使用 SUMO 进行仿真(2)-Node 和 Edge

2021年9月24日07:43:00评论7220字阅读24分4秒

摘要本文是 SUMO 进行仿真的第二篇。主要详细的介绍 Node 和 Edge 这两个文件类型（详细了解一下这两个文件的组成，如何生成 Network），通过这两个文件来生成 Network。

这是使用 SUMO 来进行仿真的第二篇内容。在上一篇的例子中，我们使用 SUMO 完成了一个简单的例子，了解了 node 和 edge 文件，并制作了一个简单的路网。这一篇会就上面的问题进行展开，进一步了解 node 和 edge 文件（我们会创建一个稍微复杂的环境）。

Network 的创建，关于 node 和 edge 的用法；
Edge Type 的使用，设置 edge 的属性，来简化 edge 文件；
Road Access Permissions（规定道路允许通行的车辆）；

知乎上关于 sumo 的一个教程文章, 还是很不错的：
本文的相关代码参考 Github 仓库，SUMO Tutorial（Node_Edge_Introduce 文件夹部分）

Network 文件生成

这一部分参考自，Networks/PlainXML。首先我们创建 net.xml。整个 network 的结构如下所示，共有 9 个节点（中心节点+周围的 8 个节点）：

Node 的相关说明 (Node Descriptions)

按照上面的示意图，我们新建 ".nod.xml" 来描述上面的路网结构。完整文件如下所示：

<nodes>
<node id="0" x="0.0" y="0.0" type="traffic_light"/>
<node id="1" x="-500.0" y="0.0" type="priority"/>
<node id="2" x="+500.0" y="0.0" type="priority"/>
<node id="3" x="0.0" y="-500.0" type="priority"/>
<node id="4" x="0.0" y="+500.0" type="priority"/>
<node id="m1" x="-250.0" y="0.0" type="priority"/>
<node id="m2" x="+250.0" y="0.0" type="priority"/>
<node id="m3" x="0.0" y="-250.0" type="priority"/>
<node id="m4" x="0.0" y="+250.0" type="priority"/>
</nodes>

在上面的例子中，id 为 0 的节点是整个十字路口的中心节点，也是红绿灯。可以看他的 type 是 traffic_light，表示这个 node 是信号灯。于是整个 node 的关系如下图所示（和上面的结构是一样的）：

Edge 的相关说明 (Edge Descriptions)

在有了上面的 Node 的定义之后，下面需要定义 Edge。下面是一个基础的 Edge 文件的定义，对于每一个 edge 来说，最基础的是需要包含：

id, 每一个 edge 独特的标志, 用来找到指定的 edge；
from, to，from 和 to 是与上面的 node 的 id 对应的)
priority，优先级, 在转弯处有用；
numLanes，这个edge上包含多少个车道；
speed，车道的车速，也就是限速；

我们新建一个「hello.edg.xml」，并输入以下的内容：

<edges>
<edge id="1fi" from="1" to="m1" priority="2" numLanes="2" speed="11.11"/>
<edge id="1si" from="m1" to="0" priority="3" numLanes="3" speed="13.89"/>
<edge id="1o" from="0" to="1" priority="1" numLanes="1" speed="11.11"/>
<edge id="2fi" from="2" to="m2" priority="2" numLanes="2" speed="11.11"/>
<edge id="2si" from="m2" to="0" priority="3" numLanes="3" speed="13.89"/>
<edge id="2o" from="0" to="2" priority="1" numLanes="1" speed="11.11"/>
<edge id="3fi" from="3" to="m3" priority="2" numLanes="2" speed="11.11"/>
<edge id="3si" from="m3" to="0" priority="3" numLanes="3" speed="13.89"/>
<edge id="3o" from="0" to="3" priority="1" numLanes="1" speed="11.11"/>
<edge id="4fi" from="4" to="m4" priority="2" numLanes="2" speed="11.11"/>
<edge id="4si" from="m4" to="0" priority="3" numLanes="3" speed="13.89"/>
<edge id="4o" from="0" to="4" priority="1" numLanes="1" speed="11.11"/>
</edges>

