【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！

hailiyu

下面引用由richterzqx在 2005/03/11 09:38am 发表的内容：
上面两个团队开发的东西很好，我很羡慕。
不过我想谈谈学术之外的东西：
国内做过交通仿真的很多，但真正达到实用化的现在还没有。一般都是科研单位为了课题需要或为了博士毕业。
因此我认为若要实现一套商品化　...

whutits

我是初学者。
看了大家的精彩讨论，深受启发

xjtuits

好长时间没来灌水了，但我仍旧经常在论坛潜水。DynaCASTIM最初得到版友的关注是从本论坛开始的，黄海军教授、高自友教授和MIT的杨齐博士对系统的开发提供了很中肯的意见，还有许多版友的建议，对我们坚持把这套系统做下去起了很大的鼓励与监督作用。师弟(Thickicesong)曾多次建议给系统取一个让人容易记住的名字"DynaCHINA"，让人一看到就知道是中国人做的，呵呵。实际上我现在还是感觉DynaCASTIM这个名字比较亲切，英文解释很自然，而且是我自己最初给软件取的名字，也为版友所熟悉。
去年底，DynaCASTIM的主要模型和算法实际上都做到软件中去了，并且能够实时产生交通估计与预测数据，包括动态OD流量的估计与预测，基于MSA（连续平均）算法进行多次迭代，确实可以产生更好的估计结果。要进入到现场测试阶段，还需要做不少工作，包括改善人机接口和数据输入输出功能，不断调试发现软件中的bugs，另外一大块任务就是大量参数的离线与在线标定。技术积累实现上述任务不会有太大问题，只是还需要一段时间。另外，仿制DynaMIT走到这一步，我相信跟MIT的原型系统差距不会太大，接下来要走的路就是结合本国本地的实际情况有针对性地取舍或者开发相应的模型与算法，这方面国外再无多少可借鉴的东西，必须自己去思考去完成了。
今年2月底，我来到美国亚利桑那大学土木与工程机械系进修，作为研究工程师与DynaSmart的两位主要开发者Yi-Chang Chiu和Xuesong Zhou(the University of Utah)教授合作。从3月1号开始，与Zhou一起修改DynaSmart的路网编辑系统DSPEd，以增加新的功能和更方便实用。DSPEd以前是由ITT公司开发TSIS(CORSIM)的人员写的，不少源代码直接来源于TSIS系统。经过3周的工作，昨天已经初步实现了需要的功能，感觉还不错：） DynaSmart-P目前用在交通疏散预案的评价上，针对几个大型路网在做应用研究；DynaSmart-X由Hani Mahmassani教授在马里兰大学的课题组继续改进和维护。
来美国进修的主要目的是希望学习DynaSmart系统的经验（我对DynaMIT很熟悉，但对Smart了解不是很多）。经过和DynaSmart昔日核心成员这段时间的交流与合作，对自己的技术积累是有足够信心的。就这个研究方向而言，在国内只要认真踏实地做上几年，我相信不会比国外同行干得差，大家要有足够信心，呵呵。
DynaCASTIM始终是我的梦想，希望有一天能够真正对缓解交通拥堵发挥作用。在国外进修一段时间后，我将回去尽最大努力让DynaCASTIM长大。

itslu

能在国外学习一段时间真的很不错，除了技术上可以学习，还可以学习科研氛围、科研方法、实验手段。

mliu3103

下面引用由huanghaijun在 2005/03/13 07:05pm 发表的内容：
Laboratory Evaluation of Real-Time Dynamic Traffic Assignment Systems
Authors: Miaou S-P. 1; Summers M.S. 1; Lieu H.C. 2
Source: Computer–Aided Civil and Infrastructure Engineering, July　...

