2024年11月3日~6日，2024中國智能交通大會(huì)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(chǎng)演講整理而來，未經(jīng)本人審核，如有錯(cuò)漏，敬請(qǐng)諒解。

前言

在交通管理措施實(shí)施之前需要進(jìn)行預(yù)先評(píng)估，也就是仿真。交通仿真能夠優(yōu)化交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)自動(dòng)駕駛場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試，提升自動(dòng)駕駛技術(shù)，對(duì)新能源汽車進(jìn)行布點(diǎn)，促進(jìn)新能源汽車普及，支持出行服務(wù)模式創(chuàng)新，評(píng)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(shí)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(yùn)行交通建模，VISSIM自1992年進(jìn)入市場(chǎng)以來已經(jīng)成為模擬軟件的標(biāo)準(zhǔn)；SUMO是一個(gè)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(jià)格相對(duì)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(dòng)駕駛仿真、交通信號(hào)配時(shí)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(hào)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?yàn)槭翘摂M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(gè)交叉口連接的情況下也能實(shí)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(chǎng)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(chǎng)景，得到更真實(shí)的效果；此外，還支持適應(yīng)國情的定制化特殊場(chǎng)景左彎待轉(zhuǎn)區(qū)，以及能夠精準(zhǔn)再現(xiàn)高架橋獨(dú)特的交通狀況，為特殊場(chǎng)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(jī)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(gè)信號(hào)燈路口組成，原先實(shí)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(yàn)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(tuán)隊(duì)依據(jù)實(shí)采數(shù)據(jù)，在2023年10月對(duì)中山門大街8個(gè)交叉口路段進(jìn)行雙向綠波優(yōu)化，并用仿真平臺(tái)進(jìn)行評(píng)估和預(yù)驗(yàn)證，確定配時(shí)優(yōu)化方案后再落地實(shí)踐，雙向綠波優(yōu)化后中山門大街該路段行駛體驗(yàn)改善明顯，尤其是該路段的綠波時(shí)速設(shè)計(jì)為45公里/小時(shí)，接近實(shí)際行駛速度，駕駛者可以不刻意控制速度，自然駕駛通過，實(shí)現(xiàn)了無感化綠波體驗(yàn)。

進(jìn)行落地實(shí)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(duì)比，發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果趨勢(shì)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(jí)仿真？事實(shí)證明是可以的，比如能夠直觀呈現(xiàn)出某地級(jí)市核心區(qū)，60個(gè)路口、220個(gè)路段的場(chǎng)景，也就是實(shí)現(xiàn)微觀，在微觀的疊加上形成宏觀。

此外，一般由經(jīng)驗(yàn)估計(jì)評(píng)估異常交通事件造成的影響，而仿真軟件通過對(duì)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?dòng)駕駛混合交通流仿真，軟件對(duì)自動(dòng)駕駛車輛行為進(jìn)行建模，模擬自動(dòng)駕駛車輛和普通車輛混行的交通流規(guī)則和參數(shù)。

二、強(qiáng)化學(xué)習(xí)接口

LiikeSim提供的API接口不僅支持對(duì)仿真對(duì)象（如車輛、信號(hào)燈等）的控制，還允許用戶檢索和修改仿真對(duì)象的屬性值，這些接口具備實(shí)時(shí)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(jì)，用戶無需深入了解軟件的內(nèi)部工作機(jī)制，就可以通過接口控制與訪問仿真對(duì)象，實(shí)現(xiàn)所需的仿真場(chǎng)景。

接口優(yōu)勢(shì)具備三方面優(yōu)勢(shì)，一是具有靈活性和擴(kuò)展性，API接口的設(shè)計(jì)允許用戶根據(jù)自己的需求輕松擴(kuò)展仿真功能，添加新的仿真對(duì)象或修改現(xiàn)有對(duì)象的行為；二是能夠強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練，API接口為強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法提供了一個(gè)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(chǎng)景應(yīng)用，接口支持多樣化的交通場(chǎng)景設(shè)置，用戶可以根據(jù)研究或測(cè)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(cè)試自適應(yīng)交通信號(hào)控制場(chǎng)景。

三、仿真示例

基于強(qiáng)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(shí)段車輛的匯聚和分流常?？赡軙?huì)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(jì)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(shí)交通系統(tǒng)通過感知系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，對(duì)控制方案的效果只能進(jìn)行“事后”評(píng)價(jià)，使得方案效果測(cè)試代價(jià)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(tái)可以對(duì)方案進(jìn)行“事前”的評(píng)價(jià)，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(cè)接口，采集交通流量狀態(tài)，再由強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型計(jì)算可變限速和匝道配時(shí)，最終下發(fā)更新后的限速、配時(shí)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(qiáng)化學(xué)習(xí)的單交叉口交通信號(hào)控制案例。

仿真軟件和強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)交叉口信號(hào)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(duì)于強(qiáng)化學(xué)習(xí)模型來說，若能保證獎(jiǎng)勵(lì)曲線總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)則說明智能體有成功學(xué)習(xí)到控制策略。

自動(dòng)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(chǎng)景和車流畫面，真實(shí)反映自動(dòng)駕駛事故發(fā)生場(chǎng)景，獲得智能優(yōu)化策略。

責(zé)任編輯：石旭