VISSIM ARAMICS TSIS仿真软件对比分析

三大着名的仿真软件（VISSIM/PARAMICS/TSIS）对比分析

VISSIM仿真系统

VISSIM是德国PTV公司开发的微观仿真软件，是一种微观的、以时间为参照、以交通行为模型为基础的仿真系统，主要用于城市和郊区交通的模拟仿真中。它采用的是一个离散的、随机的、以0．1s为时间步长的微观模型。车辆的纵向运动采用了基于规则的算法。不同驾驶员行为的模拟分为保守型和冒险型。VISSIM提供了图形化的界面，用2D和3D动画向用户直观显示车辆运动，运用动态交通分配进行路径选择。VISSIM可以模拟轨道和道路公共交通、自行车交通和行人交通，由仿真获得的交通特征数据可以评估不同的选择方案。它能够模拟许多城市内和非城市内的交通状况，特别适合模拟各种城市交通控制系统，主要应用有：(1)由车辆激发的信号控制的设计、检验、评价；(2)公交优先方案的通行能力分析和检验；(3)收费设施的分析；(4)匝道控制运营分析；(5)路径诱导和可变信息标志的影响分析；(6)路段、交叉口及整个交通网的通行能力和交通流分析；(7)评估不同的设计规划方案和交通组织方案；(8)评估环形交通；(9)评估收费系统和其他交通服务设施；(10)评估智能交通系统的效果(如路径选择系统)；(11)大型公交车站的功能分析：(12)复杂交通设施各种运行方式的优化设计(如信号灯控制的路口和无信号灯控制的路口的组合和协调)；(13)信号灯控制程序的设计和优化：(14)设计公交优先系统；(15)2D和3D模拟结果的动态演示等。

在VISSIM模型中，信号灯控制程序可以在定时控制或者感应式信号程序方式下进行模拟。在信号控制程序的模拟时，西门子、飞利浦、PTV、BASEL

等公司的产品都可以与之兼容。VISSIM仿真系统中，对于交通流和信号控制之间有一个接口，通过这个接口可以在检测器数据和信号灯控制参数之间进行数据交换。仿真结果可以是视窗动态交通流演示，或者是最后输出多种重要交通参数的数据表格。VISSIM的交通流模型既可以模拟一条车道上的车队行驶，也可以模拟车流在车道组中的变换情况。利用这些交通特征数据可以按照交通服务水平标准确定交通运行状况，进行多种措施预期实施效果的比较。

PARAMICS仿真系统

英国的Quadstone公司开发的Paramics是表现最为出色的商业化交通

仿真产品之一。Paramics从1992年开始开发至今，融合了欧美众多交通及计算机领域科研机构及专家的努力和智慧，具有细致的路网建模、灵活的信号及车辆控制、完善的路径诱导、丰富的编程接口、详尽的数据分析等特色。由于采用了并行计算技术，仿真的路网规模可达上百万个节点，4百多万个路段，3万多个小区。在ITS的研究中，Paramics有突出的表现，能仿真交通信号、匝道控制、检测器、可变信息板、车内信息显示装置，车内信息顾问，路径诱导等。而且用户可以通过API函数定义特殊的控制策略。它还能够从SATURN、NESA、TRIPS等读取有关节点和路段的信息。Paramics目前在世界许多国家得到了广泛应用。英国的联邦政府利用Paramics测试交通路网和高速公路的设计、评价交通控制策略和尾气排放水平，以及研究中远期的交通规划、管理战略。除联邦政府外，还有大约10个主要城市的地方政府也使用Paramics辅助交通管理和公共系统。使用Paramics的私人企业有英国最大的

超市连锁店Asda、苏格兰能源公司和英国最大的酿造公司Scottish以及Newcastle。在美国，加州大学埃文分校使用Paramics网络试验基地进行智能交通系统方面的研究：着名的Oak Ridge国家实验室与联邦公路局合作利用Paramics对他们现在使用的交通软件进行评估和比较。另外，美国交通部也开始购买Paramics进行高容量车行道和环行道路设计方面的研究。在美国应用Paramics的还有私人咨询公司以及学术机构(加州大学伯克利分校、犹他大学、新泽西大学、布鲁克林大学等)。在日本，咨询公司SSRI和OriCon 应用Paramics承担了日本建设部的PWRI项目，包括为东京——名古屋高速路系统提供可行性研究和东京都市高速路系统的研究。新加坡陆路交通管理局(LTA)应用Paramics进行城市交通规划、交通控制策略评估和道路收费系统评估。据Quadstone Limited公司发布的信息，当前已有比利时、丹麦、加拿大、马来西亚、澳大利亚、阿根廷、美国、英国、德国、荷兰、新加坡、中国香港、中国台湾等的交通建设和管理部门和科研机构采用Paramies作为交通研究工具，我国深圳市的城建部门也使用Paramics进行城市交通规划研究。Paramics具有如下的功能和特点：

