希望国内同行能有所借鉴，起到抛砖引玉的作用。

1.1  简介

在英国，微观交通仿真模型的研发始于上世纪八十年代，九十年代在实际项目中开始使用。目前英国常用的微观交通仿真软件有AIMSUN，Paramics（SYSTRA公司）和VISSIM。不同微观仿真软件所建立的仿真模型和数据输入比较相似，它们在跟车、变道和可接受间距模型的共同作用下，模拟单个车辆在模型路网中的行驶。

和使用经验派生关系的宏观交通模型相比，微观仿真模型可以描述用户（通常是单个车辆，也可以包括行人和骑行者）之间的交互影响，提供更详细地交通运营分析。在拥堵的交通状况下，这一特征显得尤为重要。

1.2   微观仿真模型的使用和认可度

在英国，微观仿真模型广泛应用于交通规划、建设施工和日常运营管理中。在以下情况效果显著：1）不同车辆类型之间的交互关系比较复杂（如交通合并和交织区、或多个路口的信号控制效果）；2）正在设计的干预措施包括优先措施；3）更复杂的技术，如动态信号操作或信号控制优化措施；4）涉及行人和骑自行车者的互动，例如在十字路口。

微观仿真模型有助于更好地了解对交通流量、队列长度、延误和行程时间的影响。这些模型还可以提供这些输出的可变性（通过多个模型运行），从而提供有关行程时间可靠性的信息。

仿真模型的建立以实际调查数据为基础，由富有经验的专业技术人员来完成，并遵循相应的国家或者地方行业技术规范，建模的各个环节实行内部层层把关和外部独立审核机制，因此模型结果可以得到决策者、专业技术人员和大众的接受和认可。

以英国北部的苏格兰为例，几乎所有城镇和大部分主干路网均有微观仿真模型（Paramics模型为主），并得到持续地更新和维护，用于模型地域范围内各种与交通流变化和路网运营变化的项目，包括高速公路改扩建、开发区项目、大型活动组织以及汽车尾气排放等项目。

1.3   交通模型的国家和地方规范

在英国，从国家到地方政府均制定了一系列的技术规范和指导性文件，来指导交通模型（包括宏观和微观模型）的建立和应用。主要包括：

1） 英国交通部制定的《路桥设计手册》（Design Manual for Roads and Bridges，DMRB）“道路项目交通评估”章节；

2） 英国高速公路管理局2001年编写的《交通微观模型的使用和应用》 （The use and application of micro-simulation traffic models）；

3） 苏格兰交通局2014年制定的《苏格兰交通评估指南》（Scottish Transport Appraisal Guidance，STAG）附录“建模和评估软件”；

4） 伦敦交通署2003年制定了《微观交通模型指导说明》（Micro-Simulation Modelling Guidance Note for TfL）。2021年制定了《交通模型指南》第四版（Traffic Modelling Guidelines，Version 4.0）

5） 英国交通部2024年发布的《交通分析指南》（Transport Analysis Guidance，TAG）中包含的《交通分配模型》（TAG Unit M3.1，Highway Assignment Modelling）

美国联邦公路管理局2004年（2019年再版）制定了《交通分析工具箱第三卷：微观交通仿真软件应用指南》。

也有一些指导性文件来自软件开发和咨询公司，如SYTRA公司编写的《微观交通仿真实践指南》。

行业规范的存在使交通模型师（Transport Modeller）的建模工作能够有条不紊地进行。

1.4   模型师的培养和模型师岗位的交通专业协会认证

在英国，交通模型师不只是来自交通类专业毕业生，也有不少来自非交通类专业毕业生。入职后系统性地培训对模型师的成长起着重要作用，新入职人员可以参加公司内部和专业软件公司的培训，团队里富有经验的人员均承担着新入职人员的培养任务。 很多交通模型师从业时间长达二三十年，并可熟练掌握两种以上微观交通仿真软件，富有经验的模型师对模型项目的成功和模型师的培养至关重要。

