微观交通仿真技术为交通管控各领域都提供了强有力的支持

随着城市化进程的加快和机动车保有量的持续增长，交通拥堵、事故频发、环境污染等问题日益严峻。如何科学、高效地管理交通系统，提升道路通行能力，成为城市交通管理者面临的重要课题。微观交通仿真技术作为一种先进的交通分析工具，通过模拟交通系统中所有交通参与者（车辆、驾驶员）与道路环境的交互行为，为交通管控各领域都提供了强有力的支持。

微观交通仿真技术是一种利用计算机仿真技术，对交通系统中单个车辆或行人的运动行为进行精确模拟，以再现或预测交通流的运行状况。它关注于车辆或行人在微观层面的行为特征，通过交通参与者间的交互博弈，以实现对车辆行驶轨迹、速度变化等交通系统运行状态的高精度再现。

微观交通仿真模型一般由交通供给、交通需求和控制逻辑构成。

• 交通供给指的是物理路网，包括城市道路空间、公交站点、停车场、行人步行空间等。

• 交通需求指的是交通参与者及其基本行为，包括机动车的跟驰、换道、路径规划模型，行人的行走模型（如社会力模型），公交线路的路径、停靠站模型等。

• 控制逻辑就是交通管理者对于交通冲突的管理手段，包括交叉口信号控制、速度管理、通行权管理（禁行、让行）等。

对上述三部分内容进行数学建模，通过数学公式和算法描述参与者之间的相互作用和决策过程，以实现对交通流的精确模拟。

微观交通仿真技术在交通管控中的应用具有重要意义。首先，它可以帮助交通管理者在低成本、低风险的条件下，对不同的交通管理策略进行模拟和评估，从而选择最优方案。其次，通过微观仿真，可以深入了解交通系统的运行机理，揭示交通拥堵和交通事故的成因，为制定科学的交通管理政策提供依据。最后，微观交通仿真技术还可以与实时交通数据相结合，实现交通系统的动态监控和实时优化，提高交通管控的效率和准确性。

微观交通仿真技术可以用于交通流的控制与管理。通过模拟不同交通管理策略下的交通流运行状态，可以评估其对交通拥堵、交通事故等问题的改善效果。例如，在某丁字路口改善设计时，可以利用微观交通仿真技术模拟无信号控制、信号控制、设置环岛等不同方案下的交通流变化，找到既能缓解拥堵又能保证行车安全的最佳解决方案。微观交通仿真技术也可以用于交通诱导系统的设计和优化，通过模拟不同诱导方案下的车辆行驶路径和行驶时间，为驾驶员提供最优的行驶路线建议。

交通信号控制是交通管控的重要手段之一。通过微观交通仿真技术，可以对不同信号控制方案下的交通流进行模拟，评估其通行效率、延误时间、停车次数等关键指标。根据仿真结果，可以优化信号配时方案，减少交通拥堵和延误，提高道路通行能力。例如，在交叉口信号控制中，可以利用微观交通仿真技术模拟不同相位和绿灯时间的组合方案，找到最优的信号配时方案。

公共交通系统是城市交通的重要组成部分。在公交线路优化中，可以利用微观交通仿真技术模拟不同线路方案下的公交车辆行驶轨迹和乘客上下车情况，找到既能满足乘客出行需求又能减少公交车辆空驶率的最佳线路方案。此外，微观交通仿真技术还可以用于公交站点设置和发车间隔的优化，通过模拟不同方案下的公交车辆停靠时间和乘客等待时间，找到既能提高公交车辆运行效率又能减少乘客等待时间的最佳方案。

微观交通仿真技术在交通事故预防与应急处理中也发挥着重要作用。通过模拟不同交通场景下的车辆行驶轨迹和冲突情况，可以预测潜在的交通事故风险点，并制定相应的预防措施。同时，在交通事故发生后，可以利用微观交通仿真技术模拟不同应急处理方案下的交通流恢复情况，为交通管理者提供科学的决策依据。

高速公路作为城市间的重要交通通道，其交通流状况对区域交通系统具有重要影响。微观交通仿真技术可以模拟高速公路上的车辆行驶轨迹、速度变化、车道变换等微观行为，再现高速公路的交通流运行状况。通过仿真分析，可以掌握高速公路的交通流量、速度、密度等关键指标，为高速公路的规划、设计和管理提供科学依据。

在探讨高速公路数字化运营管理的创新策略中，微观交通仿真技术作为一项前沿技术工具，展现出其在优化资源配置、降低运营成本（“少花钱”）及促进节能减排（“少消耗”）方面的显著潜力。该技术通过构建虚拟仿真平台，深度融合感知设备所采集的实时数据，实现了对多方案比选、交通流精准预测、态势深度分析研判、交通拥堵前瞻性预测以及交通事件影响综合评估等复杂场景的可视化模拟，为高速公路管理决策提供了强有力的数据支撑与科学依据。