●清晰地表现路网的几何形状，包括交通设施，如信号灯、检测器等；

●实现驾驶员的行为模拟；

●车辆间的相互作用模拟，如跟车、车道变换时的相互作用；

●实现交通信号控制策略(定周期、自适应、匝道控制等)；

●能够模拟先进的交通管理策略，如采用VMS提供的路径重定向、速度控制

和车道控制等；

●提供与外部实时应用程序交互的接口；

●模拟动态车辆诱导，再现被诱导车辆和交通中心的信息交换；

●能够应用于普通的路网，包括城市道路的城市间的高速公路；

●仿真路网交通流的状况，例如交通需求的变化，模仿交通设施的功能；

●模拟公共交通；

●提供各类用于交通分析的数据：

●提供结果分析工具。

Paramies的应用领域包括：

●交通管理和控制，在设计阶段，确定信息标志的最佳地点，在运营阶段，

确定优化战略：

●交通控制中心的仿真，描述交通事故导致的拥挤情况，提供交通管理策

略产生效果的细节描述；

●为出行信息提供预测，能够经由服务提供商为出行者提供交通信息预测

和优化的路线诱导：

●智能化的导航功能，Paramics提供了用户控制的路径．费用扰动来模拟

驾驶者对路径．费用感知的变动。

CORSIM/TSIS仿真系统

CORSIM是由美国联邦公路局(FHWA)开发的、综合了两个微观仿真模型(用于城市的NETSIM和用于高速公路的FRESIM)，能够仿真城市道路和高速公路的交通流。CORSIM的目标是交通系统管理的开发和评价。它是一个能够真实再现动态交通的随机交通仿真模型，有先进的跟车模型和车道变换模型，以1S为间隔模拟车辆的运动。它提供了很多指标来量化交通路网性能。

CORSIM提供便于用户观察仿真结果的动画显示。1997年，FHWA发行了一个加强版，大大增强了ITS的仿真，称为TREPGS，主要加强了对高速公路、干线、交叉口、各种车型(小汽车、公交车、货车)、控制策略的模拟。CORSIM主要的缺点在于缺少分配算法，这使得评价匝道控制、事故和出行者信息引起的交通量转移难以进行。

三大软件的优缺点

TSIS软件是基于Windows窗口的集成开发环境，主要由Tshell、TRAFED、CORSIM、RAFVU四个模块组成，其中CORSIM是交通仿真模块，是该软件的核心部分，可现高速公路交通流和普通道路交通流的仿真，目前在美国已经开发了基于该软件仿果的交通信号控制系统(TRANSYT)。TSIS具有先进的跟车模型和车道变换模型，能够每隔15车辆的运动，同时它提供了多种量化指标，方便研究人员考察交通路网性能，而且提供动画来观察仿真结果。TSIS通过既RET.dll实现与VC、VF的接口功能，其中210个函数来表示交通网络的不同属性。不过该软件存在一些缺点，在CORSIM中缺少分配算法，导致很难评价匝道控制、事故和出行信息所引起的交通量转移。

VISSIM软件是德国PIV公司的产品，它是一个离散的、随机的、以0.15为时间步长的微观仿真模型。车辆的纵向运动采用心理一生理跟车模型，横向运动采用基于规则的算法，并运用动态交通分配实现路径选择功能。VISSIM的优势在于可以模拟多种控制信号（SCOOT,SCATS），这点就特别适合城市交通系统的仿真，同时它还为用户提供2D和3D的动画展示路网中车辆的行驶情况。由于VISSIM软件的交通模型的描述精度高，而且所模拟的交通

具有多样性，导致计算机硬件资源的消耗比较大，因而它对计算机硬件要求比较高，同时它还存在对其他ITS技术支持不足的问题。

PARAMICS软件是由英国Quadstone开发的微观交通模型仿真系统，目前在国内外得到广泛的应用，与TSIS软件、VISSIM软件相比，PARAMICS软件能够更好的实现ITS系统的模拟仿真，特别是在出行信息诱导、交通事件、交通流预测以及自适应控制等方面优势明显。

