实验简介：
智能网联交通是交通强国建设的重要内容，其推广应用将大幅提升信号交叉口控制的实时性、主动性、协调性和精细化程度。平面交叉口作为城市路网的主要联通节点，是交通拥堵诱发点和交通冲突常发点，其控制问题一直都是交通领域的研究热点。
本实验将智能网联环境下交通管理控制的前沿科研成果反哺于实验教学，立足新时代交通强国建设背景下创新人才培养需求，以交叉口信号控制原理和理论方法为基础，综合运用虚拟仿真技术，使学生能够同时从个体和全局的视角理解信号交叉口协同优化设计原理，沉浸式地开展单点交叉口信号控制设计、干线交叉口绿波控制设计、区域交叉口协同控制设计、智能网联环境下交叉口信号协同控制设计等实验，引导学生对智能网联交通前沿技术进行自主探索与积极实践，激发学生的专业自豪感和投身交通强国建设的使命感。
实验背景：
“智能网联场景下信号交叉口协同控制虚拟仿真实验”聚焦于“智能网联”和“信号交叉口协同控制”两个焦点，其必要性体现在：
（1）智能网联交通是交通强国建设的重要内容，其推广应用将大幅提升信号交叉口控制的实时性、主动性、协调性，本项目将核心技术转化为实验内容，体现了实验的挑战度和高阶性。
交通是兴国之要、强国之基。我国正由“交通大国”迈向“交通强国”建设，标志着交通运输行业发展重点将由大规模基础设施建设转向现代化运行管理与服务。智慧交通是交通运输现代化的重要标志，是交通强国建设的重要内容。智能网联交通技术是当前交通领域革命性的创见和行业科技发展前沿。我国政府对此高度重视，相继出台了《新一代人工智能发展规划》、《交通强国》、《开展智慧城市基础设施与智能网联汽车协同发展试点工作》等一系列政策，推动智慧交通应用，加快新型基础设施建设网络化、数字化、智能化、车城一体化协同发展。平面交叉口作为城市路网的主要联通节点，是交通拥堵诱发点和交通冲突常发点，其控制问题一直都是交通领域的研究热点。本实验将智能网联环境下交叉口管理控制的前沿科研成果反哺于实验教学，立足新时代交通强国建设背景下创新人才培养需求，以交叉口信号控制原理和理论方法为基础，综合运用虚拟仿真技术，有效解决交通工程实际问题，激发学生的专业自豪感和投身交通强国建设的使命感。
（2）实验面临“智能网联环境难以实物化”、“交叉口信号配时过程难以可视化”、“交叉口协同控制效果难以形象化”的难题，必须通过虚拟仿真实验将现实中含安全风险、强抽象操作的信号交叉口协同控制变得可重复、可分析、可探索，培养学生的创新意识、科学素养和工匠精神。
交叉口是城市道路网络的重要组成部分，其交通冲突集中、交通行为复杂，设计方案影响因素众多，且各交叉口之间交通流关联性强，需根据路网交通流实际分布情况，识别关键路径，进行信号交叉口协同管控设计。与此同时，智能网联技术的推广与应用对交通行业带来革命性的影响。在智能网联环境下，车辆与车辆、车辆与道路间能够进行实时信息交互，车辆与车辆、车辆与道路间耦合关系发生本质变化，交通流运行较传统交通环境存在明细差异，对城市交叉口信号协同优化设计提出了新挑战。但仅仅依靠理论教学难以达到让学生深入理解和灵活运用基本原理的效果，因而开展相关实验很有必要。常规实验方法包括城市路网沙盘演示与基于微观仿真软件的仿真实验，前者仅具有展示效果，功能性较弱，后者虽然功能性较强，易于普及，但是学生参与感非常低，同时已有交通微观仿真技术都建立在传统交通流模型的基础上，对智能网联环境下交通流的适应性和有效性仍有待验证。因此，利用虚拟仿真技术开展智能网联环境下信号交叉口协同优化设计的实验教学十分必要，对虚拟智能网联场景生成和网联环境下交通运行的仿真具有非常重要的意义。
（3）学生在智能网联虚拟现实中进行交叉口协同控制实验，增强了学生对交通工程专业课程的理解和应用能力，引导学生对智能网联交通前沿技术进行自主探索与积极实践。
智能网联场景下信号交叉口协同控制实验，涉及交通工程专业的核心主干课程《交通工程综合设计》、《交通管理与控制》，同时将团队成员将所掌握的国际领先的交通管理与控制技术知识与自主研发的最新科研成果转化为多样化虚拟教学资源。通过对城市路网交叉口场景、智能网联环境数据交互、交通流仿真模拟、多自由度驾驶模拟平台等方面的高度仿真，使学生能够同时从个体和全局的视角理解信号交叉口协同优化设计原理，沉浸式地开展交叉口信号协同优化设计、智能网联环境下交叉口信号控制策略设计等实验，引导学生对智能网联交通前沿技术进行自主探索与积极实践。实验完成后，就不同设计方案从缓解交通拥堵、提升交通安全、减少碳排放等不同方面进行对比评价，从而达到深刻理解设计原理，提高科研素养的目的。
设计原则：
“智能网联场景下信号交叉口协同控制虚拟仿真实验”以三维虚拟现实为基础，结合实际路网交通流量数据，开展虚拟实际操作，其先进性主要包括：
