2024年11月3日~6日，2024中國智能交通大會在杭州隆重召開。2024年11月5日，在車路協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展論壇上，南京理工大學(xué)電光學(xué)院教授張偉斌就《面向車路云一體化的交通仿真技術(shù)》做主題分享，本文系現(xiàn)場演講整理而來，未經(jīng)本人審核，如有錯漏，敬請諒解。

前言

在交通管理措施實施之前需要進(jìn)行預(yù)先評估，也就是仿真。交通仿真能夠優(yōu)化交通系統(tǒng)設(shè)計，對自動駕駛場景進(jìn)行測試，提升自動駕駛技術(shù)，對新能源汽車進(jìn)行布點，促進(jìn)新能源汽車普及，支持出行服務(wù)模式創(chuàng)新，評估出行服務(wù)模式效果，助力交通管理系統(tǒng)智能化轉(zhuǎn)型。

來看兩款典型交通仿真軟件，VISSIM是一種微觀的、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用于城市交通和公共交通運行交通建模，VISSIM自1992年進(jìn)入市場以來已經(jīng)成為模擬軟件的標(biāo)準(zhǔn)；SUMO是一個開源、高度便攜、微觀和連續(xù)的多模式交通仿真軟件，能夠處理大型交通網(wǎng)絡(luò)的建模仿真。

這兩款交通仿真軟件都來源德國，引入國內(nèi)帶來了一些“水土不服”，一是價格相對較高，二是提供的接口功能有限，難以滿足一些定制化需求，在此背景下我們開發(fā)了國產(chǎn)自研的聯(lián)坤交通仿真軟件（LiikeSim），能夠用于城市交通仿真、智能網(wǎng)聯(lián)及自動駕駛仿真、交通信號配時和管控仿真等

一、功能介紹

聯(lián)坤仿真內(nèi)置路口模板，導(dǎo)入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，比如交通組織情況、信號配置情況等所呈現(xiàn)出的效果不同，通過快速生成的模式看到仿真結(jié)果，因為是虛擬環(huán)境下過程還能加速，聯(lián)坤仿真最快支持60倍速。

聯(lián)坤仿真支持不規(guī)則交叉口的建模，比如在兩個交叉口連接的情況下也能實現(xiàn)各類交通組織的精細(xì)化；也支持交叉口行人與車流聯(lián)合仿真場景刻畫，能夠準(zhǔn)確描繪行人遇紅燈停、車輛禮讓行人等復(fù)雜場景，得到更真實的效果；此外，還支持適應(yīng)國情的定制化特殊場景左彎待轉(zhuǎn)區(qū)，以及能夠精準(zhǔn)再現(xiàn)高架橋獨特的交通狀況，為特殊場景的交通管理提供了更加科學(xué)的決策依據(jù)。

就南京市中山門大街雙向綠波優(yōu)化案例來說明。南京市中山門大街路口間距差異較大，道路條件較為復(fù)雜，道路沿線有地鐵、醫(yī)院、住宅區(qū)、商業(yè)中心等，作為進(jìn)出城區(qū)的主干道，車流量大且機非沖突較多，從中山門大街到羅漢巷路口到中山門大街到顧家營路口共有8個信號燈路口組成，原先實施了進(jìn)城方向的單向綠波，進(jìn)城方向有一定效果，但是出城方向非常堵塞，行駛體驗較差，需要將原本的進(jìn)城方向單向綠波改為雙向綠波。

我們團隊依據(jù)實采數(shù)據(jù)，在2023年10月對中山門大街8個交叉口路段進(jìn)行雙向綠波優(yōu)化，并用仿真平臺進(jìn)行評估和預(yù)驗證，確定配時優(yōu)化方案后再落地實踐，雙向綠波優(yōu)化后中山門大街該路段行駛體驗改善明顯，尤其是該路段的綠波時速設(shè)計為45公里/小時，接近實際行駛速度，駕駛者可以不刻意控制速度，自然駕駛通過，實現(xiàn)了無感化綠波體驗。

進(jìn)行落地實施之前進(jìn)行交通仿真是必要前提，我們將自研軟件的數(shù)據(jù)與SUMO進(jìn)行了對比，發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計結(jié)果趨勢一致，也就是說明自研軟件的數(shù)據(jù)是比較準(zhǔn)確的。

