Review of pedestrian and traffic evacuation simulation software

doi:10.16265/j.cnki.issn1003-3033.2022.09.2993

Abstract

Abstract:

In order to find out the development direction of pedestrian and traffic evacuation simulation software with independent intellectual property rights, the existing mainstream software was sorted out and the problems and key technologies of software development were put forward. Firstly, the development status of pedestrian and traffic evacuation simulation software was introduced, the mainstream software at home and abroad were compared in terms of underlying model, functionality and expandability. Then, judgment rules of the technical level of software and the level of independent intellectual property rights were introduced, and the problems and difficulties in the development of pedestrian and traffic evacuation simulation software were clarified. Finally, the application and impact of pedestrian and traffic evacuation simulation software were introduced. Strategic requirements, objectives and key frontier technologies for software development were proposed. The results show that pedestrian and traffic evacuation simulation software is widely used, and there is still a big gap between domestic software and foreign mainstream commercial software. The underlying model of mainstream commercial software cannot be changed and the application scenarios are limited, so it is necessary to do research on self-developed simulation software of pedestrian and traffic evacuation.

Key words: pedestrian evacuation, traffic evacuation, simulation software, emergency management, public security

LIN Zhiyang, LIU Zheng, FANG Zhiming, LIU Jialin, ZHANG Peng, JIANG Rui. Review of pedestrian and traffic evacuation simulation software[J]. China Safety Science Journal, 2022, 32(9): 100-110.

Figures/Tables 3

Tab.1

Pedestrian evacuation simulation software

名称	开发者			底层模型		功能和流程	拓展性
Viswalk^[9]	德国PTV 公司			社会力模型		场景搭建、行人设置、仿真模拟、二维和三维动态显示、指标统计	可与数据库连接;可通过组件对象模型(Component Object Model, COM)接口二次开发;非开源
AnyLogic^[10]	俄罗斯 AnyLogic 公司			社会力模型		场景搭建、行人设置、动态参数设置、仿真模拟、二维和三维动态显示、动态图表统计	支持读取地理信息系统(Geographic Information System, GIS)和计算机辅助设计(Computer Aided Design, CAD)等场景文件;可与数据库连接;可通过java编程设置和修改场景和行人参数;非开源
SimWalk^[11]	瑞士萨凡纳模拟公司			多粒子模型		建立仿真环境、行人设置、仿真模拟、结果显示	可与数据库连接;集成CAD工具;可导入OpenTrack轨道交通仿真软件的结果实现协同仿真;非开源
Legion^[12]	英国Legion 公司			元胞自动机模型		场景搭建、行人设置、仿真模拟、二维和三维动态显示及回放、指标图表输出	支持CAD场景文件读取;可以与AIMSUN结合实现人车混合模拟;非开源
PedGo^[13]	德国TraffGo HT 公司			元胞自动机模型		场景搭建、行人设置、仿真模拟、二维和三维动态显示、指标图表输出	支持CAD场景文件;非开源
Pathfinder^[14]	美国 Thunderhead Engineering 公司			微观智能体模型		场景搭建、行人设置、仿真模拟、二维和三维动态显示、指标图表输出	支持CAD和火灾动力学模拟工具(Fire Dynamics Simulator, FDS)文件导入;非开源
MassMotion^[15]	英国Oasys 公司			社会力模型		场景搭建、仿真模拟、图表输出	允许自定义行人行为或与其他软件工具对接;非开源
Nomad ^[16]	荷兰代尔夫特理工大学			社会力模型		分析流量、疏散时间和密度等指标	非开源
Paxport^[17]	英国 Halcrow Fox 公司			宏观行人流模型		定义速度-密度函数,模拟常态、拥挤和逃逸下的行人密度和流量	非开源
SimTread^[18]	日本 Nemetschek Vectors公司			微观模型		场景搭建、仿真模拟和结果输出	非开源
EVACNET4^[19]	美国弗罗里达大学			流体力学模型		场景搭建、行人设置、仿真模拟、结果输出	非开源
Building EXODUS^[20]	英国格林威治大学			元胞自动机模型		场景搭建、行人设置、仿真模拟、结果输出	支持CAD场景文件导入;非开源
SIMULEX^[21]	英国综合环境解决方案有限公司			微观智能体模型		场景搭建、行人设置、仿真模拟、二维和三维动态显示、指标图表和输出	支持CAD场景文件导入;非开源
PedSim^[22]	瑞士苏黎世联邦理工学院			社会力模型		场景搭建、行人设置、仿真模拟、结果输出	开源
STEPS^[23]	英国莫特麦克唐纳公司公司			元胞自动机模型		场景搭建、行人设置、仿真模拟、结果输出	支持CAD场景文件导入;可与ANSYS CFX流体力学软件连接;非开源
SimPed^[24]	荷兰代尔夫特理工大学			微观模型		设置场景参数、行人设置、仿真模拟	非开源
FDS+Evac^[25]	美国国家标准技术局			社会力模型		火灾模拟、疏散模拟、火灾与疏散模拟、动画演示、输出结果文件	开源
名称		开发者	底层模型		功能和流程			拓展性
Pedestrian Dynamics^[26]		荷兰控制仿真解决方案公司	中观行人流模型、微观智能体模型		设置行人特征参数、二维和三维动画显示、结果图表输出			非开源
SafeGo^[27]		中国科学技术大学	元胞自动机模型		前处理、参数设置、仿真模拟、结果输出			国内自主研发;非开源
Pedynamics^[28]		西南交通大学	社会力模型		场景预处理、仿真模拟、二维和三维动画显示、结果数据输出			国内自主研发;支持跨平台使用;非开源
建筑火灾人员疏散行动仿真系统^[29]		东北大学	微观模型		场景构建、行人设置、仿真模拟、指标输出			国内自主研发;非开源
网络网格疏散软件 (Spatial-Grid Evacuation Model, SGEM)^[30]		香港城市大学、武汉大学	元胞自动机模型		场景构建、行人设置、仿真模拟、动态显示、指标统计输出			国内自主研发;非开源