这里每一个 edge 包含多个 lane (车道，通过参数「numLanes」进行设置)。我们以上面的 node 0, node m4, node 4 这三个 node 之间的 edge 作为例子来进行简单的说明. 他们整体的车道关系如下所示：

从 node 4 到 node m4 方向, 有 2 个车道；
从 node m4 到 node 0 方向, 有 3 个车道；
从node 0 到 node 4 方向, 有 1 个车道；

所以他们上面 edge 的关系如下所示，这里设置的车道数与上面解释的是一样的：

<edge id="4fi" from="4" to="m4" priority="2" numLanes="2" speed="11.11"/>
<edge id="4si" from="m4" to="0" priority="3" numLanes="3" speed="13.89"/>
<edge id="4o" from="0" to="4" priority="1" numLanes="1" speed="11.11"/>

在有了 node 和 edge 之后，我们就可以生成 network 文件了。我们通过下面的命令进行生成：

netconvert --node-files=hello.nod.xml --edge-files=hello.edg.xml --output-file=hello.net.xml

成功运行上面的命令后，会生成 hello.net.xml 文件。我们使用 NetEdit 打开该文件，可以看到如下所示的路网结构，与上面我们介绍的结构是一样的：

Edge Type

上面我们对于每一个 edge 是单独设置他的属性的。可以看到其中有些属性是重复的，所以我们可以先定义 edge type，接着将 edge type 用在每一个 edge 上面。我们将 edge type 存储在 cross3l.typ.xml 的文件中，如下所示：

<types>
<type id="a" priority="3" numLanes="3" speed="13.889"/>
<type id="b" priority="2" numLanes="2" speed="11.111"/>
<type id="c" priority="1" numLanes="1" speed="11.111"/>
</types>

接着定义 edge 文件。该文件还是保存为 cross3l.edg.xml 文件。 所有 edge 的类型通过 type 来进行定义（这里就不需要说明每一个 edge 的「numLanes」、「speed」等属性了）：

<edges>
<edge id="1fi" from="1" to="m1" type="b"/>
<edge id="1si" from="m1" to="0" type="a"/>
<edge id="1o" from="0" to="1" type="c"/>
<edge id="2fi" from="2" to="m2" type="b"/>
<edge id="2si" from="m2" to="0" type="a"/>
<edge id="2o" from="0" to="2" type="c"/>
<edge id="3fi" from="3" to="m3" type="b"/>
<edge id="3si" from="m3" to="0" type="a"/>
<edge id="3o" from="0" to="3" type="c"/>
<edge id="4fi" from="4" to="m4" type="b"/>
<edge id="4si" from="m4" to="0" type="a"/>
<edge id="4o" from="0" to="4" type="c"/>
</edges>

之后我们在生成 cross3l.net.xml 的时候, 只需要加上cross3l.typ.xml文件即可。我们还是使用 netconvert 来生成最终的 netfile。

netconvert --node-files=cross3l.nod.xml --edge-files=cross3l.edg.xml --type-files=cross3l.typ.xml --output-file=cross3l.net.xml

Road Access Permissions

我们还可以对其中某个 edge 其中的 lane 进行额外的设置。例如可以定义 disallow 和 allow。当disallow='all' 的时候，这个可能表示是绿化带等，不能通行。这里 disallow 和 allow 后面接车辆的类型（list of vehicle classes）。例如可以写 disallow="passenger taxi"。

我们对上面的 cross3l.edg.xml 文件进行修改。我们修改 edge_id=1si，本来他是有三个车道的，我们将其中第二个车道设置为无法通行：

... previous definitions ...
<edge id="1si" from="m1" to="0" type="a">
<lane index="1" disallow="all"/>
</edge>
<edge id="1o" from="0" to="1" type="c"/>
... further definitions ...