那么能不能進(jìn)行更大范圍的城市級仿真？事實證明是可以的，比如能夠直觀呈現(xiàn)出某地級市核心區(qū)，60個路口、220個路段的場景，也就是實現(xiàn)微觀，在微觀的疊加上形成宏觀。

此外，一般由經(jīng)驗估計評估異常交通事件造成的影響，而仿真軟件通過對于異常交通事件的模擬技術(shù)，能夠直觀地仿真展現(xiàn)交通事件影響，比如兩輛車發(fā)生追尾，軟件能夠?qū)崿F(xiàn)車輛碰撞情況；并能夠?qū)ψ詣玉{駛混合交通流仿真，軟件對自動駕駛車輛行為進(jìn)行建模，模擬自動駕駛車輛和普通車輛混行的交通流規(guī)則和參數(shù)。

二、強化學(xué)習(xí)接口

LiikeSim提供的API接口不僅支持對仿真對象（如車輛、信號燈等）的控制，還允許用戶檢索和修改仿真對象的屬性值，這些接口具備實時交互功能，構(gòu)建起客戶端與服務(wù)端之間的通信橋梁，通過這種設(shè)計，用戶無需深入了解軟件的內(nèi)部工作機制，就可以通過接口控制與訪問仿真對象，實現(xiàn)所需的仿真場景。

接口優(yōu)勢具備三方面優(yōu)勢，一是具有靈活性和擴展性，API接口的設(shè)計允許用戶根據(jù)自己的需求輕松擴展仿真功能，添加新的仿真對象或修改現(xiàn)有對象的行為；二是能夠強化學(xué)習(xí)訓(xùn)練，API接口為強化學(xué)習(xí)算法提供了一個理想的訓(xùn)練環(huán)境，研究人員和開發(fā)者可以利用仿真環(huán)境中的大量數(shù)據(jù)來訓(xùn)練智能體，優(yōu)化其決策過程；三是能夠?qū)崿F(xiàn)多場景應(yīng)用，接口支持多樣化的交通場景設(shè)置，用戶可以根據(jù)研究或測試的需要，構(gòu)建不同的交通流量、交通規(guī)則和道路條件，包括構(gòu)建車輛碰撞等交通異常行為，或測試自適應(yīng)交通信號控制場景。

三、仿真示例

基于強化學(xué)習(xí)的高速公路合流區(qū)域管控案例。

高速公路合流區(qū)通常交通流量較大，在高峰時段車輛的匯聚和分流常常可能會導(dǎo)致交通擁堵甚至誘發(fā)交通事故，現(xiàn)有的可變限速控制和匝道計量控制方法能夠?qū)狭鲄^(qū)的交通流起到明顯的調(diào)節(jié)作用。

但現(xiàn)實交通系統(tǒng)通過感知系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，對控制方案的效果只能進(jìn)行“事后”評價，使得方案效果測試代價太大，不利于交通控制方案的優(yōu)化提升。借助交通仿真平臺可以對方案進(jìn)行“事前”的評價，直至達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，可以顯著縮短方案的開發(fā)周期，提升方案的有效性。

具體邏輯是基于LiikeSim可視化界面繪制路網(wǎng)文件，后端調(diào)用檢測接口，采集交通流量狀態(tài)，再由強化學(xué)習(xí)模型計算可變限速和匝道配時，最終下發(fā)更新后的限速、配時方案，經(jīng)過軟件訓(xùn)練上千次后可以得到仿真控制結(jié)果。

基于強化學(xué)習(xí)的單交叉口交通信號控制案例。

仿真軟件和強化學(xué)習(xí)算法，實現(xiàn)對交叉口信號燈的智能控制，首先繪制路網(wǎng)，再進(jìn)行參數(shù)配置，輸入車流開始訓(xùn)練，對于強化學(xué)習(xí)模型來說，若能保證獎勵曲線總體呈現(xiàn)上升趨勢則說明智能體有成功學(xué)習(xí)到控制策略。

自動駕駛聯(lián)合仿真案例。

使用LiikeSim和Carla仿真軟件聯(lián)合仿真，進(jìn)行兩車相撞過程模擬示例，通過構(gòu)建豐富的場景和車流畫面，真實反映自動駕駛事故發(fā)生場景，獲得智能優(yōu)化策略。

責(zé)任編輯：石旭