微观交通流仿真软件：SUMO (Simulation of Urban MObility)_（7）.交通需求生成方法

交通需求生成方法

在交通流仿真中，生成合理的交通需求是确保仿真结果准确性和可靠性的关键步骤之一。交通需求生成方法主要涉及车辆生成、交通流分布、出行模式选择等方面。本节将详细介绍如何在SUMO中生成交通需求，包括使用网络配置文件、交通流配置文件、OD矩阵和路线文件等。

1. 网络配置文件 (Net Configuration File)

网络配置文件（.net.xml）是SUMO中描述交通网络的基础文件。它包含了所有道路、交叉口、车道等信息。网络配置文件可以通过SUMO的工具netconvert从其他格式（如OSM、Shapefile等）转换而来。

1.1 生成网络配置文件

使用netconvert工具生成网络配置文件的基本命令如下：

netconvert --osm-files<input-file>--output-file<output-file>

例如，从OpenStreetMap (OSM) 文件生成网络配置文件：

netconvert --osm-files my_city.osm --output-file my_city.net.xml

1.2 网络配置文件内容

网络配置文件包含了一系列的XML标签，用于描述网络结构。以下是一个简单的网络配置文件示例：

<netversion="1.0"junctionFactors="0.1"><locationnetOffset="0.00,0.00"convBoundary="0.00,0.00,1000.00,1000.00"origBoundary="0.00,0.00,1000.00,1000.00"projParameter="EPSG:4326"/><edgeid="1"from="0"to="1"priority="1"type="highway"><laneid="1_0"index="0"speed="13.89"length="500.00"shape="0.00,0.00 500.00,0.00"/></edge><edgeid="2"from="1"to="0"priority="1"type="highway"><laneid="2_0"index="0"speed="13.89"length="500.00"shape="500.00,0.00 0.00,0.00"/></edge><junctionid="0"type="dead_end"x="0.00"y="0.00"incLanes="1_0"intLanes="1_0"shape="0.00,0.00"/><junctionid="1"type="dead_end"x="500.00"y="0.00"incLanes="2_0"intLanes="2_0"shape="500.00,0.00"/><connectionfrom="1"to="2"fromLane="0"toLane="0"via=""/></net>

2. 交通流配置文件 (Route Configuration File)

交通流配置文件（.rou.xml）用于定义车辆的行驶路线和流量。可以通过多种方式生成交通流配置文件，包括手动编写、使用dui工具、以及从OD矩阵生成。

2.1 手动编写交通流配置文件

以下是一个简单的交通流配置文件示例，定义了两条路线和两个车辆：

<routes><vTypeid="car"vClass="passenger"speedDev="0.1"length="5.0"maxSpeed="13.89"/><routeid="route_0"edges="1 2"/><routeid="route_1"edges="2 1"/><vehicleid="0"type="car"depart="0"route="route_0"/><vehicleid="1"type="car"depart="10"route="route_1"/></routes>

2.2 使用dui工具生成交通流配置文件

dui工具（Dynamic User Interface）可以用于在SUMO图形界面上手动生成交通流配置文件。启动dui工具的命令如下：

sumo-gui -n my_city.net.xml -r my_city.rou.xml

在图形界面中，可以通过点击“New Route”按钮来定义新的路线，并通过“New Vehicle”按钮来添加新的车辆。

3. OD矩阵 (Origin-Destination Matrix)

OD矩阵用于描述交通需求，即从起点（Origin）到终点（Destination）的交通流量。SUMO提供了od2trips工具来从OD矩阵生成交通流配置文件。

3.1 生成OD矩阵

OD矩阵通常是一个CSV文件，包含起点、终点和流量等信息。以下是一个简单的OD矩阵示例：

taze,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24 1,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 2,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 3,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 4,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 5,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 6,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 7,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 8,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 9,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 10,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0 11,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0,0 12,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0,0 13,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0,0 14,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0,0 15,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0,0 16,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0,0 17,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0,0 18,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0,0 19,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5,0 20,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10,5 21,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5,10 22,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0,5 23,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5,0 24,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,5,10,5