这里以英国SYSTRA公司为例，介绍一下该公司的交通模型团队的岗位构成情况。SYSTRA公司是一家大型的跨国交通咨询公司，其交通模型业务可以分为宏观交通模型和微观交通仿真两大类。微观交通仿真业务包括：1）Paramics软件开发和技术支持部；2）微观仿真项目咨询部。微观仿真项目咨询部可分为四个团队：1）AIMSUN团队，2）Paramics 团队；3）VISSIM团队；和4）Legion 行人仿真团队。每个团队均有专人负责，设置主任（Director）、主任高级交通模型师（Principal Transport Modeller）、高级模型师 （Senior Transport Modeller）、模型师（Transport Modeller）和助理模型师岗位 （Assistant Transport Modeller）。由于不少模型师可以熟练使用两个以上微观交通仿真软件，各团队之间的人员可以密切合作、按照需要进行资源分配。同时，模型团队人员构成不受城市和国家限制。

交通模型师岗位和其拥有的知识、经验和技能可以得到有关交通专业协会认可，如《英国特许公路与运输学会》（Chartered Institution of Highways & Transportation，CIHT）和《英国特许物流和运输协会》（The Chartered Institute of Logistics and Transport，CILT）等，交通模型师可以申请成为这些交通专业协会会员、高级会员（Fellow），以及注册工程师（Chartered Engineer）等，这些专业协会的认可对提高行业水平和模型项目的认可度起到促进作用。

1.5   仿真软件的选择

和传统交通模型一样，不同微观仿真软件的功能特征和分配方法不尽相同。在咨询项目中，需要根据项目的规模和目标，选择最为适合的软件。

选择软件时需要考虑软件是否能够满足项目目标和模型结果的要求，建模所需时间、以及建模人员是否有足够的经验和技能，以确保项目在预期时间范围内完成。

微观交通仿真软件一般都能够仿真单个或者多个交叉口。一些复杂的仿真软件可以实现动态交通路线分配，能够涵盖较大规模的路网范围，模拟数百个交叉口。

尽管所有的软件都可以模拟单个车辆并进行可视化，不同软件的仿真方法和应用范围有所不同。采用的分配过程也各不相同，从全有或全无（all-or-nothing），到随机多路径分配（stochastic multi-routeing）和动态分配（dynamic assignment）。

一些高级仿真软件（如AIMSUN，Paramics 和VISSIM），在不使用宏观或者中观模型（或者以此为起点）的前提下，可以应用于多种不同的路网状况，对单个车辆进行模拟和分配。

1.6   交通数据的采集和共享

和任何模型一样，准确和全方位的交通数据是决定模型结果是否可靠的最基本要素。英国交通主管部门持续地收集、汇总和发布各类交通数据，如交通量和旅行时间等，供建模和决策使用。

如英国国家高速公路局（National Highways，辖区为英格兰地区）发布的英格兰交通信息系统（National Highway’s Traffic Information System，WebTRIS）。该数据可以提供自2015年4月以来辖区内所有高速公路和“A”级道路每15分钟的平均旅行时间、速度和交通流量数据。

旅行时间和速度是使用多来源的数据组合进行估算的，包括自动车牌识别 （ANPR）摄像头、车载全球定位系统 （GPS）和内置在路面下的感应线圈。行程时间源自于真实观察的车辆数据，使用相邻时间段或不同日期的同一时间段进行估算。

同时，主管部门也会向其他机构（如移动公司）购买数据，供交通建模和决策等使用。

对于不同项目需要的特定数据，会委托专门的数据调查公司进行采集，这些为特定项目采集的数据，均可用于后续相关模型的建模参考。

1.7 模型的交付、维护和使用

模型项目建设完毕以后，建模机构（通常是咨询公司）会将建模使用的数据、模型、建模报告以及审计报告等一并移交给委托机构。委托机构可以持续对模型进行维护，并将模型用于模型区域内的各类交通项目。后续项目可以由原建模机构或者新的建模机构完成。

