1 TransModeler的前世今生

TransModeler的研发思路最早发轫于1993年MITSimLab时期，它的诞生和杨齐博士以及Caliper公司密不可分。杨齐博士1991年进入美国麻省理工学院土木工程系和交通研究中心学习，期间在导师Haris Koutsoupolos和Moshe Ben-Akiva教授的指导下从事智能交通和交通仿真的研究。1997年初博士毕业以后留校在MIT交通研究中心工作一年半，1998年加入Caliper公司担任交通系统部主任（现任Caliper公司副总），负责TransModeler交通仿真软件的研发。TransModeler研发人员还包括Daniel Morgan、Ramachandran Balakrishna和Srini Sundaram 等当年在MIT从事MITSimLab和DynaMIT 研究的骨干以及一批计算机、数学和交通专家。

TransModeler在Caliper的GIS软件平台上重新开发，它吸收了MITSimLab、DynaMIT和NGSIM等软件模型的研发思路和成果。即使有MIT的软件原型基础，以及Caliper先进的GIS平台和TransCAD交通规划模型研发经验，TransModeler软件研发经过8年，于2006年才发布第1版，最新的版本为6.0/6.1，可见一个成熟商业交通仿真软件开发的周期之长。本文介绍TransModeler软件最新的特点。

2 TransModeler的最新特点概述

TransModeler是非常精确和通用的交通仿真软件，适用于各种交通规划和工程任务。基于最新的研究，TransModeler结合了先进的方法学技术和软件技术，具有无与伦比的易用性。TransModeler具有效率驱动和生产力提升功能，并有专业的客户服务支持，它将使您的模拟分析比以往任何时候都更具成本效益。

（1）广泛应用

•进行各种规模的研究，从单个交叉口到整个走廊或整个都市区。

•使用一套集成工具分析交通影响，以计算ITE出行生成、分配出行和仿真结果。

•使用独特有效的基于微观模拟的交通信号优化进行信号配时研究。

•轻松模拟复杂的高速公路合流和交织段。

•精细地描述所有类型的交通条件，无论是在间断流或连续流设施上，还是在城市和乡村环境中。

（2）方便且经济高效

•简单的道路编辑工具、本地GIS体系结构，以及与多种常见文件格式的导入/导出兼容性，使得实现地面真实道路几何图形和三维可视化变得容易。

•TransModeler使用微观仿真作为HCM分析的引擎，根据仿真性能报告服务水平。它也可作为HCS的演示

（3）先进的功能

•基于微观仿真的动态交通分配利用最高逼真度的驾驶员行为模型，比任何其他分配策略更准确地捕捉拟建项目的重要网络效应。

•多解析度混合仿真允许同一网络的不同部分同时从微观和中观角度运行。

•TransModeler为联网和自动车辆（CAV）建模提供了丰富的功能集，并不断更新最新研究成果。

•不必担心必须购买附加组件才能获得所需的功能。ITS策略，包括管理车道、匝道控制和硬路肩运行，都是现成的标准功能。

（4）集成交通规划和运行管理

•TransModeler仿真模型可与基于出行和基于活动的交通规划模型集成。

•仿真项目的规模和范围没有限制。10多年来，TransModeler广泛用于整个城市、县及其他地区的大型项目。

3、广泛应用

（1）交通影响分析

TransModeler使利用微观仿真支持传统交通研究变得更简单、更具成本效益，如互通式立交改造/合理性研究和交通影响分析（TIA）研究。TIA工具允许您添加建议的开发，并选择内置的ITE或自定义费率来计算出行生成、通过交通和内部出行。从几种自动出行分布方法中选择一种，并在地图上可视化生成的转向流量。为了完成您的分析，模拟有无开发的出行量，并生成任意数量的有用输出报告，包括基于仿真的服务水平结果。

（2）基于仿真的信号协调优化

当您需要了解交通信号操作如何影响网络中的相邻交叉口时，仿真是唯一的选择。在过度饱和的情况下，仿真尤其重要，在这种情况下，排队可能会溢出到上游交叉口或中断交叉口之间的交通到达模式，而其他信号优化软件所采用的传统方法无法很好地解释这种现象。利用TransModeler中独特的基于微观仿真的交通信号优化，计算协调信号的稳健、对操作敏感的周期长度和相位差。

