PTV VISSIM軟件在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用介紹

4月10日在深圳舉辦的CITE2021智能汽車技術(shù)生態(tài)峰會(huì)暨第五屆ADAS與自動(dòng)駕駛論壇上，霹圖衛(wèi)軟件科技（上海）有限公司中國區(qū)總經(jīng)理沈暢女士發(fā)表了主題演講《PTV VISSIM軟件在自動(dòng)駕駛仿真測試中的應(yīng)用》。演講內(nèi)容如下：

很高興有機(jī)會(huì)向大家介紹一下PTV VISSIM軟件在自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用。我的演講主要分四部分：

PTV公司背景；

自動(dòng)駕駛仿真測試需要復(fù)雜的交通場景；

PTV VISSIM軟件介紹；

聯(lián)合仿真及其它應(yīng)用介紹。

PTV公司背景

從2017年開始，位于斯圖加特的Porsche Automobil Holding SE（保時(shí)捷汽車控股公司）收購了PTV Plannung Transport Verkehr AG 的100%的股份。作為PTV Group在中國的子公司，霹圖衛(wèi)軟件科技（上海）有限公司是德國PTV集團(tuán)在世界范圍內(nèi)投資的第20家外商獨(dú)資子公司。

PTV公司距今已有40多年歷史，一直深耕在傳統(tǒng)的交通領(lǐng)域和物流領(lǐng)域，從2005年開始進(jìn)入中國市場，近年來慢慢在汽車市場中被廣泛熟知。PTV在全世界在120多個(gè)國家有著20多家分公司，共有5400多個(gè)用戶，軟件應(yīng)用在全球分布廣泛。

在自動(dòng)駕駛車輛開發(fā)階段，會(huì)大量進(jìn)行路側(cè)、測試單元，以及極限場景的測試。

擬人化的自動(dòng)駕駛車輛開發(fā)有很多階段：階段1、階段2主要是基礎(chǔ)場景和高級場景；階段3涉及到交通的狀態(tài)；階段4為交通場景。

通俗解釋就是：自動(dòng)駕駛車輛不可能僅為一輛車在一條道路上運(yùn)行，會(huì)不可避免碰到道路的其他使用者和其它交通工具，比如，公共汽車、小汽車、自行車、摩托車、行人等。在這樣一些復(fù)雜的場景下，自動(dòng)駕駛車輛是否符合城市交通環(huán)境的運(yùn)行狀態(tài)，是需要在車輛開發(fā)高階段考慮的問題。

已經(jīng)有很多車廠給我們反饋，自動(dòng)駕駛車輛開發(fā)到高階段時(shí)，交通狀態(tài)是繞不開的一個(gè)坎。PTV VISSIM會(huì)提供一個(gè)虛擬交通場景狀態(tài)以及交通流狀態(tài)。

場景1

多種交通方式參與的交通場景

如上三幅圖所示的交通場景，就是交通流仿真的具體形式。圖片展示的是一個(gè)典型歐洲城市的交叉口，在這個(gè)交叉口里，有很多信號燈控制的標(biāo)識(shí)以及交通信號燈配置方案，包含：大巴車、公共汽車、自行車、小汽車、軌道交通。

在一個(gè)復(fù)雜的交通空間里，所有交通參與者都會(huì)互相發(fā)生作用，PTV VISSIM可以在這樣一個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行仿真分析——通行時(shí)間、速度、加速度等，這是標(biāo)準(zhǔn)城市交叉口的交通仿真。

場景2

隨機(jī)生成的駕駛員操作失誤的仿真

PTV VISSIM可以根據(jù)需求開發(fā)不同的交通場景。舉個(gè)例子：根據(jù)不同路段類型，隨機(jī)生成駕駛員操作失誤仿真。比如，等紅綠燈時(shí)看手機(jī)、有讓行標(biāo)志但沒注意避讓、限速路段超速、壓線行駛等等，這幾種駕駛員操作失誤場景，在實(shí)際道路物理測試時(shí)，不一定會(huì)發(fā)生。

但在仿真平臺(tái)上，很容易定義它的發(fā)生概率，把類似的仿真場景放到仿真軟件里，可以和自動(dòng)駕駛車輛一起進(jìn)行仿真，觀察在這種狀況下，自動(dòng)駕駛算法是否能夠處理這種情況。