3.2 从OD矩阵生成交通流配置文件

使用od2trips工具从OD矩阵生成交通流配置文件的命令如下：

od2trips -n my_city.net.xml -d my_city_od.csv -o my_city_trips.rou.xml

4. 路线文件 (Route File)

路线文件（.rou.xml）用于定义车辆的行驶路线。可以通过手动编写、使用dui工具、或者从OD矩阵生成。

4.1 手动编写路线文件

以下是一个简单的路线文件示例，定义了两条路线：

<routes><routeid="route_0"edges="1 2"/><routeid="route_1"edges="2 1"/></routes>

4.2 从OD矩阵生成路线文件

使用od2trips工具从OD矩阵生成路线文件的命令如下：

od2trips -n my_city.net.xml -d my_city_od.csv -o my_city_routes.rou.xml

5. 交通流生成器 (Flow Generator)

交通流生成器用于生成具有特定流量和分布的车辆流。SUMO提供了flow标签来定义交通流。

5.1 定义交通流

以下是一个简单的交通流定义示例：

<routes><vTypeid="car"vClass="passenger"speedDev="0.1"length="5.0"maxSpeed="13.89"/><routeid="route_0"edges="1 2"/><routeid="route_1"edges="2 1"/><flowid="flow_0"type="car"route="route_0"begin="0"end="3600"period="60"number="100"/><flowid="flow_1"type="car"route="route_1"begin="0"end="3600"period="60"number="100"/></routes>

5.2 生成动态交通流

动态交通流可以根据时间变化来调整流量。以下是一个示例，定义了两个在不同时间段内流量不同的交通流：

<routes><vTypeid="car"vClass="passenger"speedDev="0.1"length="5.0"maxSpeed="13.89"/><routeid="route_0"edges="1 2"/><routeid="route_1"edges="2 1"/><flowid="flow_0"type="car"route="route_0"begin="0"end="1800"period="30"number="50"/><flowid="flow_1"type="car"route="route_0"begin="1800"end="3600"period="60"number="100"/><flowid="flow_2"type="car"route="route_1"begin="0"end="1800"period="60"number="100"/><flowid="flow_3"type="car"route="route_1"begin="1800"end="3600"period="30"number="50"/></routes>

6. 交通需求生成脚本

交通需求生成脚本可以自动化生成交通需求，提高仿真效率。以下是一个使用Python脚本生成交通需求的示例：

6.1 安装依赖

确保安装了SUMO的Python库：

pipinstalltraci

6.2 生成交通需求的Python脚本

importtraciimportsumolibimportos# 定义网络文件和输出文件net_file="my_city.net.xml"output_file="my_city_trips.rou.xml"# 读取网络文件net=sumolib.net.readNet(net_file)# 定义车辆类型vtype=""" <vType id="car" vClass="passenger" speedDev="0.1" length="5.0" maxSpeed="13.89"/> """# 定义路线routes=[]routes.append('<route id="route_0" edges="1 2"/>')routes.append('<route id="route_1" edges="2 1"/>')# 定义交通流flows=[]flows.append('<flow id="flow_0" type="car" route="route_0" begin="0" end="3600" period="60" number="100"/>')flows.append('<flow id="flow_1" type="car" route="route_1" begin="0" end="3600" period="60" number="100"/>')# 写入输出文件withopen(output_file,"w")asf:f.write('<routes>\n')f.write(vtype+'\n')forrouteinroutes:f.write(route+'\n')forflowinflows:f.write(flow+'\n')f.write('</routes>')print(f"Traffic demand generated in{output_file}")

7. 使用SUMO工具生成交通需求

SUMO提供了多个工具来生成交通需求，包括od2trips、route2trips、junctionsTaz等。

7.1od2trips工具

od2trips工具用于从OD矩阵生成交通需求。以下是一个命令示例：

od2trips -n my_city.net.xml -d my_city_od.csv -o my_city_trips.rou.xml

7.2route2trips工具

route2trips工具用于从路线文件生成交通需求。以下是一个命令示例：

route2trips -n my_city.net.xml -r my_city_routes.rou.xml -o my_city_trips.rou.xml

