【辣眼深评】-我国自主研发的交通系统仿真平台的全面深入讨论：DynaCASTIM VS TESS！

xjtuits

需要声明一下，我的网名是xjtuITS，我确实毕业于西安交大，并在里面呆了10年多的时间，隶属于电子与信息工程学院的自动化系。现在一个研究所（合办有一家从事ITS等方向产品研发的公司）负责DynaCASTIM的研发。从硕士开始，由师父和师叔引入ITS的研究大门，但那时在西安交大应属于“旁门左道”，现在xjtu应已重视ITS的研究了，不过在国内可能没有多少影响。5年前，我开发了微观交通仿真软件TrafficSim（包含9个路口的微观可视化仿真系统），但没有路网编辑器，没法做成商业软件。当时曾向导师建议，给我5个研究生，两年内我们可以做出一套像样的系统来。但遗憾的是没有机会去开发这样的系统。
我自己在上博士期间还曾给一家大公司开发过一套软件，当时这个项目由一位年轻教授领头（他是计算机博士），我们是从包括微软中国公司在内的好几个大的软件企业里抢过来的一个项目。本来，让博士生动手去写商业软件，我的意见挺大的；但后来赢得了客户的赞誉，也为学校争取到了一点荣誉，感觉还是值得的。现在想来，那段时间的经验确实为现在开发这样的系统打下了基础；否则，项目早就失败了。我已可以比较熟练地基于Visual C++的MFC写代码。
DynaCASTIM采用Rational Rose作为面向对象分析与设计的工具，ERWin作为数据库建模平台，采用STL实现高效的排序与查找算法；不少变量与函数的定义都采用了类似DynaMIT里的命名规则(DynaMIT的软件架构是印度过去的软件高手设计的），不过我可没有搞到他们的源代码：） 总地来说，比较先进的一些软件设计思想和方法我们都尽量采用。

harleych

[这个贴子最后由harleych在 2005/03/15 08:21am 第 1 次编辑]

Rational Rose这种术语都出来了，我的意思并不是说谁谁谁不专业，我从来都不否认交通行业有非常专业的程序员。我的意思是需要有一个能挑头，并长期坚持这项工作才会有成果。

afei2002

严重同意harleych的^_^
其实现在很多学科交叉的现象,比如铁道部和北方交大,就是运输专业和计算机专业交叉学习的情况特别的多啊,这样子就出现了大量的交通行业内的专业程序员的啊,相信其他学校的情况也大部分如此啊
Rational Rose是目前专业级的软件工程建模工具了,但是在大多数的情况好像并不怎么灵光啊,以前的同学劝我好好学学,可惜觉得过于枯燥,放弃,晕
所一采用的工具仅仅是用于提高效率而已,并不能从根本上解决目前软件开发的问题,还不如研究数理模型,数据结构,可视化编辑,交互式功能等等来得有意义,在这种情况下,最终就不得不变成一个"苦行僧"了

itslu

是啊，作软件固定梯队很重要，尤其是核心人物，最好是老师是软件的核心人物。再清华大学陆化普教授主持的十五攻关项目验收时，东南王炜教授也说了这个问题，同时他还说，交运之星之所以一直能发展到现在，主要是因为他是软件的核心，所以才能一直发展。

xjtuits

看了楼上各位的帖子，许多意见是很中肯的。高校里做项目很辛苦，尤其是做商业软件，没有继承性是致命的问题。师弟师妹每接手一个项目几乎都得从零开始，痛苦！DynaCASTIM用了面向对象的建模工具，目前，UML对该系统的作用还只限于和项目组成员交流的便利，并没有完全按照标准的面向对象分析与设计的流程来做。实际上，由于借鉴DynaMIT的东西，很多前期的工作也就跨越过去了。至于数据库的建模，运用ERWin确实便利，可以方便地把设计的数据库转到Oracle,SQL Server, DB2等数据库管理系统中。我想，具体的软件开发在这里就少说了，毕竟这里不是“程序员之家”，呵呵。
但是，开发这样的系统，如何设计数据结构，建立高效的搜索与排序等算法是非常重要的。对于交通网络，我们采用了节点、连接线（两节点间的一条单向道路）、节段（连接线内具有一致几何特征与交通流参数的路段，在程序运行过程中可以动态创建和删除）、车道组、车道、车道连接器、转弯禁止表、交通小区等进行定义。STL作为C++语言中的一种标准模板库，提供了非常好的查找与排序算法，用起来很方便，省得自己去定义链表、动态数组等数据结构了。