（1）项目以实际道路网络为蓝本开展实验，并拓展到智能网联交通场景，体现了实验数据和实验场景的先进性。依托东南大学交通运输工程学科优势（双一流建设、第四轮评估A+），结合项目负责人主持完成的国家重点研发计划项目“面向动态网络均衡的城市交通诱导与信号控制协同技术”（2018YFE0120100），积累了真实、丰富的路网交通基础数据库，而且对智能网联环境下交叉口协同优化设计的关键难点及解决方案具有深刻认识。将这些成果转化为本项目的功能设计和实验步骤开发，保障了实验项目真实性和理论方法的先进性。
（2）智能网联交通是加快建设交通强国、科技强国、数字中国的重要创新引擎，体现了实验对象和实验元素的先进性。本实验从传统单点交叉口信号控制延伸到智能网联环境下交叉口群协同优化设计，实现路网交通流的精准管控与协同服务，符合《交通强国建设纲要》中智慧交通战略要求。基于云端共享虚拟仿真平台，模拟不同信号控制设计方案对应的交通运行状态，并实时输出平均车速、排队长度、碳排放等评价指标，进而不断优化设计方案，凸显了智能网联环境下交叉口多目标协同优化设计的新思路。
（3）项目基于Webgl版本开发应用环境，3D可视化效果强，用户使用便捷，体现了软件开发技术的先进性。本实验系统包含多个层级，涉及多种原理与方法，层层递进、环环相扣。系统画面设计简洁美观，具有科技感，整体逻辑经过反复修改论证。实验配设了“新手引导”“步骤引导”和“知识提示”等环节，让学生可以快速理解实验目的与流程。实验中智能网联场景、交叉口交通流运行状况、路网交通流分布等相关工况场景利用3D技术高度还原现实场景，用户可以进行深度情景体验，类似游戏操作的实验方式增加了学生的实验热情。
此外，此虚拟仿真系统采用C#开发语言，基于Unity开发引擎发布的webgl版本的应用，采用主要websocket协议实现与服务器的通信和数据传输，3DMAX和Maya实现3D图形可视化。系统运行平台：windows 8\windows 10，火狐浏览器、谷歌浏览器（64位）。用户使用轻便化，无需下载安装应用，直接打开网页即可运行该虚拟仿真系统。
实验目标：
本项目实验内容源于工程实际和科研前沿，经过进行设计，构建出“理论方法教学+虚拟交通仿真+真实路网实践”实验架构，设计了“操作性考核+测试性考核+尝试性考核+创新性考核”实验目标达成度多维评价方法，全面提升学生理论理解、操作实践和创新能力。目的是让学生通过“理论方法教学”夯实交叉口信号控制理论知识，通过“虚拟交通仿真”加强控制系统感知和知识理解，最终在虚拟环境下进行“真实路网交叉口信号控制设计实践”。项目针对实验中既包含对学生操作性、测试性等常规要求，也包含尝试性、创新性的高阶要求，设计了“操作性考核+测试性考核+尝试性考核+创新性考核”多维评价方法，实现了对学生实验的知识评价、过程评价、能力评价。目标是提升操作技能和培养创新能力，并且培养学生“发现问题-分析问题-解决问题”的高阶学习能力和创新能力。
知识目标：
（1）熟练掌握“单点交叉口信号控制”、“干线绿波信号控制”和“区域交叉口协同控制”基本原理和设计方法；
（2）掌握智能网联条件下，车队行驶速度、交叉口信号配时、交叉口之间的绿灯时差等多变量协同优化设计方法；
（3）深刻理解交通事故场景下“事故自动感知、信息实时交互、信号智能优化、诱导精准有效”的全流程智慧管控策略。
能力目标：
（1）提高学生对基础专业知识的理解能力及在智能网联环境下的应用能力；
（2）引导学生进行规律探究、自主设计，培养学生高阶学习能力和创新能力；
（3）培养学生解决多变量协同优化复杂问题的综合设计能力和高级思维。
素养目标：
（1）遵循科学思维方式，探索交叉口协同控制问题的本质和规律，培养学生严谨的态度、细致的观察力、耐心的精神和创新的意识；
（2）多次尝试不同组合寻找最优方案，增强学生经过刻苦探究收获能力和素质提高的成就感。
思政目标：
（1）深刻领悟我国《交通强国建设纲要》中的智慧交通战略要求，培养学生大国工匠精神和卓越工程师意识；
（2）激发学生的专业自豪感、社会责任感和投身交通强国建设使命感。
实验要求：
1、专业与年级要求
本实验适用于交通运输类中的交通工程专业、交通运输专业学生。相关实验步骤可拓展至地理信息科学、道路桥梁与渡河工程等专业交通类方向课程的辅助学习。
实验对应的核心知识点与《交通工程综合设计》、《交通管理与控制》课程直接关联，也适用于《交通规划》、《交通设计》等课程的相关知识、能力要求的培养。适合本科3、4年级学习，部分实验步骤还可应用于学生毕业设计和课外研学过程中的创新实验。
2、基本知识和能力要求
进行本实验学习的学生，应对《交通管理与控制》、《交通设计》中的交叉口渠化设计、信号控制方案设计有基本的了解，对多因素、多目标要求的交通控制方案设计有综合必选和应用能力。