7.3junctionsTaz工具

junctionsTaz工具用于将网络中的交叉口转换为交通区域（TAZ）。以下是一个命令示例：

junctionsTaz -n my_city.net.xml -o my_city_taz.xml

8. 交通需求生成的高级技术

在实际应用中，交通需求生成可能需要考虑更多的因素，如出行时间分布、出行模式选择等。以下是一些高级技术的介绍。

8.1 出行时间分布

出行时间分布可以通过定义车辆的出发时间来模拟。这有助于更真实地反映交通流量在一天中的变化。以下是一个示例，定义了车辆在一天内不同时间段的出发时间：

<routes><vTypeid="car"vClass="passenger"speedDev="0.1"length="5.0"maxSpeed="13.89"/><routeid="route_0"edges="1 2"/><routeid="route_1"edges="2 1"/><vehicleid="0"type="car"depart="0"route="route_0"/><vehicleid="1"type="car"depart="3600"route="route_1"/><vehicleid="2"type="car"depart="7200"route="route_0"/><vehicleid="3"type="car"depart="10800"route="route_1"/></routes>

在这个示例中，车辆0在仿真开始时（0秒）出发，车辆1在1小时后（3600秒）出发，车辆2在2小时后（7200秒）出发，车辆3在3小时后（10800秒）出发。

8.2 出行模式选择

出行模式选择可以通过定义不同的车辆类型和行驶行为来模拟。这有助于更真实地反映不同类型的交通参与者在交通网络中的行为。以下是一个示例，定义了不同类型车辆的行驶行为：

<routes><vTypeid="car"vClass="passenger"speedDev="0.1"length="5.0"maxSpeed="13.89"/><vTypeid="bus"vClass="bus"speedDev="0.05"length="10.0"maxSpeed="13.89"/><vTypeid="bike"vClass="bicycle"speedDev="0.2"length="2.0"maxSpeed="5.56"/><routeid="route_0"edges="1 2"/><routeid="route_1"edges="2 1"/><vehicleid="0"type="car"depart="0"route="route_0"/><vehicleid="1"type="bus"depart="10"route="route_1"/><vehicleid="2"type="bike"depart="20"route="route_0"/><vehicleid="3"type="car"depart="30"route="route_1"/></routes>

在这个示例中，定义了三种车辆类型：汽车（car）、公交车（bus）和自行车（bike）。每种车辆类型都有不同的速度偏差（speedDev）、长度（length）和最大速度（maxSpeed）。车辆0是汽车，车辆1是公交车，车辆2是自行车，车辆3是汽车。

9. 交通需求的验证与调整

生成交通需求后，需要对其进行验证和调整，以确保仿真结果的准确性和可靠性。

9.1 交通需求的验证

可以通过SUMO的图形界面（sumo-gui）或命令行工具（sumo）来验证生成的交通需求。以下是一些常用的验证方法：

1. 使用sumo-gui：

   sumo-gui -n my_city.net.xml -r my_city_trips.rou.xml

   通过图形界面观察交通流的分布和车辆的行驶情况。

2. 使用sumo：

   sumo -n my_city.net.xml -r my_city_trips.rou.xml

   通过命令行工具运行仿真，并生成日志文件进行分析。

9.2 交通需求的调整

如果仿真结果与实际情况有较大偏差，可以对交通需求进行调整。以下是一些常见的调整方法：

1. 调整交通流量：

   通过修改OD矩阵中的流量值或交通流配置文件中的流量参数，来调整整体交通需求。

2. 调整车辆类型：

   根据实际交通数据，调整车辆类型的比例和参数，以更准确地反映不同类型的交通参与者。

3. 调整出行时间分布：

   通过修改车辆的出发时间，来模拟不同时间段的交通流量变化。

4. 调整路线选择：

   通过修改路线文件中的路线选择，来模拟不同类型的出行模式和路径选择行为。