交通仿真是20世纪50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道路交通现象的交通分析技术。在第一届交通建模与仿真学术会议期间，同济大学教授孙剑就微观交通仿真等问题接受了赛文交通网（China＿7its）的独家专访。（注：文末附会议演讲视频）

1 交通仿真技术发展背景

目前，交通仿真软件以国外为主，国内理论研究很多，但是软件系统不是特别成熟，国内外的交通仿真技术各有千秋。孙剑介绍，从仿真的技术上看，交通仿真分宏观、中观和微观。宏观交通仿真软件，如TransCAD、EMME、TranStar等，本质上属于交通需求分析软件，可以通过流、密、速关系等集聚性的宏观模型来描述交通流。中观交通仿真可以跟踪每一辆车的信息，但中观交通仿真模型描述的是集计行为。微观交通仿真则是对每辆车的行为进行模拟，通过建立个体模型来描述系统的变化过程，最直观的就是通过动画来展示交通系统的运行。

微观交通仿真，是1990年代以后，伴随着PC机计算能力的增强而发展起来的。如VISSIM、Paramics、Aimsun等都是那个年代逐步商业化。2000年以后，美国启动NGSIM（Next-Generation Simulation）工程，他们想重构微观交通仿真模型及软件系统。从个人角度来看，当时NGSIM的成功在于它提供了一些共享的数据集，但是并没有开发出广为接受的新仿真模型。尽管美国TransModeler仿真软件采用了NGSIM的一些研究成果，但并没有在其他商业化软件中得到推广，其原因是现有的微观交通流模型，经过科学细致的标定，能比较准确的模拟西方以机动化为主的交通流特征。

2 交通仿真研究热点技术

近年来，交通仿真成为新的热点话题，那么交通仿真技术的热点又是什么？孙剑提出，2010年以后，国际上有几个方面的热点：

一是多分辨率的仿真，就是将宏观、中观、微观全部集成在一起；

第二个多模式交通流仿真，除了车流的仿真，人流、非机动车流的仿真发展也很快；

第三个就是仿真模型和动态数据的融合，已提供更加准确的系统状态估计和预测。

对于国内的研究人员，微观仿真其实有更大的需求。这个需求有几个热点：

第一，瓶颈区域交通流的仿真，例如交通流的汇入区、汇出区、交织区以及施工区、移动瓶颈区等，现有仿真模型对上述区域的仿真精度非常有限；

第二，就是共享空间交通流仿真，也就是怎样建立更好的模型去模拟这个区域里面，同一个时段，机动车、非机动车、行人等都有通行权的情况；

第三，怎样建立混入自动网联汽车环境下的交通流仿真模型，这是非常重要的。自动网联有两个意思，“网联”指车联网，“自动”指不同等级的自动驾驶汽车，从最基本的L1等级的ACC自适应巡航到L4等级的无人车。这也是国际学术界的热点问题。

孙剑认为目前国外还有一个在仿真应用上的关键问题就是仿真的参数标定。如何将交通仿真软件用在实际交通流场景中，得到可信的结果。欧盟正在开展的一个计划叫MULTITUDE（Methods and tools for supporting the Use, caLibration and validaTIon of Traffic simUlations moDEls），这个计划整合了欧盟十几个国家的研究力量研究怎样提供比较准确的交通仿真。对于一个仿真模型，如果未经过参数标定而直接利用模型缺省参数，会导致仿真结果与实际运行结果的巨大差异，而该问题在我国更加突出。2013年开始，美国也在做一个交通仿真手册，相当于给技术人员的工具书，从如何利用好交通仿真软件到最后如何撰写仿真分析报告，内容非常详细。这是继TRB继推出HCM通行能力手册、HSM交通安全手册以后的第三本大型工具手册。

3 微观交通仿真软件应用现状

关于微观仿真的应用，孙剑认为，微观交通仿真软件是一个非常基础的交通分析工具，无论是政策设计、需求调控措施的评估，还是管理控制方案或设计方案的评估，微观的交通仿真软件都有很大的用武之地。美国众多州交通厅的交通咨询项目要求必须有微观交通仿真分析支持，因为它不仅要展示给决策人员和技术人员，最终要给公众看，方案要公示。

从国内的行业应用来讲，微观交通仿真软件用户量并不少，但还是浅层次的应用居多。主要原因有几个方面：

一是业主对它的重视程度不够，往往更重视看三维动画效果，忽视仿真分析结果的决策支持作用；

二是用户对交通仿真软件的应用水平不够；

三是行业缺乏对仿真软件的使用规范、仿真咨询项目的技术规范以及仿真分析的可信度评估规范等。

4 打造中国自己的交通仿真软件

孙剑表示，我们需要走出消化吸收再创新已有仿真系统和研发具有完全自主知识产权的仿真系统并举之路。目前孙剑教授正在与德国PTV公司合作，一方面提供中国的标准化参数校正方法及使用手册，另一方面，也在将一些自主开发的交通流模型植入现有仿真软件VISSIM。但是他更关注的是如何尽快开发我国自主的微观交通仿真系统。

自2006年，孙剑教授主持开发的TESS（同济交通网络仿真系统）已经过系统完整的测试，并在上海、杭州等城市的实际交通分析项目中得到应用。自此以后，经过8年基础交通流模型的研发和仿真技术储备，自2014开始，TESS NG（TESS Next Generation）重新启动开发，目前已经完成新的路网编辑模块、驾驶行为模块研发，正在100个路口以上的大型网络进行测试，预计2017年新的完整测试版即将推出。

孙剑教授表示非常有信心做出逐步替代国外微观交通仿真软件的产品，因为：

第一，国外的交通仿真软件在中国的实际应用中有很多适应性问题；如前面提到的瓶颈交通流仿真、混合交通流仿真、非机动车交通流仿真等；

第二，国外的仿真模型还存在很多模型结构性错误问题，如共享空间（交叉口内部、机非共享空间）交通流，仍采用link-connector或者link-node型的一维仿真结构，而上述场景需要建立新的二维模型才有望得到精确的模拟结果；

第三，目前仿真软件侧重交通效率指标的评估，对交通安全分析则“无能为力”；

第四，要用开放共享的思维去看交通仿真软件，它已经有几十年的发展历史，如果现在能开发一款操作简单、免费易用并且可以很快得出比较可信结果的交通仿真软件，就有可能替代国外交通仿真软件。

附：第一届交通建模与仿真学术会议 丨 孙剑教授：微观交通仿真的问题与挑战