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面向“交通强国”战略的交通分析与仿真技术

来源:中国智能交通协会   发布时间: 2020-03-10 14:56:16

东南大学土建交通学部主任  王炜 教授


党的十九大提出“交通强国”发展战略,“交通强国”就是要建世界一流的交通基础设施,我国已经有一流的交通基础设施、创造世界一流的交通运输效率、世界一流的交通服务质量。在九月份国务院印发的《交通强国建设纲要》当中提出,“交通强国”就是要打造“四个一流”,这意味着我国的战略重点将有重大转型。进行大规模建设的时候,依托的学科主要是土木工程,不包括道路、桥梁等。技术理论体系关键技术是怎么建造,将来主要的运行规律和服务质量提高,依托的主要是交通基础工程,在交通分析、交通仿真将来成为越来越重要的关键技术。交通分析已有30多年历史,从一开始的城市综合交通系统交通分析和区域综合交通系统的交通分析与仿真技术以及大数据的提升等等,一直围绕着“交运之星”交通分析与虚拟仿真平台开发来开展的。现在已经形成了面向城市交通大数据的版本。所以今谈谈对这三个方面做的工作。
一、交通大数据快速获取、融合与共享技术
首先是交通大数据的快速获取、融合与共享技术。交通是一个大数据源,交通数据非常丰富,包括静态的数据、动态的数据,特点是碎片化、各自为政、共享程度很低。后来获得了完整的交通数据库,道路网络、公交网络、轨道交通网络等的数值都有,但是都分散在各个部门,很难获取相应的文本。
大数据共享以后,这个问题就变得简单了。发达国家非常重视大数据的整合,用于交通系统分析。举个例子,从国际开源数据库OpenStreetMap可以下载世界上任何一个城市的网络数据库,通过“交运之星—TranStar” 解析,可以在几分钟之内完成一个大城市的综合交通网络基础数据库的构建。南京市交通网络有15000多个交通节点,从OSM数据库下载图元后,系统解析、网络生成、网络修正、数据库生成,总共2分钟时间。从美国橡树岭国家实验室大数据库可获得宁波市人口分布与土地利用分类数据库。
除了城市大数据以外,还有大湾区城市群的开发,比如长三角城市群,这个城市群高密度网络的交通节点,比如说京津冀城市群,比如说粤港澳大湾区,几分钟就可以把这个交通网络建立起来。
二、城市综合交通系统交通分析与仿真技术
基于大数据,我们在城市交通和综合运输进行了软件的开发和系统的集成。首先是城市交通,城市交通和综合运输一样,发生了很大的转变,以由增量积累向存量发展转变,能力建设向效率提升转变,这几年提出的智慧城市、城市职能交通系统,都是大城市解决交通问题的标配。但是考察发现,目前在实施ITS的过程当中,还是有很多的体制瓶颈没有突破。比如说目前正在实施的ITS,是IT+TS,这些数据解决了交通状态检测问题,但是没有能力对这些交通系统进行优化;现在很多城市进行了优化,但是优化得不是很完善,基本上还是IT和TS;缺少了用大数据去解决交通问题的关键技术,还是没有完全突破。只有把项目瓶颈突破了,才能实现真正的ITS。城市交通的解决方案仍然是基于传统的交通分析模型(条件假设、理论推导、实验验证、工程应用,如四阶段模型)
我国在解决城市交通问题上缺乏跨部门协同机制。交通问题变得越来越复杂,从交通的原则到过程,涉及到很多的部门,部门也在做努力,但是还没有用统一的数据、统一的方法、统一的软件在共享平台上协同处置,还没有技术机制,这个是需要突破的。
自动驾驶汽车的落地,将形成新型混合交通流,彻底改变交通运行状态,对道路资源配置与交通运行管理提出了更高要求。
这些问题怎么解决?新一轮技术革命为城市交通系统发展模式重大变革提供了技术支持。互联网 +、大数据、人工智能最有影响的应用是城市大脑,而大脑的核心功能是分析与决策。
我国当前城市病的重要原因就是城市发展过程中决策失误的长期积累。
道路、桥梁、高架桥是基础设施,而决定这些设施要不要建?什么时候建?建在哪儿?建多大规模? 靠的是仿真平台。城市虚拟交通仿真平台是城市发展中必须建设的基础设施
怎么去建这个仿真平台?我认为要建两个系统,一个是真实交通系统,这个系统是平行的不是虚拟的,在这个系统里面可以进行各种方案的论证分析与优化,优化后再实施。所以需要突破四个方面的关键技术,城市虚拟交通系统的基础数据库、城市虚拟交通系统的分析模型库、城市虚拟交通系统的平台软件库、城市虚拟交通系统的业务策略库。
基础数据库是交通大数据的快速获取与融合技术。
分析模型库是大数据环境下的城市交通分析模型体系。立足我国城市交通系统构成要素的基本特征,揭示新型城镇化背景下的城市交通系统供需平衡机理,重构基于大数据的新一代城市交通模型体系,为应用大数据技术实现城市综合交通系统的精明交通规划、精致交通设计、精细交通组织和精准交通管控提供科学的理论基础。需要构建能反映规划、城建、交通、交管、发改委等之间跨部门协同的交通要素相互作用关系模型:多模式交通网络一体化拓扑结构模型、人口分布-土地利用-居民出行、交通模式-居民出行-车辆出行、道路网络-公交网络-轨道网络、车辆总量-道路网络-道路流量、交通政策-交通需求-交通负荷、交通管理-交通控制-交通流量等相互作用关系模型。
平台软件库是大规模交通网络交通仿真技术与软件实现。城市综合交通系统的主体往往是由几百万人、上百万车在超级大型交通网络上的出行行为组成的复杂系统,对交通系统的仿真测试必须依托于大型平台软件。中国交通领域常用的交通分析大型平台软件有美国TransCAD、加拿大EMME、美国/英国CUBE、 德国Visum。
业务策略库是城市跨部门协同“一键式”交通仿真技术。对于非专业人员,交通仿真分析变得像手机拍照那么简单。
三、区域综合交通系统交通分析与仿真技术
接下来汇报一下在区域交通方面我们做了哪些工作。我国的区域交通发展到什么阶段?从上世纪的调配分割到本世纪初的独立成果,目前正在做互联互通。我国现在处于互联互通的阶段,发展目标是提高整个交通运输系统的运输效能与服务质量。后小康时代交通的核心是基于综合交通协同的运输效能与服务质量的提升。总体来说,我国的交通网络基本上是可以协同的,但还没有把这几大网络综合在一起,用一张网来表述。所以提出一个综合交通体系,用综合网络进行分析的,但关键技术就不一样了。网络是一个单一的公路网,一系列的模型需要重建,分析阶段以传统的四个阶段进行建模。
综合交通网络的交通阻抗分析模型是交通生成、交通分布、运输方式划分、网络交通分配的基础;组合综合交通生成分析模型、综合交通分布分析模型综合交通运输方式划分模型、综合交通网络交通分配模型;综合交通网络交通系统分析集成软件系统开发来实现。


 

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