場景3

多種交通方式在交叉口混行

這是一個(gè)比較典型的交通場景，路面不止一個(gè)交叉口，由幾個(gè)交叉口或一個(gè)交通走廊組成。在這個(gè)交通走廊中有很多交通流，在這些交叉口處，對應(yīng)大量指示牌以及行人的步行空間。

在這樣一個(gè)復(fù)雜的交叉口場景中，PTV VISSIM可以把真實(shí)世界中很多的交通元素，包括標(biāo)識(shí)、信號燈配時(shí)，以一種軟件能夠理解的語言讀進(jìn)去，而不是簡單地放一張圖，立一個(gè)信號燈，背后有相對應(yīng)的駕駛規(guī)則、讓行規(guī)則，都會(huì)模擬出來，給無人駕駛測試提供交通場景。

場景4

自動(dòng)駕駛車隊(duì)

這是2020年增加的新功能。無人駕駛最容易落地的一個(gè)場景之一，就是高速公路上的無人駕駛車隊(duì)。VISSIM提供一些新的對象，模擬自動(dòng)駕駛的編隊(duì)和離隊(duì)場景，在軟件里可以進(jìn)行測試。

PTV擅長做交通仿真工具，擅長做很多不同交通流方式。交通工具可以放到仿真軟件里面來進(jìn)行模擬，同時(shí)道路上很多信號燈控制、交通控制信息，也可以放到軟件平臺(tái)里面。這些交通控制信息會(huì)對駕駛行為產(chǎn)生影響。

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跟車模型和換道模型

PTV背后有一個(gè)國際認(rèn)可的模型，用來支持車輛和車輛之間的相互行為。一個(gè)是跟車模型，即車輛跟車輛之間的跟隨，它有四種狀態(tài)：自由流狀態(tài)、逼近狀態(tài)、跟隨狀態(tài)、剎車狀態(tài)。

換道模型方面，一種是基于路徑考慮的必要換道模型，還有一種是不滿前面這輛車的速度，在旁邊超速空間允許的情況下，進(jìn)行換道超車，這是自由車道換道模型。

另外還有一種針對中國來說比較重要的機(jī)動(dòng)車和非機(jī)動(dòng)車混行的模型，這種情況也是可以模擬的。

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目標(biāo)決策—如何定義優(yōu)先權(quán)

在這個(gè)車道上有很多車輛，有貨車、小汽車，中間還有摩托車，摩托車和小汽車混在一起排隊(duì)過紅綠燈，像這樣車和車之間的關(guān)系，不需要人為定義軌跡點(diǎn)的信息，而是通過軟件來幫助運(yùn)行。

在使用VISSIM的時(shí)候，除了定義很多車流量的信息，以及車本身的信息以外，還需要定義它的目標(biāo)決策，比方說匝道匯入、變道，或者是交叉口的轉(zhuǎn)彎沖突，到底誰讓誰，需要通過軟件里面的特征屬性或者是工具來進(jìn)行定義，這都是定義優(yōu)先權(quán)的問題。

定義優(yōu)先權(quán)的問題很多種方法，最簡單的方法是模擬紅綠燈或是交通標(biāo)志、限速標(biāo)志，可以根據(jù)這些方式對車輛進(jìn)行流量或者行為影響。

PTV VISSIM還可以定義很多種不同的路徑，簡單的靜態(tài)路徑，或者是根據(jù)公式函數(shù)定義的路徑，或者是定義一些局部的路徑。

比如說在高速上有一輛車拋錨了，需要有半個(gè)小時(shí)的處理時(shí)間。后面所有的車輛可通過VISSIM設(shè)置的局部路徑，了解車輛拋錨所在的車道，（為了避免擁堵）后車提前變到其他車道上進(jìn)行通行。出了事故以后，本來是三車道的道路，變成兩車道，會(huì)導(dǎo)致高速公路上的車流量非常擁堵。VISSIM可以定量分析它的擁堵情況，然后做出交通流規(guī)劃。