补充一下黄老师推荐的论文

95_Laboratory Evaluation of Real-Time Dynamic Traffic Assignment Systems.pdf (368.8 KB, 下载次数: 212)

2009-5-3 21:54 上传

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[ 本帖最后由 水寿松 于 2009-5-3 21:54 编辑 ]

lovellhe1

看完此贴，花了我两个小时，学了不少东西。
以我个人见解，黄老师在开始提到的几个问题至今仍未很好解决。
我看过不少DTA的论文，包括本贴中提到的Ran的论文曾反复研读，我的观点
DTA理论的至今仍存在太多未决问题，以此推断目前的各类基于DTA的软件均存在致命缺陷。
个人观点，成熟而有效的软件还有待开发！！
交通问题是个系统工程，需要大家的一起努力！

xjtuits

在美国呆了一段时间，与亚利桑那大学和犹他大学的两位教授一起，改进DynaSmart-P软件。结果在3周的时间内，我们就完成了FHWA交给的任务，本来以为不可能这么快完成的。两位教授都是华人，人很好，非常勤奋的学者，均是Hani Mahmassani教授的弟子。他们对待研究的态度可以用“上天入地”来形容，既可以在很好的期刊Tran. Res. Part B上灌水，又承担一些具体的交通工程项目，甚至自己动手为商业软件编写大量的源代码。建议大家有机会去美国学习一段时间，那里确实有非常优秀和务实的学者，学术与生命融为一体，而不仅仅是追名逐利的工具。

xjtuits

个人认为，DTA理论是ITS中非常重要的基础理论。大概有20多年的发展历史，相信还会不断往前发展的。版友中这方面的牛人不少，俺算菜鸟一只了。高自友老师送了我一本他和任华玲博士的著作《城市动态交通流分配模型与算法》，快一年了，还没有读完。期待他们下一版本的著作问世，让我等非数学专业出身的菜鸟不要那么痛苦地去啃那一大堆数学公式。
DTA理论的相关文献我读过一些，也了解一点，刚开始时觉得就是一种数学游戏，写写论文可以，离实际应用相差甚远。但是后来不这么看了。做DTA理论研究的学者在挖空心思改进模型和算法，使之更贴近实际；在完善理论的过程中，通过深挖复杂网络交通流运行的机理，为实际应用提供理论指导并帮助发现解决实际问题的一些新途径，同样具有非常重要的现实意义。DTA理论研究的一些成果已经被面向实际应用的研究项目和商业产品直接采纳，如DynaSmart(SO, UO, MUC分配等), DynaMIT(UO,SO分配), Visum-Online（Bell的PFE路径流量估计器）。这些软件尽管叫做DTA系统，但严格地说，与文献中常常看到的包含一大堆公式的解析DTA模型与算法还是有很大差别的。然而，这些系统均大量借鉴和吸收了解析DTA理论研究的成果，并融入了控制、运筹学、计算机等相关学科里面的很多东西。我认为，如果做DTA理论研究，只要能够提出新的思路、发现新的现象，为实际提供理论指导，做到这些也就足够了，没必要苛求能否实际应用。
其实，DynaMIT的不少相关技术早就应用在一些交通管理中心了，尽管DynaMIT仍在不断测试和改进中；有的跨国公司已将DynaSmart-P用来帮助北京公安交通管理局制定拥堵疏导预案；Visum-Online在2000年左右就已经在柏林和汉诺威的交通管理中心实际发挥作用了；INRO公司的Dynameq以及Caliper的TransCAD都有DTA的一些功能。
对于DynaCASTIM，可能将有很好的现场测试条件，包括国内甚至在美国。作为这个项目的负责人，我衷心地希望吸收更多优秀的成员加入进来，包括邀请美国相关领域的学者参与其中。只有把DynaCASTIM做得足够好、不断取得进步，才能吸引更多优秀的研究人员为之付出，为缓解交通拥堵发挥作用。

