3. 路网构建与编辑

在SUMO交通流仿真中，路网（Network）是一切交通行为发生的物理载体。无论是微观车辆跟驰、宏观交通流分析，还是信号灯配时优化，都依赖于一个拓扑正确、属性合理的路网文件（.net.xml）。虽然SUMO提供了从OSM（OpenStreetMap）导入路网的自动化工具，但在实际工程中，我们经常需要手工构建或精细编辑路网——例如，新建一条园区内部道路、调整某条匝道的限速、修正交叉口的转向连接关系，或是为仿真场景添加特定的车道功能。NETEDIT（Network Editor）是SUMO官方提供的图形化路网编辑工具，它允许用户以所见即所得的方式绘制节点（Node）和边（Edge），并精确配置车道数、限速、连接关系等核心属性。本章将系统讲解使用NETEDIT手工构建路网的全流程，从基础概念到高级配置，帮助读者建立对SUMO路网数据模型的深刻理解。

上图展示了NETEDIT构建路网的核心链路：从底层的数据模型（Node/Edge/Connection）出发，通过图形化编辑工具进行绘制与属性配置，最终生成可供SUMO仿真引擎直接加载的.net.xml文件。整个流程环环相扣，任何一个环节的疏漏都可能导致仿真运行失败或结果失真。接下来，我们将深入剖析每个环节的具体操作与原理。

3.1 路网数据模型与NETEDIT界面认知

核心原理：SUMO的路网本质上是一个有向图（Directed Graph），由节点（Node）和边（Edge）构成。节点代表道路的交叉口、端点或形状变化点，边代表连接两个节点的有向道路段。每条边可以包含多条车道（Lane），车道是车辆实际行驶的物理单元。连接关系（Connection）则定义了车辆如何从一条边的某条车道转向另一条边的某条车道，这是交叉口通行逻辑的核心。NETEDIT将这些抽象概念可视化，用户通过鼠标操作即可完成对路网拓扑的增删改查。

操作流程：启动NETEDIT（在SUMO安装目录下执行netedit.exe或通过命令行netedit），界面主要分为三个区域：左侧的层级列表（Hierarchy）、中央的编辑画布（Canvas）、右侧的属性面板（Attribute Panel）。在编辑画布中，右键选择“Add Node”即可在点击位置创建节点；选中两个节点后，右键选择“Add Edge”并依次点击起始节点和终止节点，即可创建一条有向边。默认情况下，新创建的边包含一条车道，限速为50km/h。

3.2 节点（Node）属性设置与类型选择

核心原理：节点属性决定了交叉口的通行规则和几何形状。最重要的属性是type，它定义了车辆通过该节点时的路权分配逻辑。例如，priority类型节点要求来自次要道路的车辆让行主要道路车辆；traffic_light类型节点则完全由信号灯控制通行。此外，节点的x和y坐标定义了其地理位置，radius属性影响交叉口的几何形状（用于绘制转弯车道）。

判断方法：选择节点类型时，需根据实际道路情况判断：若交叉口有明确的信号灯，则选择traffic_light；若为无信号灯但主路优先，则选择priority；若所有方向车流量相当且无信号灯，则选择right_before_left。对于道路的起点和终点（即路网的边界），通常使用dead_end类型，表示车辆在此处无法继续行驶。

<node id="intersection_1" x="1000.0" y="2000.0" type="traffic_light"/>
<node id="road_start" x="0.0" y="2000.0" type="dead_end"/>

案例拆解：假设我们要构建一个十字交叉口，东西方向为主干道（限速60km/h），南北方向为支路（限速30km/h）。我们创建四个节点：交叉口中心节点center（类型为priority），以及四个方向的端点节点（类型为dead_end）。在NETEDIT中，选中中心节点，在属性面板中将type改为priority，并设置priority属性为-1（表示该节点本身不定义优先方向，由连接关系决定）。然后，我们创建四条边：east_approach（从东端点指向中心）、west_approach（从中心指向西端点）等。这样，一个基础的十字路口拓扑就完成了。

3.3 边（Edge）属性配置：车道数、限速与方向

核心原理：边是道路的抽象，其属性直接决定了道路的通行能力与速度。关键属性包括numLanes（车道数）、speed（最大允许速度，单位m/s）、oneway（是否单向）、spreadType（车道分布类型，如center表示车道以道路中心线对称分布，right表示车道向右偏移）。在SUMO中，速度单位是m/s，而日常习惯使用km/h，换算关系为1 m/s = 3.6 km/h。

操作流程：在NETEDIT中选中一条边，右侧属性面板会显示其所有属性。修改numLanes为2，则道路变为双向两车道（若oneway为false）。修改speed为16.67（对应60km/h），则限速生效。对于单向道路，将oneway设为true，此时该边只允许车辆从from节点驶向to节点。