微观仿真模型涉及很多环节，一个典型的微观仿真咨询项目的结构通常如图 1 和图 2 所示（均摘录于SYSTRA公司编写的《微观交通仿真实践指南》）。

图1  Paramics微观仿真项目进度图

图 1是项目的甘特图。如图所示，在建立和标定模型时，有些仿真工作可以平行作业，如建模和校准工作必须同时进行。图中工期长短为示意，与实际所需时间无关。

图2  微观交通仿真项目总流程

图 2 代表了一个理想的微观仿真咨询项目的模块。这些模块表示的阶段在很大程度上是连续的关系，这些模块可能需要迭代数次。对于每个阶段结束时进行仔细检查很重要，以确保迄今为止所做的工作适合进行下一阶段，并确保它满足项目的需求。

由于篇幅原因，这里对图1和图2中提及的步骤不一一介绍，仅对部分步骤加以阐述。详细信息可以参考SYSTRA公司编写的《微观交通仿真实践指南》和有关规定。

2.1  详细的项目技术说明书

项目有关各方应尽早地积极沟通，对项目技术说明书达成一致意见。项目说明书的主要内容包括：项目目标、对软件要求、模型地域范围、模拟时间段、数据采集，模型校准和验证标准、模型审计、项目进度表、预算和项目负责人等信息。

2.2  数据采集

微观仿真模型通常需要更全面和详实的数据。交通调查数据应通过视频调查方式收集。主要包括：

·  自动交通计数 （ATC）– 通常为 1-2 周的调查，可以提供车辆分类计数和本地速度分布数据。这些数据可用于高峰时间段识别、速度分布创建以及核查线计数等。

·  交叉口转向计数 （JTC）– 通常（但不限于）收集一天，以 15 分钟为间隔提供详细的车辆分类计数，以便在整个小时内对每种车辆类别进行准确分析。

·  自动车牌识别 （ANPR）– 通常（但不限于）收集一天，以 15 分钟为间隔提供不同车辆类别的的起讫点数据，并可以在整小时内对每种车辆类别进行准确分析。ANPR 也可用于出行时间验证。

·  队列长度数据 - 尽管完全收集队列长度数据和进行定量比较通常存在固有的困难，但尽可能提供直观地数据仍然很重要。在所有建模时间段，应定时（即每 5 分钟）记录队列长度。在可能的情况下，应进行视频调查，以便让模型师能够直观地将模型与观察到的情况进行比较。

·  行程时间数据 – 可以从商业 GPS 跟踪源进行整理，可以为整个建模区域收集一天或多天的行程时间数据，然后可用于本地化的速度分布校准和行程时间验证。也可以使用移动汽车观察器方法收集行程时间数据。

·  饱和流量数据 – 对于验证信号路口的停止线通过能力至关重要。

·  信号控制数据 – 通常直接来自当地道路管理机构。这可以包括信号配置文件、时序表、与需求相关的呼叫频率数据、可变绿灯时间数据等。

·  公共交通数据 – 可以在线获取，也可以直接从相关机构获取。一般至少应包括公交路线和时刻表，但也可能包括详细的实际行程时间和在站停留时间。

关于数据的更多信息，请参阅 TAG unit M1.2 《数据源和调查》（TAG unit M1-2 data sources and surveys）。

2.3  模型校准与验证

模型校准和验证应作为两个单独的步骤完成，包括与两个独立的数据集进行比较。

根据英国《路桥设计手册》（DMRB）定义：模型校准是对模型中计算公式所用参数的调整过程，旨在减少模型输出与模型开发阶段使用的输入数据（例如入口流量、交叉口计数、信号计时）之间的差异，使模型能够准确地反映调查数据，并满足模型预定目标。

路网校准是改变与路网有关参数的过程。这些参数既可以与局部路网有关，如改变一个路段的可见度（visibility），也可以涉及整个路网模型，如改变黄色信号灯的反应时间。

模型校准包括：路网校准、建立出行矩阵和出行分配。在这三个步骤中对参数所进行的任何改变均属模型校准范畴。判断模型校准过程中参数改变效果的方法是把模型的输出结果与建模过程中使用的观测数据进行比较。由于模型验证采用的方法与此相似，因此常常产生混淆。

