微观交通仿真软件Paramics简介
zz自“北京鹏润鸿博科技有限公司”
微观交通仿真软件Paramics简介
并行微观仿真器Paramics是由英国Quadstone公司开发的用于微观交通仿真的软件包，它为交通工程师和研究人员提供了一个崭新的计算工具，用于理解、模拟和分析实际的道路交通状况。Paramics的实时动态三维可视化用户界面、对单一车辆进行微观处理的能力、支持多用户并行计算，以及功能强大的应用程序接口，使得它从发行伊始就在交通仿真软件市场上引人瞩目，成为交通领域学术界和工程界都广泛采用的主流高级软件工具。到2004年为止，Paramics的最新版本是Version 4.2，可以在所有常用的计算机系统上运行，操作系统可以是Windows9x/NT/2000/XP或UNIX。硬件平台可以是PC机或SUN工作站。
Paramics包括完全并行的路阻计算模块，用来完成巨大规模路网的交互式路阻计算。理论上能够支持100万个节点(nodes)、400万个路段(links)和32000个区域(zones)的路网。它在ITS基础设施和拥挤道路网的仿真上有突出的表现。当前能仿真交通信号、匝道控制、与可变速度标志相连的探测器、VMS和CMS、车内路网信息显示装置、车内信息咨询、路径诱导等。路径诱导策略可以由用户API函数定义。
Paramics是一个完全集成化的软件，它集成了仿真、可视化、交互式路网绘制、自适应信号控制、在线仿真数据统计分析、跟驰、交通控制策略评价、交互式仿真参数调整等功能。能够从SATURN、NESA、CUBE(TRIPS)等相关交通软件读取有关节点和路段的信息。
自从1996年第一个商业版的软件发行以来，Paramics一直在微观交通仿真的软件市场上占据重要地位。Quadstone公司发行的Paramics目前在世界许多国家得到了广泛的应用，在交通规划、管理和决策中起着举足轻重的作用。英国是Paramics的发源地，也是应用Paramics最广泛的地区之一，英国的联邦政府利用Paramics测试交通路网和高速公路的设计、评价交通控制策略和尾气排放水平、以及研究中远期的交通规划、管理战略。除联邦政府外，还有大约10个主要城市的地方政府也使用Paramics辅助交通管理和公共系统。在美国，加州大学埃文分校使用Paramics建立了埃文网络实验基地进行智能交通系统方面的研究；此外包括著名的Oak Ridge国家实验室、美国交通部等在内的美国众多私人咨询公司及学术机构都采用了Paramics进行相应的项目研究。其他使用Paramics的国家和地区包括澳大利亚、阿根廷、德国、比利时、丹麦、新加坡、中国香港、中国台湾等等。
一、 Paramics的系统构成
Paramics是一个先进的交通仿真模型工具包，它由六个主要工具模块组成：建模器(modeller)、处理器(processor)、分析器(analyser)、编程器(programmer)、监视器(monitor)和估计器(Estimator)。其中Estimator是Version 4.0之后新增的模块。
1．建模器
它是核心的仿真和可视化工具，模拟器提供了三个基础的操作过程，即模型建立、交通仿真(3D可视化)和统计数据输出。所有这些功能均支持直观的图形用户界面(GUI)。建模器的功能涵盖了真实交通路网的各个方面，包括混合城市路网和高速公路路网、左行和右行系统、先进的交通信号控制、环形路网、公交系统、停车场、紧急事件及重型车和高通行能力车道。因此，建模器既可以精确模拟单个车辆在复杂、拥挤交通路网中的运行，又能对整体交通状况进行宏观把握。
V4.2版本的Paramics新增了三维的地形底图导入，使得建立的道路模型在外观上更切合真实路网。
Paramics V4.2 三维地形图底图导入示意图
2．处理器
处理器允许用户用批处理的方式进行仿真计算，并得到统计数据输出。批处理通过图形用户界面来设置仿真参数、选择输出数据和改变车辆特征。用批处理的方式进行交通仿真计算不显示仿真过程车辆的位置和路网，因此大大加快了仿真的速度。处理器输出的仿真结果与建模器输出的结果是相同的，但所需的运行时间较少。
3．分析工具
分析工具用于显示由建模器或处理器输出的仿真结果。它提供灵活易用的图形用户界面，将仿真过程中的各种结果进行可视化输出，例如车辆的行驶路径、路段交通流量、最大车辆排队长度、交通流密度、速度、延误，以及服务水平等参数。除了可视化输出，分析工具也提供直接的数字输出或者将数据存为文本文件以备进一步应用。另外，分析器还包括了一个专门的Excel向导，用于过滤大量的数据，并直接输出不同仿真过程的比较结果和统计指标。
4．编程器
编程器为用户提供了基于C++的应用程序接口(API)。应用程序接口使得Paramics具备非常强大的可移植性和可扩充性。例如，Paramics实际上是基于英国的驾驶规则和车辆特性，当用于其他国家和地区时，需要用户编制适当的API程序使之适应当地的需要。用户也可以利用API扩充Paramics的功能，通过加入API程序模块以设计和测试特殊的交通控制和管理策略。Paramics的API现在由美国加州大学埃文分校交通研究中心和日本东京社会科学研究所协助开发
5．监视器