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如何通過VISSIM模擬自動(dòng)駕駛

接下來我們聚焦無人駕駛車，了解如何通過VISSIM模擬自動(dòng)駕駛車輛，或者是智能網(wǎng)聯(lián)車輛。

第一種，在VISSIM內(nèi)部提供了默認(rèn)的自帶自動(dòng)駕駛車輛行為的車輛類型?？梢宰约哼x車輛類型，把它對應(yīng)的駕駛參數(shù)稍作更改，涉及到跟車模型、車道變化模型、車速等都可以設(shè)置。

如果是從交通視角去分析無人駕駛車輛在交通流的不同比例，對于整個(gè)交通的影響，可以用上面的模型。如果站在車企視角，要研究具體無人駕駛車輛，可以提供不同的方式，具體為下面幾種模式。

大家可以看到這個(gè)點(diǎn)相當(dāng)于是一輛車，上面是有駕駛員操控的車輛，下面是無人駕駛車輛。小汽車和小汽車之間的跟車距離是有變化的，無人駕駛車隊(duì)可以允許車輛之間的距離非常短。

如果是車企角度，可以用我們外部駕駛員的模型接口。比方說，車輛有一套自己的算法，可以知道在每一個(gè)仿真秒，周邊每個(gè)車的位置、速度，自己做一個(gè)判定，該加速還是減速，是否變道?？梢园堰@個(gè)算法放到軟件里面，用這個(gè)算法去控制交通流仿真里面的一輛車或者是幾輛車，其它的背景車輛還是自由控制。這樣就可以做到在一個(gè)比較大的交通場景里測試無人駕駛車的控制邏輯算法是否正確。

在這里面，我們的接口是C++的，支持windows版本，也提供Linux版本，如果大算力、大仿真也可以做。

其工作原理是，VISSIM每一個(gè)仿真步長會(huì)計(jì)算車輛新的位置，把周邊的環(huán)境、信號燈狀態(tài)、速度、加速度等信息傳給外部駕駛員接口，外部駕駛員接口跟無人駕駛的算法對接，對接以后，由于周圍車輛的信息都已更新，可以通過算法去更新這輛車的位置、速度、加速度的情況，再返回到VISSIM的交通場景里，VISSIM里面的一輛車或者幾輛車會(huì)被自動(dòng)駕駛算法控制更新，接下來周圍的車輛也會(huì)相應(yīng)地更新。

以上說的是外部駕駛員接口，接下來講一下駕駛模擬器的接口，這要跟一個(gè)硬件的駕駛模擬器進(jìn)行對接，做人機(jī)互動(dòng)或者是軟件硬件在環(huán)。同樣也是支持C++接口，支持windows版本，也支持Linux版本。

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聯(lián)合仿真

在無人駕駛里面現(xiàn)在用得最多的是聯(lián)合仿真。PTV的優(yōu)勢是做交通流的仿真，還有很多公司擅長做動(dòng)力學(xué)仿真，或者車輛通訊軟件、車輛感知、車輛調(diào)度軟件，可以一起合作做聯(lián)合仿真，以達(dá)到用戶要求的工具鏈。

很多種仿真軟件工具都可以和PTV的仿真軟件對接，比如VTD和VISSIM、UC-Winrodad和VISSIM，dSPACE ASM和VISSIM。

一個(gè)合作案例是Carmaker和VISSIM的結(jié)合，Carmaker注重的是動(dòng)力學(xué)仿真。VISSIM和Carmaker一起聯(lián)合仿真，左邊是Carmaker軟件的界面，右邊是PTV VISSIM的界面。

PTV負(fù)責(zé)提供交通流背景，回傳給Carmaker，Carmaker來控制這輛小黃車，把對應(yīng)的速度、加速度的信息回傳給VISSIM。

另一個(gè)合作案例是國內(nèi)客戶用dSPACE ASM的模型和VISSIM對接，我們聯(lián)合起來，各取所長。

總結(jié)起來，在仿真工具鏈里面，PTV VISSIM是可以和很多仿真軟件對接的，比如：V2X仿真、傳感器仿真工具、車輛動(dòng)力學(xué)仿真、車輛控制軟件工具，可視化軟件工具，通過游戲引擎提供的VR、AR等，都可以完成對接。

以上就是我的演講，謝謝大家。

原文標(biāo)題：霹圖衛(wèi)：VISSIM軟件在自動(dòng)駕駛仿真測試中的應(yīng)用

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