目前在PARAMICS 的编程工具中提供4 大类约700 个左右的接口函数供用户程序调用。这些函数的4大类别是: QPO、QPX、QPG、QPS。其中QPO 类函数用于定义插件程序, 这些程序可以使用户自行建立一定的行为准则, 取代PARAMICS核心模型中的行为准则, 包括当中的跟车准则及车道变化准则等;QPX类函数则主要用于插件程序中为PARAMICS 模型中函数在已有功能的基础上, 再添加某些额外功能,

并在一些事件点上得到触发; QPG类函数用于从PARAMICS 标准模型中取出单个变量的值, 数值来源于仿真或图形引擎, 变量则可以是关于路网、节点、路段、小区、车辆、匝道、信号灯以及可变信息板信标等各个方面; QPS 类函数则用于设置标准程序中单个变量的值。

PARAMICS 模型的这种体系结构为ITS 子系统和交通管理措施的建模仿真以及测试评价提供了一个良好的平台, 这也正是本研究的主要切入点。

但是PARAMICS软件以及前面所述的TSIS软件和VISSIM软件都是西方发达国家根据本国的交通运输状况研发的，如果要应用于国内的交通系统，软件中的参数都需要重新核定。

7种仿真系统的对比分析

Synchro/SimTraffic

最初是为交通建模和信号优化配时而开发的软件包, 随着技术的发展, SimTraffic增加了对高速公路、匝道和环形交叉口的建模功能, 逐渐发展成为一个功能全面的微观交通仿真系统。

TSIS/CorSim

是最早的基于窗口的微观仿真系统。CorSim 仿真模型综合了应用于城市的NetSim 和应用于高速公路的FreSim 的特点。其中CorSim

具有先进的跟车和车道变化模型, 以1 s 为间隔模拟车辆的运动,能模拟定时、动态和协同绿波控制信号、车辆排队、高速公路交织区域以及停车让行控制交叉口等。

VisSim

是离散的、随机的、以0.1 s 为时间步长的微观仿真模型。在VisSim 中, 车辆的纵向运动采用了心理2生理跟车模型, 横向运动

采用基于规则( rule-based) 的算法, 并采用动态交通分配进行路径选择。Paramics

是英国Quadstone公司的微观交通仿真产品。Paramics能适应各种规模的路网(从单节点到全国规模的路网) , 能支持100 万个节点、400 万个路段、32000个区域。Paramics具有实时动画的三维可视化用户界面, 可以实现单

一车辆微观处理, 支持多用户并行计算, 具有功能强大的应用程序接口。AIMSUNNG

是西班牙TSS公司的微观交通仿真产品。AIMSUN Simulator可以处理各种类型的交通网络, 包括城市街道、高速公路和一般公路, 能处理环形道路、干线道路以及混合道路网络。作为有效的交通分析工具,AIMSUN Simulator 能模拟自适应交通控制系统、先进的交通管理系统、车辆引导系统和公交车辆行程安排和控制系统; 能对环境污染和能源消耗进行评估等。MITSimLab/MITSim

由美国麻省理工学院开发, 主要模块包括微观交通仿真模型MITSim 和交通分配仿真模型TMS。其中TMS还包含一个准微观仿真模型MesoTS。TMS通过MesoTS 预测交通网络状况, 产生路线引导和信号控制策略, 并可将MITSim 输出的仿真结果作为输入,为路线引导和信号控制策略提供数据服务。

TransModeler

在继承MITSimLab 模型合理结构的基础上, 增加了一些新的功能。TransModeler 实现了微观仿真、准微观仿真和宏观仿真的无缝集成, 可依据网络范围和仿真解析度选择合适的仿真模型。最为重要的是, TransModeler 将交通仿真模型和GIS-T有机结合起来, 路网等空间数据存储与管理完全采用GIS 数据处理方式, 并且可通过数据库管理系统来管理路网等空间数据。此外, TransModeler 可在GIS-T图形界面上微观显示车辆