模型验证是把模型输出结果（例如行程时间、出口流量、交叉口计数和饱和流量等）与独立的数据集（即在模型建模过程中未曾使用过或者作为模型输入的观测数据）进行比较的过程。

模型中的路段和转向流量与对应的观测值进行比较有两种方法（这两种方法均可详见于《路桥设计手册》（DMRB）之《高速公路分配模型》3.3.10）：

◆ 模型输出流量和观测流量的绝对和百分比差异

◆ 使用GEH统计量 - GEH统计量是数据比较中常用的卡方统计量，可以同时包含相对误差和绝对误差。定义如下：

其中：

GEH — GEH统计值

M — 模型输出流量；

C — 观测流量。

这两个指标大致一致，满足任一标准的流量都应被视为结果令人满意。

GEH统计值旨在更容忍较低流量下的大百分比差异。例如，如果实际交通量为100时，40%的模拟误差，可以不会对建模产生很大影响。但如果交通量为1000时，40%的误差，会对建模造成很大的影响。当交通量的数值范围很大时，绝对差异值和相对差异值，均不能有效地表达模拟误差，而GEH的引入有效地解决了这个问题。

表 1 定义了路段和转向流量的验证标准。详见于《路桥设计手册》（DMRB）3.3.11。

表1  路段和转向流量验证标准

进行流量验证时验证，应注意以下几点：

·  以上标准同样适用于路段和转向流量；

·  除非获得足够准确的计数，否则应分别提供对小汽车和所有车辆的比较，但不包括对轻型和其他货车的比较；

·  应单独提供每个建模时间段的比较结果；

·  建议在模型验证报告中报告两种比较方法的结果。

表 2定义了出行的验证标准。详见于《路桥设计手册》（DMRB）3.3.15。

表2  出行时间验证标准

关于出行时间验证，应注意以下几点：

·  鉴于轻型车辆和其他车辆的速度/流量关系、以及路段速度不一样，因此应分别对轻型车辆和其他车辆进行比较。否则应将所有车辆类型的比较放在一起；

·  如果按车辆类型验证出行时间，有必要按车辆类型获取出行时间，使其准确度更高以便进行有意义的验证。如果无法按车辆类型取得出行时间，但模型中对轻型和重型车辆使用了单独的速度/流量关系，则应将模型中的轻型和重型车辆速度的加权平均值与调查的所有车辆速度进行比较；

·  应单独提供每个建模时间段的比较结果。

·  验证的出行路径既不能过长（大于 15 公里），也不能过短（小于 3 公里）。路线的行驶时间不应超过建模的时间段。

2.4  模型审计

模型审计的目的是为了判断模型是否满足其应用要求。审计可分为内部和外部审计，主要区别在于内部审计是在模型构建的整个阶段进行的，且需多次才能完成，而外部审计通常是在建模结束后一次完成。

2.4.1 内部审计

在模型构建的关键阶段需要进行内部审计，以便保证整个模型构建各阶段的平稳顺利完成。内部审计无需撰写详细的报告，但是应该记录和保存相关改进建议。

理想的审计人员应该是公司内部对软件非常熟悉，但又没有直接参与模型所属项目的人员。

2.4.2  外部审计

外部审计包括两种类型，根据类型不同其侧重点也会相应地有所不同：

·  咨询公司委托审计 — 在项目成果提交给客户或政府部门前，受咨询公司委任对模型进行审计

·  政府部门委托审计 — 在模型构建完成并且由咨询公司提交后，受政府部门委托对模型进行审计。

2.4.3  审计报告

审计报告通常是书面的文本报告和汇总表。报告中应明确说明当前模型是否可以满足其应用目的。如果不能满足，那么在审计报告中应提出模型调整建议，使模型调整后能够满足其应用目的。

本文简要介绍了英国微观交通仿真项目的应用和实践，涵盖了有关规范、专业机构的岗位认证和建模人员培养，以及对数据的要求和完成项目的一些关键步骤如校准、验证和项目审核等。交通仿真可以量化交通干预的结果，如出行时间，进行经济和环境评估，对决策提供依据。希望国内同行能有所借鉴，起到抛砖引玉的作用。