（3）工程与设计

利用地面真实地理和几何图形，以最真实的存储、容量和操作描述仿真交通。导入CAD设计文件以精确复制基础设施项目。此外，无需使用应用程序编程接口（API）或购买附加组件，您可以仿真比任何其他仿真器更多的城市街道功能，例如：

•双向左转车道（TWLTL）和双向车道

•从路缘石渠化到限制交叉掉头交叉口（RCUT）的出入管理控制

•街道瘦身和智慧街道

•公共交通策略，如公交专用道和公交信号优先（TSP）

TransModeler允许您比任何其他微观仿真软件更详细、更精确地模拟交叉口。对于高速公路，TransModeler以其他交通模仿真无法实现的方式模拟驾驶员在合流和交织路段的行为和车辆交互。我们的道路编辑工具可以精确模拟水平和垂直曲率（即坡度），以便您能够捕捉几何延迟的关键影响，尤其是重型车辆。此外，您可以在双车道公路上的超车车道和对向车道上模拟超车。

（4）交通规划

TransModeler是帮助交通规划者确定交通改善项目优先级的最佳工具。使用TransModeler以运营解析度评估各种项目的效益，并选择适当的项目来说明您所在地区的预计增长。TransModeler是多模式的，模拟乘用车、重型车辆、公共汽车、火车、自行车、摩托车和行人影响。您可以进一步定制您的车队，包括将车辆类别指定为具有不同级别的自动驾驶功能。

4、方便且经济高效

（1）简易道路编辑

TransModeler中的道路编辑工具可以轻松建模非标准几何图形和新颖的交叉口和立交设计。TransModeler会自动为您创建道路网络的许多元素，节省您的时间和预算，并具有快捷方式，使日常编辑任务变得简单。使用“路网编辑器”（Road Editor），只需两次或更少的单击即可创建大量网络功能：

•环形交叉口

•转弯岛

•加速/减速车道

•人行横道

•渠化转弯

•公交港湾式车站

•双向左转车道

•中央分隔带

（2）地理信息系统工具

因为TransModeler也是一个地理信息系统（GIS），您可以随时使用大量的GIS工具。从Google Earth自动加载地图图层和谷歌卫图™, 谷歌地图™, OpenStreetMap®、美国地质勘探局地形图，只需单击一次，即可更直接地进入您的项目，使网络创建比以往任何时候都更容易（在国内可以调用各种互联网地图）。围绕点或线图层创建缓冲区，并使用内置工具精确测量距离或坡度。你在同一地区有多个项目吗？可以轻松地将多个项目合并为一个项目。

（3）Synchro导入

TransModeler可轻松输入之前在Synchro®中执行的分析。从Synchro导入网络几何结构、转向交通量和信号配时，并将分析扩展到高速公路设施、其运营或公共交通。

（4）服务水平分析+HCS集成

TransModeler是唯一一个报告基于仿真的服务水平的微观仿真软件，该服务水平和公路通行能力手册的定义高度统一，包括按进口道、车道组和车道划分的交叉口服务水平，以及环形交叉口、互通式立交、城市街道和高速公路的服务水平。TransModeler还是HCS中城市街道和高速公路设施的演示器™, 可以将HCS文件导入TransModeler，以通过仿真扩展HCS分析。

（5）内置三维可视化

借助TransModeler强大的统一性，向观众展示您已完成的设计3D查看器。美丽的图形将通过从各个角度充分捕捉项目，增强公共展示。通过研究区域创建自定义飞行路径，并将其直接记录到3D Viewer中的视频中。使用TransModeler，您可以生产专业和动态的视觉辅助工具，而无需购买额外的、昂贵的3D建模软件或在软件平台之间传输街道几何图形和车辆轨迹。

5、先进的功能

（1）动态交通分配（DTA）

DTA是一种工具，用于在短时间间隔内模拟驾驶员路线选择和拥堵模式之间的复杂交互。TransModeler是目前非常先进、具成本效益的DTA平台，能够进行基于微观仿真、基于中观模拟以及基于微观和中观仿真的混合DTA。其独特的基于微观仿真的DTA是唯一能够适当解决交通问题的工具，这些问题需要详细处理驾驶员行为和网络性能，而这些是中观DTA或传统静态交通分配方法所无法提供的。

（2）微观、中观和组合混合仿真

除了最详细的微观仿真外，TransModeler还可以仿真具有中观和组合的微观和中观（即混合）解析度的交通。TransModeler的中观模型将单个驾驶员和车辆的微观表示与计算优势（集计的速度-密度关系）结合起来。