运行状况及详细交通状况。

交通设施表达及通信能力

(1)路网描述。

路网是交通系统的骨架, 对路网描述的精确度会对交通仿真效果产生影响。Synchro/SimTraffic、CorSim、Paramics、MITSimLab 和TransModeler 采取“结点-弧段”结构描述路网;VisSim 与AIMSUN 则采用“线连接”结构描述。CorSim对道路编辑可采用定义曲度的方式来编辑道路几何形状, Synchro/SimTraffic路网编辑功能最弱, 只提供简单直线来描述道路,且当道路之间交叉时才能自动生成交叉路口(平面强化) , 难以直接构建立交桥、高架桥等立体道路。其他仿真系统都提供了精确的路网几何编辑功能(折线及弧线)。

在车道描述上, CorSim、VisSim、Paramics、AIMSUN、MITSimLab、TransModeler 都能创建模拟高占有率车道(HOV )、公交专用车道、电子收费车道( ETC )、商务车道等专用车道,SimTraffic则在车道精细描述方面比较粗糙, 不能模拟上述专用车道。在道路交叉口描述上, 由于Synchro存在平面强化的缺点, 其对道路交叉口描述具有一定缺

陷。另外, 在这7个系统中, 只有CorSim没有直接实现对环形交叉口的模拟, 需要应用其他工具开发实现。

(2)信号控制

SimTraffic、CorSim、AIMSUN、TransModeler 的基本模块都能模拟定时、感应式信号以及路口无信号控制等; 而Paramics通过内部VA语言或API、

VisSim通过VAP模块定制来灵活的模拟定时、感应式信号及无信号控

制;MITSimLab 能模拟定时信号、协同信号和感应信号; SimTraffic、AIMSUN、Paramics、VisSim、TransModeler 还能实现其他更为复杂的信号控制, 如协同信号、感应协同信号控制等。在路口信号控制方面, VISSIM、SimTraffic、AIMSUN、Paramics和TransModeler更精细。

(3) 仿真模型与实际检测器的通信。

为了更好地获取实时交通状态信息, 部分交通仿真系统支持交通检测器和仿真模型的实时通信, 使实际检测到的实时交通信息能直接传输到仿

真模型,提高交通仿真和预测的实时性。VisSim 通过Real-Time PRO 模块可实现与高速检测器接口卡、计算机接口和其他接口的直接通信;AIMSUN则通过Data Translator模块实现检测器数据的直接传输和解析, 该模块还能直接解读CAD、GIS 等数据格式; 而Paramics与实际检测器的实时通信则需要通过其Programmer 模块的API接口来实现, 实现方式较为灵活, 但具有一

定开发难度。其他仿真系统尚未开发此类相关硬件接口, 不能与实际检测器直接通信。

车辆行为模型

车辆跟驰、换道、间距接受模型是交通仿真模型的核心。CorSim的跟驰模型使车辆之间保持理想安全的车头时距; CorSim的换道模型中设置了3种换道策略: 因前方紧急情况而进行的强制换道, 因前面车辆低于车辆自由

速度而进行的自由换道和因路口转弯而提前进行的预设换道。在换道模型中考虑了所换车道的可汇入车流间距; CorSim 的间距接受模型中, 当车辆最

小汇入车流间距小于车流中两辆车的间距时, 即可进行车流汇入行为。

SimTraffic和CorSim的跟驰、换道、间距接受模型基本相似, 其最大的

差异在于跟驰模型, CorSim跟驰模型中, 车头时距总是保持1s,而

SimTraffic则随着道路状况、车辆性能和驾驶员性格改变而改变。

VisSim、MITSim 和TransModeler 采用心理-生理跟驰模型和与CorSim

类似的基于规则的换道模型和间距接受模型。

Paramics、AIMSUN 跟驰、换道、间距接受模型采用与CorSim类似的规则, 但描述得更为精细。例如在间距接受模型中,AIMSUN 改进了CorSim的最小汇入车流间距随时间不变的缺点,随着时间的增加, 驾驶员耐性的减小, 最小

汇入车流间距也会随之变化。尽管车辆行为模型还包括其他各类细致的模型, 但上述车辆行为模型基本能够真实细致地反映交通行为。

其他扩展功能

(1)匝道控制。

反映高速公路出入口的车流控制。CorSim、AIMSUN、MITSimLab 和TransModeler 本身具有匝道控制功能, VisSim的匝道控制通过VAP 模块实现, Paramics 通过API 实现, SimTraffic则没有匝道控制功能。

(2)交通事件管理。

CorSim、Paramics、AIMSUN、MITSimLab和TransModeler都在模型内部

实现了对交通事件管理的模拟, 而VisSim 模型本身没有交通事件模拟功能, 且通过VAP模块实现困难, SimTraffic则不具备交通事件模拟功能。

(3)可变信息标示(VMS)