Tab.1

Tab.2

Traffic evacuation simulation software

名称	开发者	底层模型	功能和流程	拓展性
TransModeler^[31]	美国Caliper公司	麻省理工学院开发的宏观/中观/微观混合仿真模型	导入GIS路网数据、加载疏散需求、设置参数、二维和三维动态显示、动态图表统计	支持动态演示TransCAD输出结果;可基于地理信息系统开发工具(Geographic Information System Developer's Kit, GISDK)二次开发;非开源
CORSIM^[32]	美国联邦公路局	车辆跟驰和换道模型	路网编码、设置车流和信号等参数、仿真模拟、输出分析图表	可基于C++语言二次开发;非开源
橡树岭疏散建模系统(Oak Ridge Evacuation Modeling System, OREMS)^[33]	美国橡树岭国家实验室	疏散仿真 (Evacuation Simulations, ESIM)算法	加载疏散需求、疏散路径设置、仿真模拟、分析瓶颈路段和疏散时间等	无法导入场景文件,路网搭建繁琐;不能动态演示疏散过程;非开源
交通信息估计与预测系统(Traffic Information Estimation and Prediction System, TrEPS)^[34]	美国联邦公路管理局	动态交通分配模型	预测出行需求、实时评估和预测交通状况、提供出行建议、实时交通管控	可与驾驶模拟器集成;非开源
大规模疏散 (Mass Evacuation, MASSVAC)^[35]	美国弗吉尼亚理工学院暨州立大学	Dial 算法	路网数据输入、交通分配、规划疏散路线、计算疏散时间	非开源
可配置应急管理和规划模拟器 (Configurable Emergency Management and Planning Simulator, CEMPS)^[36]	英国兰卡斯特大学	基于GIS的离散事件模型	构建数字地图、配置疏散模型与模拟、获取疏散规划方案	非开源
交通疏散系统 (Transportation Evacuation System, TEVACS)^[37]	台湾交通大学	网络交通流模型	路网设置、疏散仿真、交通状态显示	非开源
DynaMIT^[38]	麻省理工学院	动态交通分配模型	路网状态估计、交通诱导	可使用文本编辑器修改输入数据;非开源
DYNASMART^[39]	德州大学奥斯汀分校	动态交通分配模型	路网构建、交通需求估计、路径选择、指标图表显示与输出	可修改输入数据;非开源
INTEGRATION^[40]	加拿大皇后大学	宏观和中观交通流模型	路网构建、交通需求估计、仿真模拟、结果输出	可基于GIS路网编辑器修改输入数据;非开源
AIMSUN^[41]	西班牙TSS公司	车辆跟驰模型	模拟交通控制系统、交通管理系统、车辆引导系统和公交车辆控制系统	能够导入并且处理GIS数据;读取CAD文件;非开源
SUMO^[42]	德国航空航天中心运输系统研究所	微观交通流模型、动态交通分配模型	路网构建、需求设置、仿真模拟	可通过接口进行二次开发;开源
TransCAD^[43]	美国Caliper公司	流体动力学模型	路网构建与交通小区划分、交通需求预测、交通量预测	提供 GISDK的编程语言,用于修改模型和程序;支持各类GIS 数据;可连接数据库;非开源
VISSIM和VISUM^[44]	德国PTV公司	基于用户均衡的交通分配模型	路网构建、交通需求预测、交通分配、交通信号控制、分析和评估	可通过COM接口二次开发;非开源