水寿松

针对楼上各位的精彩讨论，实行以下的金币奖励：
  ID           奖励金额
xjtuits          2000
irico            2000
huanghaijun      2000
harleych         1000
afei2002          800
richterzqx        100
itslu             100
wxiong             50

xjtuits

谢谢版主的奖励，感动ing：）这几天对DynaCASTIM的路网数据结构作了一次较大的修改，所幸算法几乎没动，三天的辛苦工作终于有点收获。MIT的技术文档上存在一些误导，对数据的定义完全照搬不行，还是得自己搞得很清楚才好。目前，该系统的路网编辑器(RNE)可以将地图的图片文件导入作为地图，沿着轮廓画线，精确地定义每条路段的几何与交通特征参数需要在对话框里手工输入数据。交叉口处道路边线较复杂的连接关系绝大部分可由程序自动生成；少数路段比如两条弧形路段在几何上可能有两个很靠近的交点，究竟哪一个是正确的还没找到可靠的判断方法，只能弹出对话框由人工选择。有了较好的路网模型，在网络中放上车辆，依照特定的模型（中观模型、跟车、换道或者元胞自动机等模型）驱动车辆的运行就不难实现了。希望将来有一天能够公布源代码，为交通科学的研究和实验提供一个模拟的平台。



[ 本帖最后由 水寿松 于 2009-5-3 21:35 编辑 ]

水寿松

[这个贴子最后由水寿松在 2005/03/20 03:37pm 第 1 次编辑]

楼上的说笑啦，实际上从以上各位的热烈讨论中学习很多关于交通流仿真系统平台的知识，受益非浅啊，感动的是我们，许多版友也对我说这个帖子的质量实在很高，从中学习了很多，十分感谢xjtuits、irico、harleych以及黄老师等各位版友给我们带来的精彩的讨论，和听一场报告差不多啊！
实际上基于路网数据结构这一底层模型的建立，有一个比较重要的问题，不知是否考虑完全？就是说现在DynaCASTIM路网模型的建立,是否有针对性,是否是针对某个具体的路网环境来构建的，以后是否能够平滑的拓展至一般性的更为复杂的路网环境，比如说针对大城市互通式立交这样复杂的道路交叉环境，或是像上海市区域广阔的高架道路系统这样的路网环境？毕竟，我想，DynaCASTIM的研发后的市场推广重点还是针对中国大城市这一特定对象的使用，这方面的考虑是不能少的，这一问题实际上是版友dingdangsgb（他似乎做GIS的，发过帖子《分享“基于GIS的决策支持系统：在拥塞的城市道路网中做路线选择分析”》）问的，可能xjtuits没有注意到，我代为再问一下，当然版友csjts也建议考虑面向特征的交通网络数据模型，一并给出吧！
我已经将TRANSIMS的一些资料：3.1版本的技术文档和TRANSIMS在Portland实际执行的Study Reports上传了，现在TRANSIMS已经不允许个人自由下载了！——>http://219.232.54.3/cgi-bin/LB50 ... ;start=0&show=0
版友richterzqx上传的Nagel的仿真书草稿 Multi-Agent Transportation Simulation 是CA模型的一个成熟的应用，大家下载看看挺好！——>http://219.232.54.3/cgi-bin/LB50 ... opic=273&show=0

csjts

[ADMINOPE=水寿松|csjts|威望由 0 增加至 1|积极参与谈论，对论坛有贡献！|1133278970][这个贴子最后由水寿松在 2005/03/20 03:23pm 第 1 次编辑]