xjtuits

DynaCASTIM最新进展
目前，DynaCASTIM的路网编辑功能已有较大改进，用该软件编辑的路网可以直接生成MITSIMLab格式的路网数据文件，MIT的路网编辑软件RNE可直接读入作进一步的编辑；DynaCASTIM也可以读入MITSIMLab格式的路网数据文件进行加工。现在没有时间写帮助文档，待完成后，打算提供给国内外网友免费使用，应该会比MIT的路网编辑器好用：）
今天编辑完成了一个大规模网格型路网，共有1144个节点（其中有超过1000个的道路平面交叉口），4264条单向路段(link)，12792条车道，204个交通小区。机器硬件配置为赛扬CPU 2.8G, 512M内存。
所有link到所有交通小区质心的有效路径离线产生，每个link-zone对之间生成两条，共需50多分钟时间；以此类推，如果每个link-zone对之间产生30条路径，则共需要30个小时的离线计算，并且此期间内存放所有路径到内存中将用不超过40M的内存空间。对一个城市来说，这种离线计算1-2个月的间隔时间进行一次就足够了。在线寻找路径很快，仅是在线查表而已。
采用定时间步长仿真，按照现实时钟1/10的时间步长进行仿真运算，包括车辆动画的实时更新，网络中最多有4万辆车，基本能够运行下去，但计算已比较吃力。此时，仅是将动态OD加载到中观仿真器中，并未进行动态OD的在线估计和预测及出行选择行为更新，更没有进行多次反复OD加载。看来在单台普通PC机上对该大路网做在线交通预测还是有问题的，计算效率满足不了实时性要求；但用于离线动态交通规划是没有问题的。
由于中观模型比DynaMIT更细致，已快接近微观模型了（每辆车都有其速度-密度模型），影响了一些计算效率，或许有进一步改进的可能；此外，集群计算也将是以后重点考虑的问题。
对于该大型路网，其规模已差不多可以达到整个广州城区的大小，尽管网络中定义的路段较短，容纳的车辆较少。总的来说，目前的仿真计算效率还是令人满意的。



[ 本帖最后由 水寿松 于 2009-5-3 22:01 编辑 ]

xjtuits

近来,DynaCASTIM的中观交通模型做了不少修改,包括回流(spillback)建模，各向异性中观交通仿真模型的引入(Anisotropic Mesoscopic Traffic Simulation-AMTS, by Prof. Yi-Chang Chiu, the University of Arizona)，修正了中观交通仿真器中几个非常隐蔽的错误。
现实中，在路口处或者高速路出口匝道附近，不同车道（或者车道组）的车流平均速度可能不同，这是由于不同方向的下游出口容量不同或者下游某个方向出现回流（下游路段车辆饱和）等因素造成的。系统已完全能够描述这种情况。另外，在仿真过程中观察到，路口渠化对于预防交通流“死锁”非常重要。如果路口处所有车道不加限制，均可直行、左转、右转，则当下游路段有交通事件发生时，极易发生死锁。当然，提供预测的交通诱导信息也将对预防“死锁”非常有帮助。另外，尽可能避免交通回流对于预防大面积交通拥堵非常重要。
DynaCASTIM即使同时仿真整个北京市300多万辆机动车的实时运行情况，并进行动态OD矩阵的在线估计与预测，4G的内存也应该够用；最大的问题是计算效率不能满足需要。因此，下一步将向集群并行计算方向发展。目前的测试表明，对于几百个节点（或者交叉口）的路网，在普通的PC机上，DynaCASTIM的中观交通仿真器能够以数百倍于实际交通系统的运行速度进行实时仿真。
关于交通模型，由于我国交通实际情况与国外不同，混合交通流特性非常复杂，特别是在路口处；另外，由于是实时在线仿真预测系统，决定了DynaCASTIM至少要以数十倍于现实交通系统的速度运行，否则就无法做在线路况预报了。因此，在建模精度与计算效率之间需要有很好的协调。DTA中的FIFO在现实中是否合理有待进一步分析；另外，考虑分车型的动态OD数据以及不同车型速度差异可能会让模型更为准确。坦白地说，我仍不相信现在的交通流理论研究已经达到能够准确地刻画道路交通流运行特征的程度。不应该完全依赖于交通流模型，而应该高度重视系统参数(动态OD流量、速度-密度模型参数、路段出口容量参数、Logit模型参数等)的校正特别是在线校正，以抑制交通网络中无时无处不在的随机干扰对预测精度的影响。
近来阅读了不少DynaMIT, DynaSmart, DynaTAIWAN, Visum Online等的最新技术文档，正在形成一些新的思路，尽可能做好DynaCASTIM。
附图分别是Stockholm和Boston的实际路网，直接从MIT开发的MITSIMLab的数据文件中读入，自己定义交通小区(zone)后，即可实现仿真。