监视器是利用编程器开发的API模块，它可以跟踪计算仿真的交通路网中所有车辆尾气排放的数量，并在仿真过程中进行可视化显示。尾气水平数据每隔一定时间写入指定的统计文件进行保存。
6．估计器
估计器用于微观层面OD矩阵的估计。与传统的“黑箱”OD估计不同，估计器提供开放和可视化的结构和界面，允许交通工程师把自己的知识和经验加入估计器的系统内核。在系统运行时，可以通过微调估计程序，压缩传统矩阵估计较长的开发周期，这样就使得估计器比其他方法更快，更具健壮性，更容易审核调整。另外，估计器还提供了全面的API接口，使得研究人员可以定制估计程序，例如使用估计器进行实时的OD估计或短期的OD预测估计。
二、 软件特点
作为一个专门的交通仿真软件，Paramics具有如下特点：
1．模型可视化
随着交通模型的日益复杂，描述模型的数据量也越来越大。Paramics的一个基本目标就是使模型工具的所有数据都具有可视化性能。为此，Paramics提供了一个功能强大的3D可视化系统，允许用户从各个角度来观看整个路网。车辆既可以用简单的矩形块代替，也可以用复杂的车辆外观模型来显示。用户既可以在图形上修改路网，也可以通过变更参数实现对路网的修改，而不需要直接对复杂的输入文件进行操作。
在传统的仿真模型中，用户需要估计路段的交通时间和交通容量作为基本输入，而利用Paramics，用户只需要定义路段的长度、路口布置、车站位置、信号控制物等物理特征，系统就可以自动计算所需参数。
2．微观模型
通常交通流模型大多采用流体模型，也就是说路网中的每一段道路都可以用具有一定流量的路段表示。当流量表现为连续流时，模型能比较好的反映实际的交通特征，但是，当路段上发生堵塞时，流体模型就不能准确反映路段的交通行为。交通流的基本特征表明：当路段上流量为零或者道路严重阻塞时，路段交通流都为零，而实际的流体并不具备这样的性能。另外，我们通常利用OD数据假定路网处于平衡状态，而实际上路网是动态变化的，并不能够达到平衡状态。
理想的交通模型应该能够适用于各种实际的交通状况。Paramics模型的目标之一就是要符合大范围的交通现象，特别是对于交通拥堵的考虑。通过模拟所有单一车辆在路网上的运动状态，可以得到每秒的实际路网图。这为交通工程师和规划部门提供了交通状况的详细信息，而不仅仅考虑单一平衡状态下的路网交通流状况。
三、 应用范围
Paramics是一款评价ITS实施效果的性能卓越的软件，可用于：
1. 交通管理与控制
在设计阶段，通过模型控制策略、路径诱导信息等的效果来确定交通标志的最佳地点。在运营阶段，通过快速的多方案评价，确定交通管理和控制中运ITS的优化策略。Paramics已经被用于许多地方的交通管理和控制系统的仿真，例如伦敦西南的M25、美国明尼阿波尼斯的州际地区等。
2. 交通控制中心的仿真
能够精确反映由于交通事故产生的拥挤情况，提供诸如VMS和广播信息等管理策略产生效果的细节描述。
3．为出行信息提供预测
能够经由服务提供商为出行者提供交通信息预测和优化的路线诱导，它的统计功能提高了可靠性和置信水平。
4．智能化导航
车辆的动态路径诱导选择是Paramics的精华，除了标准的路径费用表，Paramics还提供了用户控制的路径费用扰动来模拟驾驶员对路径费用的感知。采用用户定义的实际路径费用反馈来仿真对路线的学习和车内实时信息的影响，可以针对驾驶员对路网的熟悉程度的不同选用不同的路径费用表。
四、 应用实例
1. 美国Miami中央城区
Leftwich Consulting Engineers, Inc. 成功应用Paramics对迈阿密中央城区的出行模式进行了模拟和分析。道路数据由CAD导入，具体包括
· 分区：380 (59个外部，321内部)
· 交通工具：一般车辆、轻型卡车、重型卡车、轻轨、行人
· 桥梁：模拟轮船通过时的中断
2. 澳大利亚墨尔本港
该道路网络由50 小区(7个外部)、225结点、460路段、20道路类型、13信号交叉口、6种车辆类型，包括高速公路、匝道、立体交叉、重轨线路、3层铁路交叉等。下面是部分仿真界面。
3. 广州新港西路
本公司客户中山大学智能交通研究中心于2003年引入Paramics，用于进行城市微观交通仿真方面的研究。现正进行对具有多重属性的复杂城市路网进行建模及ITS交通控制策略实施、评估方面的研究。
以下给出的是广州市海珠区以新港路为主的部分路网的实体建模图，以及一些复杂交叉口、立交的建模图。
广州市海珠区以新港路为主的部分路网的实体建模图
渠化的江南大道交叉口建模图 三重结构的昌岗立交建模图
四重结构的客村立交建模图
国内一些关于PARAMICS引用的论文：
基于PARAMICS微观交通仿真的ITS项目影响评价研究.郑为中,史其信.交通科技,2004.6 应用PARAMICS微观交通仿真对交通分流计划的比较评价.郑为中,史其信.公路交通科技,2004.11 单线圈模式下交通参数估计研究.李志恒,王振群.交通运输系统工程与信息,2003.4 应用交通仿真软件PARAMICS验证交通分配模型.胡明伟,史其信.中南公路工程,2003.2 基于多智能体的城市交通诱导系统可视化模拟.夏冰,胡坚明.系统工程,2002.5 应用PARAMICS研究ATIS对若干评价指标的影响.胡明伟,史其信.土木工程学报,2002.1
还有一个台湾的关于PARAMICS应用的PPT，内容挺详细，但不知道怎么上传，太大。