高架与立交的确不好描述，宏观路网仿真里还能忽略，如果在精细的交通流仿真中不能有效考虑立交，只考虑平面交叉的话，不能不说是遗憾甚至缺陷。非平面交通网络数据模型（立交、高架、隧道等）这方面国内外有很多GIS-T相关的文献都有讨论，面向特征的交通网络描述只是一个方面。我想DynaCASTIM如果不借助已有的GIS平台，独立开发路网编辑系统的话，我觉得困难还是比较多的。未来可能面临斑竹说的可拓展性、可移植性不强的问题。特别是今后如果DynaCASTIM的研究成果要在动态诱导系统中应用的话，跨平台特性很关键，总不能自己烧ROM吧，赫赫。此外使用通用GIS平台进行路网编辑还有很多优点，以ARC/GIS来说，不仅能够精细的描述路网结构，还可以进行动态分段、建立时空网络模型等，这些特定在GIS-T里边都很有用。当然问题的核心还是要自己建立路网数据模型，只不过在路网编辑与仿真结果可视化方面用到一些GIS平台方便的特征而已。
此外多说两句，Multi-Agent Transportation Simulation 这本书我以前看过，里面路网描述采用Link-Node模型，可以说是比较落后的。现在很多宏观仿真软件都已经不用Link-Node而拓展到Arc-Node了，例如TransCAD，EMME/2等，这样能够对路网进行更细致的描述，特别是多模式综合交通网络的描述。当然这个可能跟交通流关系不大了，赫赫。
交通流方面我是外行初学者，以上是一点个人意见，仅供大虾们参考哈。


点评十分到位，连Link-Node和Arc-Node都非常清楚还说是外行，谦虚了。很好的意见！＋100金币

xjtuits

真的很感谢楼上各位提出这么多宝贵的建议！DynaCASTIM还只是一个刚做不久的系统，但我们会努力把它做下去。实际上，路网描述中，高架和立交比平交要容易得多。比如高架只需分为若干节段，每条节段有不同的坡度；立交的线型用若干弧形节段可以较准确地逼近；平交（三叉、四叉、五叉、环岛等）难于描述的原因在于不大容易控制相交路段在相交处的位置特征。DynaCASTIM的路网实际上是针对一般意义上的路网设计的，包括高架立交、特别是复杂的平面交叉口。在GIS中，形体大概是用点、线、面去加以描述的，通过用折线或者样条等曲线，可以精确地控制道路的线型，描绘出十分逼真的路网。但交通仿真软件不同于公路设计软件，没必要把道路网络描述得十分逼近真实路网，只要满足仿真需要即可。对大型网络，这可以极大地降低内存消耗，提高计算效率。Paramics通过用道路上左右边线若干位置特征点控制道路的走向，MITSIM只定义道路的左边线位置特征，用直线和圆弧去逼近路网，右边线由道路宽度等信息推算出来。相较于MITSIM，DynaCASTIM增加了右边线的位置特征数据。我想，在计算资源有限的情况下，系统能够降级运行，即取消图形显示功能，输出数据直接发送到GIS平台上，提供给用户。实际上，我们现在也在做DynaCASTIM的客户端，是一个基于GIS平台的软件系统。
版主推荐的这篇文章我以前浏览过，不过感觉没什么新意。两种技术一结合，发表一篇文章而已，应付博士毕业的论文要求还不错：） 文中对DTA理论的研究没有实质性的贡献，唯一不同于DTA理论研究者的是增加了GIS的图形显示与分析等功能；对GIS的贡献在于多了其在DTA领域的应用。相比而言，我更愿去读DTA理论研究者写的扎实的文章。谈到这里，我觉得做微观交通仿真如果是用跟车、换道等模型去做是需要勇气的，因为模型缺乏解析能力，除非实际系统开发出来，否则很难得到一些漂亮的结果；对于学术研究，用元胞自动机模型会更有意义，或许它具有解析分析能力，能够摆脱跟车等模型一些繁琐的细节，而把注意力集中在感兴趣的研究问题本身，这方面我了解很少，版主是比较熟悉的。
对于DTA的研究，分为两大门派：解析法和模拟法。在文献中，有时会看到解析DTA研究者认为DynaSmart等系统缺乏解析分析能力，连算法是否收敛这个问题都没法保证；模拟DTA的研究者认为交通系统十分复杂，建立精确的数学模型是不现实的，基于不准确的模型所做的解析分析，其结果也值得怀疑。但实际上，正如黄老师所言，这两大门派有融合的趋势，RAN BIN等解析DTA的研究者采用解析的模型帮助评价模拟DTA系统的性能；模拟DTA大的思想脱胎于解析DTA研究，变分不等式等模型的思想得到了很好的借鉴。最优控制理论作为现代控制理论的重要分支之一，经常成为工程师攻击的对象。给定目标函数，满足一组约束条件，得出了最优结果；在工程中实际应用一下，发现其实是“最不优”的。工业领域不少对象还可以建立较为准确的模型，随机扰动常可以建模，但真正广泛应用的控制算法还是PID，一种很朴素的反馈校正思想。系统仿真法很大程度上是由于研究大规模复杂系统的需要应运而生的，对于很难建立精确模型的领域，不失为另一条研究途径。我相信未来的DTA研究，解析法和模拟法会相互补充，互相促进的。