实战场景：在构建高速公路匝道时，通常需要设置spreadType="center"以保证车道关于道路中心线对称，同时将oneway设为true以模拟单向行驶。例如，一条匝道限速40km/h（即11.11m/s），车道数为1，则配置为<edge id="ramp_1" from="node_a" to="node_b" numLanes="1" speed="11.11" oneway="true" spreadType="center"/>。在NETEDIT中，这些修改会实时反映在画布上，方便用户直观检查。

3.4 连接关系（Connections）的配置与信号灯联动

核心原理：连接关系定义了车辆在交叉口内的行驶轨迹。一条连接由from（起始边）、fromLane（起始车道索引，从0开始）、to（目标边）、toLane（目标车道索引）以及dir（方向：s直行、l左转、r右转、t掉头）组成。在NETEDIT中，选中一个节点后，可以进入“连接模式”（按快捷键C），此时画布上会显示所有可能的转向箭头，用户只需点击箭头即可创建或删除连接。

操作流程：以十字路口为例，假设东进口（edge_east）有两条车道（索引0为左转车道，索引1为直行+右转车道），北出口（edge_north）有两条车道。我们需要创建以下连接：edge_east的车道0 → edge_north的车道0（左转），edge_east的车道1 → edge_north的车道1（直行），edge_east的车道1 → edge_south的车道0（右转）。在NETEDIT中，进入连接模式后，点击对应的转向箭头即可自动生成连接，并自动分配dir属性。

<connection from="edge_east" fromLane="0" to="edge_north" toLane="0" dir="l" state="m"/>
<connection from="edge_east" fromLane="1" to="edge_north" toLane="1" dir="s" state="m"/>
<connection from="edge_east" fromLane="1" to="edge_south" toLane="0" dir="r" state="m"/>

案例拆解：当节点类型为traffic_light时，连接关系还需要与信号灯相位（Phase）关联。在NETEDIT中，选中信号灯节点，点击“编辑信号灯”按钮，进入信号灯编辑器。在这里，我们可以定义多个相位，每个相位包含一组允许通行的连接。例如，相位A允许东西方向直行和右转，相位B允许东西方向左转，相位C允许南北方向直行和右转，相位D允许南北方向左转。每个相位需要设置持续时间（Duration）和状态（State）。信号灯与连接关系的正确联动是确保交叉口无冲突通行的关键。

3.5 路网校验与常见错误排查

核心原理：路网构建完成后，必须进行校验以确保其逻辑正确性。NETEDIT内置了实时校验功能，会在画布底部显示错误和警告信息。常见的错误包括：节点坐标重叠、边没有连接到节点、连接关系缺失（导致某些转向无法实现）、车道数不匹配（例如，两条相连道路的车道数不一致，且未设置合理的车道扩展）。

判断方法：在NETEDIT中，可以通过菜单“Processing” → “Check Network”来运行完整校验。校验结果会列出所有错误（Error）和警告（Warning）。错误必须修复，否则SUMO无法加载路网；警告则可能导致仿真行为不符合预期，建议也一并处理。常见的警告包括：限速突变（相邻道路限速差超过20km/h）、节点间距过小（小于5米）等。

实战场景：假设我们构建了一个环形交叉口（Roundabout），但仿真时车辆在环岛内频繁停车。通过NETEDIT的校验功能，我们发现环岛内的连接关系虽然存在，但state属性被错误地设置为“m”（手动控制），导致车辆必须停车等待。修正方法是将环岛内连接的状态改为“M”（默认允许通行），并确保环岛入口的让行规则正确。这个案例说明，连接关系的state属性（m/M表示手动/自动，y表示让行，s表示停车）对仿真行为有直接影响。

3.6 从NETEDIT到仿真：导出与验证

核心原理：完成路网编辑后，需要将路网保存为.net.xml文件。NETEDIT支持直接保存（File → Save），也可以导出为其他格式。保存后，建议使用SUMO自带的命令行工具netconvert进行二次校验，命令为netconvert --sumo-net-file output.net.xml --validate。该命令会输出详细的校验报告，包括节点数、边数、连接数以及潜在问题。

操作流程：在NETEDIT中，点击“File” → “Save Network As...”，选择保存路径和文件名。保存后，打开终端，执行以下命令：

netconvert --sumo-net-file my_network.net.xml --validate --output-file my_network_checked.net.xml

如果校验通过，会生成一个my_network_checked.net.xml文件。然后，我们可以使用SUMO-GUI加载该文件，进行可视化验证。在SUMO-GUI中，可以查看路网的3D视图、检查每条车道的连接关系、模拟车辆行驶，从而直观地发现潜在问题。

案例拆解：某项目中，我们手工构建了一个包含5个交叉口、12条道路的园区路网。在NETEDIT中完成绘制后，使用netconvert校验发现3个警告：其中两个是限速突变（从30km/h直接变为60km/h），一个是一条边未设置priority属性。我们根据警告信息，在限速突变处增加了一段过渡道路（限速40km/h），并为缺失优先级的边设置了合理的优先级值。重新校验后，警告清零。随后在SUMO-GUI中加载路网，模拟了1000辆车在早高峰时段的运行，未出现死锁或异常停车现象，验证了路网的正确性。