可变信息标示向模拟的车辆提供实时交通信息, 同时会对经过附近的

车辆产生影响。Paramics、AIMSUN、MITSimLab 和TransModeler 都实现了VMS功能, VisSim 和CorSim实现困难, SimTraffic则不

具备。

(4) 公交优先。

大型公交车的行驶尤其是在停车点的停车现象, 对交通流影响较大, 因此需要设置公交优先策略。VisSim 通过VAP模块,AIMSUN和Paramics通过API都可以实现公交优先; CorSim实现困难, 不能直接模拟; TransModeler 具有很好的公交运输模型;MITSimLab在2000 年后也增加了公交优先策略, 而SimTraffic不具备此功能。

( 5 ) 动态交通分配。

VisSim、Paramics、AIMSUN、MITSimLab和TransModeler 都提供动态交通分配功能。CorSim未直接提供,SimTraffic则不具备提供该功能的能力。

(6) 动态路线导行。

在实现动态交通分配的基础上, Paramics、AIMSUN、MITSim和TransModeler 能够实现车辆的实时动态导行,VisSim实现难度较大, CorSim 和SimTraffic 不具备该功能。

(7) 交通堵塞影响模型。

交通堵塞在城市交通中经常发生, 并且对交通影响最大。上述模型都实现了对车辆排队及车队溢出的模拟, 但只有VisSim、Paramics、AIM SUN、TransModeler 具有交通堵塞产生的影响模型, 其他模型则不具备, 只是在跟驰、换道等模型中才能体现堵塞程度, 难以模拟现实交通堵塞影响效果。

分析结论

性能方面

上述7种微观交通仿真系统各具特色。Synchro/SimTraffic具有极强的交叉口仿真性能, 但当仿真范围扩大到较大规模路网时仿真效能要比其他仿真模型差, 因此TSIS/CorSim 在交叉口仿真方面比其他模型稍差, 但对较大规模路网仿真的效果较好。此外, 尽管TS IS/CorSim是商业软件, 但它具有开放源码, 为研究人员从底层开发和改进提供了可能; VisSim、Paramics、AIMSUN无论在交叉口仿真还是在较大规模路网仿真, 都具有较高的效率;MITSimLab模型结构合理, 更适应于交通分配评价和交通流疏导, 而且其绝大部分源码开放, 非常适合研究人员用来进行交通仿真的研究。TransModeler 继承了MITSimLab的优势, 增加了公交运输等模型, 微观仿真能力较高。值得重视的是, TransModeler 将微观、准微观和宏观仿真模型无缝集成, 并与GIS 集成, 构成了一个强大的综合交通分析和管理工具, 代表了微观交通仿真系统发展的方向。Paramics的在性能方面比较突出。

上述7 种微观交通仿真系统都不具备停车引导模型。随着城市居民拥有车辆的增多, 车辆停车问题日益显现, 如果不能合理引导车辆停车, 盲目寻找停车场所的过程将增加更大的交通压力。因

此, 现有微观交通仿真系统需要在停车引导模型上进行扩展。另外, 上述7 种微观交通仿真系统都是西方发达国家业界针对实际交通运输状况而开发的,基本上未考虑混合交通模式相互影响问题, 如人

流、自行车流和机动车流的相互影响, 不能很好地反映中国城市交通现状。

因此, 需要研究适合我国混合交通状况的微观交通仿真模型, 建立行人、自行车仿真模型, 充分考虑大密度的行人、自行车流与机动车流的相互影响, 从而建立适我国国情并具有自主知识版权的微观交通仿真系统。

应用方面

目前国内对VisSim的学习、标定和应用的研究材料都比较丰富，说明VisSim在国内得到了比较好的应用。

VisSim在应用方面比较方便，仿真效果也比较精确，但是在扩展应用方面有明显不足。

Paramics在应用方面实现表现得比较突出并且提供了丰富API接口给外部应用程序。但是不管在数据通讯，还是API函数的应用方面都比较复杂，国内的指导材料也比较少，很难在短时间内掌握。

TSIS/COPSIM相对以上两款软件来说功能要少一些，但是它是一款完全开放源码的软件，有助于研究和开发人员从底层开展学习和研究工作。

综合以上分析，从应用的角度Paramics各方面的表现都比较出色，但是应用难度会比较大。VisSim应用起来则相对容易，但是外部接口比较单一，不易做扩展。