TransModeler还提供了一种混合仿真能力，其中高解析度微观仿真可以很容易地与选定路段上的中观仿真混合。网络中最敏感和最感兴趣的区域可以通过微观仿真进行模拟，其他区域可以在单个网络中使用中观仿真进行模拟。这种混合能力使我们能够以适度的计算能力模拟非常大的网络，而不会牺牲最需要的准确度和详细程度。

（3）联网和自动驾驶车辆

TransModeler整合了FHWA最近进行的最新研究，以研究CAV车辆对地面运输系统的潜在影响。TransModeler中CAV建模的一些亮点包括：

•将SAE国际自动化水平应用于默认和定制车辆等级。

•分析CACC和速度协调对各种定制跟车模型的影响。

•创建专用AV车道（例如，仅限CAV快速车道），并指定这些车道上允许的自动化水平。然后，车辆可以在某些道路上进行AV操作，在其他道路上进行人工操作。

•模拟明确识别CAV出行的出行列表，如ABM创建的出行列表。

（4）智能交通系统

您可以模拟主动交通管理系统（ATM）和智能交通系统（ITS）策略，而无需购买任何附加组件或编写任何代码。您可以分析的ATM及其策略包括：

•可变车道

•硬路肩运行

•速度协调

•匝道信号控制

•可变限速标志

•电子收费

（1）管理车道

TransModeler是一个完整、灵活的解决方案，用于分析管理车道项目。TransModeler模拟现场的数据收集和信息传播，包括监控系统的摄像头和探测器、向驾驶公众传达当前价格的动态消息标志（DMS）以及计算价格更新的后台系统。在DTA的帮助下，您可以探索延误和旅行时间节省之间的权衡，这是驾驶员愿意支付的根本原因。TransModeler支持任何分布的时间价值，模拟多种定价策略，并提供详尽的收入报告，以便您能够充分探索设计的流量和收入影响。

6、集成交通规划和运行管理

（1）规划模型集成

TransCAD是Caliper公司市场领先的出行需求模型软件。TransCAD和TransModeler共同为集成需求和交通建模提供了前所未有的能力。使用TransModeler和TransCAD对交通改善项目和计划进行运营分析。TransModeler可以更详细地分析大规模网络或网络子区域，以更好地了解重复性或非重复性交通拥堵的程度和来源。TransModeler可灵活地与以下各项集成：

•基于出行的模型和基于活动的模型（ABM）

•其他规划软件平台

TransModeler通过允许您从流行的规划模型和GIS应用程序（如TransCAD、Cube、Emme）导入街道网络和出行表，简化了仿真与出行需求预测的使用。TransModeler具有强大的内置工具，可帮助开发现有条件和未来年份的需求输入，包括用于将需求校准到观测计数的O-D矩阵估计（ODME）和用于估计未来需求的综合矩阵运算。

2018年，当TransModeler DTA模型在佛罗里达州与ABM集成时，ABM与基于微观仿真的DTA的首次成功集成完成。来自ABM的出行被输入TransModeler DTA模型。反过来，TransModeler生成动态特征矩阵(skim)，这些矩阵反馈给ABM模型，用于更新出行和出行者信息。重复此循环以实现一致性。

（2）区域微观模仿真

从历史上看，微观仿真被认为过于困难和昂贵，无法应用于广泛的领域。虽然DTA是一种新兴的用于评估交通运行和管理改进的建模实践，但许多人没有意识到TransModeler使基于微观模拟的DTA成为所有尺寸模型的可行选择。Trans Modeler高效的软件体系结构使其能够作为基于微观仿真的DTA部署在美国各地的区域网络中超过10年。迄今为止最大的模型覆盖了底特律大都市区的大部分地区。

2008-2020年Caliper部分DTA模型

地区	路网规模(英里)	AM车次	PM车次
Detroit,MI	6,690	220万	470万
Phoenix,AZ	8,295	250万	400万
Las Vegas,NV	2,234	945,000	190万
Jacksonville,FL	5,439	692,000	900,000
Virginia Beach,VA	471	165,600	201,000
Lake County,CA	726	36,540	68,850

大凤凰城地区的区域微观仿真模型也被用作微观仿真输入（即几何、标志、信号定时、交通计数、交通需求等）的仓库，并作为进一步交通仿真任务的宝贵资源，例如：

•分区和本地交通研究

•多模式区域规划

•公开演讲介绍

•数据共享