上面 id='1si' 这个 edge 上，index=1（第二个 lane 上面无法通行）。最后效果如下：

参考资料，Road access permissions (allow, disallow)

Road Segment Refining

对于同一段 edge，我们可以对不同的位置来进行分别定义。例如下面的例子(一种比较常见的用法)：

... previous definitions ...
<edge id="2si" from="m2" to="0" priority="3" numLanes="3" speed="13.89">
<split pos="0" lanes="0 1"/>
<split pos="30" lanes="0 1 2" speed="10"/>
</edge>
... further definitions ...

下面是按照上面的文件生成的 network。下面的 edge 有 3 个 lane。第一个 split 是从开始位置，到 0m 的位置，加一个 node（还是开始位置）。第二个 split 是从开始位置到 30m 的位置, 加一个 node (命名方式是<EDGE_ID>.<POSITION)。新增的 node 如下所示, 可以看到他的 ID 就是 edge_id+position。

node 与 node 之间只包含参数 lanes 中的 lane。例如从起点 0m 到 30m 的这一段，就只包含 2 个 lane。

从 30m 到终点那一段, 速度就是被限制在 10, 上面 0-30 这一段速度是没有限制的. 但是这一段numLanes是=3, 因为上面 lanes="0 1 2"。

生成网格状地图

对于一些比较复杂的 network，我们就不能自己去手写 node 和 edge 文件了。下面是一个使用python 生成网格状 network 的例子（可以举一反三）。下面可以生成 node 和 edge 文件。

首先是生成 node 文件，我们会生成若干个 100100 的小方格，每一个格点就是一个 node。这里我们生成一个 66 一共 36 个 node：

# 生成Node文件, 从左下角(0,0)开始生成的
with open('cross.nod.xml', 'w') as file:
file.write('<nodes> \n')
for i in range(6):
for j in range(6):
file.write('<node id="node%d" x="%d" y="%d" type="priority" /> \n' %(i*6+j, i*100, j*100))
file.write('</nodes> \n')

接着我们生成 edge 文件，我们需要将上面的 36 个 node 连接起来。这里所有的 edge 都是由两个 Lane 组成，速度都是 40。

# 生成edge文件
with open('cross.edg.xml', 'w') as file:
file.write('<edges> \n')
for i in range(6):
for j in range(6):
if i > 0:
file.write('<edge id="edge%d_%d" from="node%d" to="node%d" priority="75" numLanes="2" speed="40" /> \n' % (i*6+j,k,i*6+j,(i-1)*6+j))
k=k+1
if i < 5:
file.write('<edge id="edge%d_%d" from="node%d" to="node%d" priority="75" numLanes="2" speed="40" /> \n' % (i*6+j,k,i*6+j,(i+1)*6+j))
k=k+1
if j > 0:
file.write('<edge id="edge%d_%d" from="node%d" to="node%d" priority="75" numLanes="2" speed="40" /> \n' % (i*6+j,k,i*6+j,i*6+j-1))
k=k+1
if j < 5:
file.write('<edge id="edge%d_%d" from="node%d" to="node%d" priority="75" numLanes="2" speed="40" /> \n' % (i*6+j,k,i*6+j,i*6+j+1))
k=k+1
file.write('</edges> \n')

之后通过 netconvert 来生成 network 文件.

netconvert --node-files=cross.nod.xml --edge-files=cross.edg.xml --output-file=cross.net.xml

最后生成的 network 如下所示：

Network 文件说明

下面简单介绍一下生成的 network 文件。在生成的 network 中, 会包含 direction，下面是一些缩写与全称的对应关系。

“s” = straight
“t” = turn
“l” = left
“r” = right
“L” = partially left
“R” = partially right
“invalid” = no direction

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使用 SUMO 进行仿真(2)-Node 和 Edge

使用 SUMO 进行仿真(2)-Node 和 Edge

Network 文件生成

Node 的相关说明 (Node Descriptions)

Edge 的相关说明 (Edge Descriptions)

Edge Type

Road Access Permissions

Road Segment Refining

生成网格状地图

Network 文件说明

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