Cube^[45]	美国Citilabs公司	全有全无模型、动态交通分配模型、微观交通流模型	评估公交线路方案、道路收费策略、地区救灾疏散以及道路设计方案	可直接应用ArcGIS 软件的数据文件; 非开源
飓风和疏散 (Hurricane and Evacuation, HURREVAC)^[46]	美国联邦公路局、大气管理局国家飓风中心	飓风追踪和预测模型	统计降雨、洪水、潮汐和河流信息、预报飓风线路和风力范围、预测疏散起止时间	无法提供疏散方案,需要与疏散规划软件结合使用确定疏散方案;非开源
疏散旅客信息系统(Evacuation Traveler Information System, ETIS)^[47]	美国联邦公路局、联邦应急管理局	宏观交通流模型	在线交通流量监测功能和信息共享、监控疏散命令发布	非开源
PARAMICS^[48]	英国Quadstone公司	微观交通流模型	交通管控、出行信息预测、智能导航	支持读取节点和路段的信息;可基于C/C++语言二次开发;非开源
基于智能体和用户行为的区域疏散模拟器(Agent based Regional Evacuation Simulator coupled with User Enriched Behavior, A-RESCUE)^[49]	普渡大学、京东智慧城市研究院	基于个体的区域疏散交通仿真模型	设置路网供给和疏散需求、模拟疏散路径和时间、实时动态仿真及结果输出	非开源
蓝箭系统^[50]	兰州大学	容量约束的路线规划算法	确定灾害位置、选择目标地点、选择疏散方案、生成疏散方案	可调用外部数据;用户可以在网站上创建地图应用程序;非开源
下一代同济交通网络仿真(Tongji Traffic Network Simulation Next Generation, TESS NG)^[51-52]	同济大学、上海济达交通科技有限公司	车辆跟驰模型	全道路场景仿真、多模式交通仿真、二维和三维可视化	国内自主研发;具备二次开发接口;可与BIM、城市信息模型(City Information Model, CIM)等结合;非开源
同济交通仿真(Tongji Traffic Simulation, TJTS)^[53]	同济大学	车辆跟驰模型	路网编码、交通需求设置、仿真动画输出、结果输出	国内自主研发;非开源
DynaCHINA^[54]	山东省科学院自动化研究所	动态交通分配模型	路网构建、交通需求输入、动态交通实时分析、数据结果输出	国内自主研发;非开源
交运之星 (TranStar)^[55]	东南大学、南京全司达交通科技有限公司	需求分析模型、交通分配模型	交通需求分析、交通运行分析、综合交通评价、二维和三维图形显示系统	国内自主研发;非开源

Tab.2

Tab.3

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名称		软件类别	基础功能			进阶功能
名称		软件类别	场景适用性	人员行为合理性	直观显示与数据输出	跨平台、跨维度水平	二次开发	考虑突发事件的影响	考虑行人和交通疏散过程的结合
行人疏散仿真软件	AnyLogic	国外	√	√	√	√	—	—	√
	SafeGo	国内	√	√	√	×	×	×	×
	Pedynamics	国内	√	√	√	√	×	×	×
	建筑火灾人员疏散行动仿真系统	国内	—	√	—	×	×	×	×
	SGEM	国内	—	√	√	×	×	×	×
交通疏散仿真软件	VISSIM	国外	√	√	√	—	—	—	√
	蓝箭系统	国内	√	√	√	×	×	×	×
	TESS NG	国内	√	√	√	—	—	×	×
	TJTS	国内	—	√	—	×	×	×	×
	DynaCHINA	国内	√	√	√	×	×	×	×
	TranStar	国内	√	√	√	—	×	—	×