[ 本帖最后由 水寿松 于 2009-5-3 22:00 编辑 ]

yangmthgh

很有启发，感谢！~

Kingburg

看来交通流也比较厉害！需要大的实时计算量。

xjtuits

响应斑竹号召，继续报告DynaCASTIM最新进展。
预测式的交通诱导迭代过程：仿真器产生预测的路况->采用PS-Logit等模型模拟出行者对预测路况的响应行为->得到更新的预测的路况(即仿真系统中出行者实际体验到的路况)->判断该更新的路况与先前预测的路况是否一致->不一致，则进行迭代；一致，则实际发布该预测路况给实际交通网络中的出行者。迭代过程一般采用time smoothing algorithm（平滑路段阻抗），但收敛速度很慢。DynaCASTIM采用逆向广义正切法(iGSM，瑞士洛桑工学院Frank Crittin好像近年发表在Operation Research上的论文)进行迭代，据报道，3次迭代就够了，而采用前者至少需要10几次。
花了很大力气去修改中观交通仿真器中的bugs，包括模型中的问题。最初实现该仿真器可能花了3个月时间，但不断发现问题并修改已有差不多两年时间，现在基本上满意了。由于中观交通仿真器具有灵活的“多精度”特征（便于灵活的控制建模精度和运算时间），包括模型与仿真算法的多精度，因此流程相当复杂，花了很长时间才算完全理清楚。模型在DynaMIT的基础上做了修改，考虑到了车流的“各向异性”特征，以后也会考虑将机器学习里面的一套模型和算法用来为道路交通流建模。
基本实现了离线参数和在线参数标定模型与算法，均可融和任何形式的交通检测数据，包括流量、速度、密度、浮动车采集的行程时间数据；而不是以前那样只能输入路段流量数据。离线参数标定用于为系统运行提供必要的模型参数和历史的OD数据；在线标定用于估计并预测参数变化趋势，抑制无时无处不在的随机干扰和未建模因素对交通预测精度的影响。对于满足一定检测器覆盖率的路网（一些实际路网应该很容易满足），可以无需任何的历史OD信息即可通过检测数据反推出动态OD流量。
正在开发信号控制器与系统的接口，接下去主要是数据接口和人机接口的开发和改进，为现场测试做最后铺垫。不断测试与改进可能是一个长期的过程，一下子就能得到完美的交通预报效果恐怕很难。
DynaCASTIM可能于年内在广州或者北京开始测试，这是一项大工程，需要牛人和有实力的单位提供“火力”支持 ：）

xjtuits

麻省理工学院著名的Moshe Ben-Akiva教授带领课题组与北京交通委下属的北京交通发展研究中心开始了项目合作，拟运用DynaMIT和MITSIMLab帮助分析与预测北京的交通拥堵问题。北京大量的浮动车可以为DynaMIT提供最需要的且可靠性很高的实时行程时间数据。
DynaCASTIM的原型尽管参考了DynaMIT，但现在已经实现了不少自己的想法。并且，软件的10几万行C++代码均由自己独立书写，“八国联军”式的代码可能难于理解和控制一些，这或许算是DynaCASTIM的一个特点吧。DynaMIT目前的主要开发人员可能是从清华去MIT留学的wenyang博士生，他已经实现了DynaMIT的集群并行计算，正在开发将浮动车数据用于标定系统参数并估计和预测动态OD矩阵的模块。

附：
Title: Collaborative development of dynamic traffic simultion models for Beijing
Sponsor: Beijing Transportation Research Center
Project Dates: TBA
Research: Beijing';s rapidly increasing traffic congestion has lead the BTRC to undertake a project to develop dynamic traffic simulation models to analyze and predict traffic congestion. MIT will assist BTRC by providing its DynaMIT and MITSIMLab software, and modify these traffic simualtors to better represent the traffic behavior in Beijing. MIT will also work collaboratively with BTRC to design new data collection, develop new behavioral models, perform calibration, and apply the models to study traffic congestion in Beijing.
[来源：http://mit.edu/its/research.html]

[ 本帖最后由 水寿松 于 2009-5-3 22:01 编辑 ]

helin004

请问现在DynaCASTIM测试的结果怎样？TESS为何没有消息？希望楼上各位大牛们尽可能多的实现代码开源，让更多后辈积累技术，感激不尽。。。