術：

• 用於管理城市擁堵收費車道（HOT）的基於出行和基於區域的動態價格模型；
• 早晚高峰分別逆向借用的潮汐車道；
• 雙向腳踏車道公路的借道超車；
• 機車和腳踏車仿真；
• 支持和外部應用程式實時互動的編程接口（TsmAPI）。

長久以來，由於技術困難，成本昂貴，在大範圍進行微觀交通仿真一直難以實現。TransModeler仿真系統可以充分利用64位CPU架構和海量記憶體，進一步完善交通仿真的算法和實施，以負擔得起的計算資源達到前所未有的效果。TransModeler仿真系統採用了基於多執行緒的仿真模擬，其在微觀交通仿真和基於仿真的動態交通分配（DTA）方法的超凡運行速度，奠定了行業的新標準。將以前無法想像的超過1500平方公里的全城市大範圍微觀交通仿真，已經在基於TransModeler的交通仿真系統上已成為現實。

交通流量數據採集處理子系統

該子系統以不同方式採集各種路網動態的交通流數據進行初步處理，並提供給TransModeler交通仿真動態預測子系統。採用微波、雷射掃描技術檢測 等多種方式，對道路交通流參數和交通流狀態等多種交通信息進行採集，並充分利用現有的道路視頻檢測數據，為仿真系統提供必要的數據輸入，以完成系統校核與驗證的工作，提高仿真的準確度，以滿足仿真套用實時性、準確性需求。

交通流量數據採集處理子系統與TransModeler交通仿真動態預測子系統之間的數據結構框架圖

1）路段的車型數據採集

在本子系統中，優先選用採用雷射掃描技術的環保分型交通分析路邊站。其採用軸距分型方法，符合環保分型方案，可檢測交通流量、車速、車型等交通參數，非接觸式，路邊安裝，同時可檢測多達5條車道，安裝無需破壞路面，可安裝在隔離帶內或路肩外側，如下圖。非接觸式技術不需要在路上鋪設感測器，從而減少了道 路維護工作。可採用無線傳輸數據和太陽能供電，非常適用於無人值守和無法獲取供電和通信通道的地方。

2）路口的轉向比例數據採集

在本子系統中，優先選用擁有專利技術的智慧雷達感測器——路口轉向交通流分析感測器。採用的是最新一代的24GHz雷達感測器（超級雷達），它向道路發射一束低功耗的微波，並跟蹤它所覆蓋範圍內的所有目標。其雷達原理能夠同時並實時的測量所有反射目標的位置、速度、和角度參數，並對每個物體進行跟蹤檢測，每秒檢測並可輸出20次數據。因此，在檢測區域內的所有目標將被可靠的檢測，並輸出精確的數據，尤其在做路口轉向數據時，此感測器具有得天獨厚的優勢。

智慧型交通監控指揮管理地理信息子系統

該子系統作為一個集成展現和管理平台，負責實現靜態的地理信息、交通設施信息以及動態的交通流檢測信息的數位化、對象化展現和管理。通過交通地理信息系統(GIS-T)技術，採集車道級的道路信息及道路兩旁的基礎設施,並綜合電子地圖及高清衛星影像數據，對道路的全面情況進行多元信息化展示的平台下進行操作控制。該系統全面匯集了視頻監控、闖紅燈監測、治安卡口監測、110/122接處警、GPS車輛定位、交通信號控制、交通應急管理、交通信息誘導發布、交通預測簡訊通知發布、指揮調度管理、輔助決策等多種交通管理技術套用。智慧型交通指揮管理地理信息系統為交通管理者提供了一個以交通地理信息系統 （GIS-T）為基礎的交通管理可視化的環境。