高速公路系统作为一个复杂动态体系，其核心构成要素包括“人-车-路-环境”四大方面。值得注意的是，在常规微观交通仿真软件（如PTV Vissim）的应用实践中，尽管“环境”因素难以直接模拟其所有细微变化，但可通过调整车辆行驶速度等参数作为间接手段，有效反映环境因素对交通流特性的潜在影响。这一处理方式虽具一定局限性，却不妨碍微观交通仿真技术在深入分析“人-车-路”相互作用机制及相互影响结果中的关键作用。

具体而言，微观交通仿真技术通过构建高度接近现实环境的虚拟实验场，使得管理者能够在无实际风险与成本负担的情况下，反复测试不同管理策略与措施的效果，从而极大地降低了传统“试错”方法所带来的高昂成本与时间消耗。这一技术革新不仅促进了高速公路运营管理决策的科学化、精细化，也为提升道路通行效率、保障交通安全、优化资源配置等方面开辟了新的路径，是高速公路数字化转型升级不可或缺的技术支撑。

在高速公路的数字化运营管理中，主要有以下几种具体应用场景：

• 高速公路运行态势分析和预警

在高速公路运营管理的深入研究中，机动车交通流的动态变化作为核心议题之一，其运行态势的精准分析对于提升道路通行效率与安全性至关重要。在掌握路网供应信息及交通量数据的基础上，利用成熟的微观交通仿真软件进行交通流模拟分析，已成为一种高效且科学的手段。此类仿真软件凭借其强大的计算能力，能够精确模拟并量化交通流的关键指标，包括但不限于出行时间、延误程度及行驶速度等，为管理者提供了详尽的数据支持。

主流的微观交通仿真软件如VISSIM也可以进一步通过定制化二次开发接口与交通管控平台进行数据交互，实现无缝对接，其应用价值得以显著提升。基于用户预设的特定条件或规则，系统能够自动进行实时预警信息的生成与推送，有效增强了高速公路应急响应的及时性与准确性。

在进行交通流运行态势分析时，数据源的时效性成为影响分析结果的关键因素。若采用离线历史数据作为输入，仿真分析将侧重于回顾性评估与趋势预测；而若接入实时数据流，则可实现交通流动态的即时监控与精准分析，这对于快速响应突发事件、优化交通疏导策略具有不可估量的价值。数据的时效性及其传输过程中的延误问题，需作为分析过程中的重要考量因素。

以下图例展示了高速公路车辆事故场景下交通流运行态势的仿真分析结果。在正常情况下，该高速公路某方向设有三车道供车辆通行。当一辆银灰色车辆因事故抛锚并占据一车道后，剩余车道数减至两道，导致后续车辆通行能力受限。通过交通仿真软件的动态模拟，可以清晰地观察到事故发生后，随着时间推移，该方向交通流运行态势的逐步演变过程，以及由此产生的量化排队长度变化。这一案例不仅直观展示了仿真技术在复杂交通场景分析中的强大功能，也为高速公路应急管理与优化提供了宝贵的参考依据。

• 主动交通管控

在《中国高速公路信息化发展报告（2023）》中，主动交通管控策略被确认为显著提升道路通行能力与交通安全性的关键途径。当前，我国广泛采用的主动交通管控技术体系涵盖了动态速度控制、匝道管理、动态路肩调整、提前排队检测机制及车道动态分配等多元化手段。其中，可变限速控制与交通诱导策略因其实用性与广泛适用性，在实际应用中占据主导地位。

为确保这些主动管控措施的有效实施与最优配置，微观交通仿真技术作为强有力的支撑工具，构建了一个高度逼真的虚拟测试环境。研究人员能够通过模拟不同交通流量情境下的道路运行状况，系统性地评估并对比各管控策略的效果与效率。特别是针对可变限速控制，通过精细化的模拟分析，能够精准界定出针对不同交通流量水平下的最优限速阈值及其相应的速度调控策略。这些调控策略随后被编码为“限速”路网对象，直接作用于仿真环境中的每一辆虚拟车辆，动态调整其期望速度区间，从而实现交通流的精细化管理与优化。

动态路肩控制策略亦可借助微观交通仿真技术得以深入探索与验证。该技术能够根据实时交通流量的动态变化，灵活决策是否开放路肩作为临时行车道，以应对突发性的交通拥堵或紧急状况。通过交通仿真软件的离线测试与评估，不仅确保了管控措施的科学性与可行性，还极大降低了实地部署的试错成本，实现了资源的高效配置与科学决策的目标。