itslu

在哪里可以下载到冉滨ran bin那本DTA的电子版啊

xjtuits

DEVELOPING AN EVALUATION TOOL FOR A REAL TIME DTA SYSTEM

(1999 Transportation Research Board Annual Meeting)

Michael S. Shin, Bin Ran, Richard S. Oh, Keechoo Choi

In the development of a deployable real-time DTA system, macroscopic analytical DTA models are employed to provide credible benchmarks for evaluating simulation-based DTA models. To achieve this goal, an analytical link-based model and a path-based DTA models are developed to incorporate the rolling horizon implementation, traffic control models, and on-line calibration process. A benchmark evaluation for simulation-based DTA models is the intended agenda of the proposed model, algorithm, and implementation approach. Specifically, a path-based DTA model is discussed in this paper to illustrate the complicated process of model and algorithm development. This model is formulated as a variational inequality (VI) and can be solved efficiently to convergence by the proposed relaxation algorithm. The incorporation of rolling horizon

implementation, traffic control models, and on-line calibration makes the proposed model and algorithm more appropriate for benchmark evaluation for simulation-based DTA models. According to different assumptions of travelers’ route choice behavior, travelers are classified into three different classes, including fixed (predetermined) route class, stochastic dynamic user-optimal (SDUO) class, and dynamic user-optimal (DUO) class.

The solution steps and the combined algorithm are discussed in detail. Computational results are also reported and analyzed.

42_DEVELOPING AN EVALUATION TOOL FOR A REAL TIME DTA SYSTEM.pdf (160.74 KB, 下载次数: 269)

2009-5-3 21:36 上传

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[ 本帖最后由 水寿松 于 2009-5-3 21:36 编辑 ]

huanghaijun

附件是Ran Bin小组的最新论文, 这是DTA目前最漂亮的理论成果之一了. 供学习讨论,并支持楼上的讨论. 应该不算侵权吧. TR-B今年第5期的, 电子版已经可以在图书馆下载了. 如果涉及侵权,请斑竹删之.

43_Ran Bin.pdf (528.01 KB, 下载次数: 402)

2009-5-3 21:38 上传

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[ 本帖最后由 水寿松 于 2009-5-3 21:38 编辑 ]

xjtuits

DynaCASTIM的路网编辑系统原型已开发完成，附上一幅图片。目前，已准备开始做中观交通模型，路径搜索算法已在做了。

在大规模交通网络中为每辆车在线寻找所有可能的行车路径是很困难的事。在模拟DTA中，每辆车到达一个路口时，都需要计算其到目的地的可能路径，并计算路径选择概率；然而，路径费用是时间的函数，时变的k最短路搜索算法很难做。我们打算采用DynaMIT的做法，离线计算网络图中每条连接线到达每一个终点的k最短路，并把所有这些路径存贮起来。在计算过程中，分别针对早高峰、晚高峰、道路畅通、连接线中断等情况分别计算k最短路，并取这些路径的并集。此外，采用递归的数据存储表达方式，可以极大地较少路径存储的内存消耗。

在系统的开发过程中，衷心希望得到版友的宝贵建议，谢谢！



[ 本帖最后由 水寿松 于 2009-5-3 21:38 编辑 ]

itslu

祝贺！