此外，交通仿真技术还被拓展应用于收费站区域的主动管控策略制定，旨在维护高速公路主线的顺畅通行，最大限度地减少无序交通流的干扰。通过模拟不同管控放行策略下的交通流变化，研究人员能够精确评估其对整体交通状况的影响，为制定科学合理的收费站管理方案提供了坚实的数据支持。

微观交通仿真技术在推动主动交通管控技术发展与优化中发挥着不可替代的作用，为构建更加安全、高效的高速公路交通系统提供了强有力的技术支撑。

• 数字设计模型结合分析

在探讨高速公路设计的数字化转型过程中，集成数字模型与交通仿真软件的方法，为实现设计至运营管理阶段的无缝衔接与交通流深度分析提供了创新途径。本文旨在阐述如何将BIM（建筑信息模型）技术与交通仿真技术深度融合，构建一种全生命周期的数字化设计框架。这一框架不仅限于设计图纸的电子化，更实现了设计数据与运营预测数据的集成，从而在虚拟环境中精准再现高速公路的路网基础设施几何信息，并动态模拟通车后不同典型日及时间段的交通流量变化。

技术实现路径上，我们探索了两种核心策略：其一，利用OpenRoad等标准化设计文件格式，直接导入至如VISSIM等微观交通仿真软件中，这一流程有效缩短了数据转换周期，确保设计细节在仿真环境中的精确再现，为交通流预测与优化提供了坚实的数据基础。其二，反向操作同样具有价值，即将微观交通仿真软件生成的车辆轨迹数据，以结构化的文本格式导出，并集成至BIM模型中。这一创新做法使得BIM模型不仅限于静态展示，而是能够动态反映交通流的实时变化与未来趋势，极大地增强了设计的可视化效果与量化分析能力。

通过上述技术路线的实施，我们实现了设计阶段与运营管理阶段数据的“多体复用”，满足了复杂交通系统规划与设计对于可视化、量化分析的高标准要求。这不仅提升了高速公路设计的科学性与预见性，也为后续运营管理提供了精准的数据支持与决策依据，是推动交通基础设施智能化、精细化管理的关键一步。

图6：BIM模型和VISSIM仿真模型的结合应用（例子来源于：深圳市政院）

• 在改扩建施工方案优化及评估

在改扩建工程实施阶段，对交通组织方案的科学规划与优化显得尤为关键。为此，运用数字化手段，特别是通过交通组织仿真技术，来系统性地评估与改进施工期间的交通管理措施。针对改扩建施工中可能涉及的车道封闭、路幅调整等复杂情景，构建微观交通仿真模型，能够量化评估不同施工方案对既有交通流的影响，并据此提炼出最优的交通组织策略。

具体而言，首先构建了基于微观交通仿真技术的精细化模型，通过该模型能够精确模拟施工路段的车辆行为，包括车道变换、加速减速等微观操作，从而评估在特定车道关闭情境下，施工道路通行方案的可行性与效率。仿真测试不仅考虑了施工对交通延误的直接影响，还细致分析了车辆排队长度等关键指标，确保所提出方案能够在既定延误阈值与排队长度限制内，有效保障车辆顺畅通行。

当微观仿真结果显示施工期间的交通拥堵与延误问题较为严重时，可以开展宏观层面的交通流量调控策略研究，利用宏观交通仿真技术，我们对局部高速路网及其周边公路网络进行了全局性分析，通过模拟不同交通诱导措施下的路径分配变化，预测并评估了新交通组织方案对流量分布的影响。这一过程不仅帮助识别了潜在的交通瓶颈与拥堵热点，还为实施跨路网的联动分流措施提供了科学依据，有效缓解了改扩建施工对周边道路交通体系造成的不利影响。

通过综合运用微观与宏观交通仿真技术，为改扩建施工期间的交通组织优化提供了一套量化且可视化的数字化解决方案。这一方案不仅提升了施工期间的交通管理水平，也为类似大型基础设施建设项目中的交通规划与管理提供了有益参考。

本文探讨了微观交通仿真技术在城市交通与高速公路管理中的应用。该技术高精度模拟交通行为，助力科学决策，优化资源配置，降低运营成本，促进节能减排。在高速公路管理中，它精准预测交通流，优化通行效率，保障安全。同时，推动主动交通管控发展，支持改扩建施工优化。结合BIM技术，实现设计数字化转型。总之，微观交通仿真技术前景广阔，将在未来城市交通智能化、精细化管理中发挥关键作用。