我国城市交通规划模型研究应用现状及发展趋势

TRANSPORTRESEARCHVol.2No.4收稿日期：2016-06-04基金项目：交通运输部建设科技项目（2015318221020）；中央级公益性科研院所基本科研业务费项目（20154801）作者简介：李香静（1987—），女，山东烟台人，研究实习员，硕士，研究方向为城市交通运输信息化。E-mail：[e-mail]。我国城市交通规划模型研究应用现状及发展趋势李香静，刘向龙，刘好德，杨新征（交通运输部科学研究院城市交通研究中心城市公共交通智能化交通运输行业重点实验室，北京100029）摘要：为促进地方城市交通科学地规划建模，给行业管理部门提供决策支持，系统总结了我国城市交通规划模型理论与方法体系、交通规划主流软件工具、模型的数据需求与调查、部分城市的交通规划模型体系特点及典型应用方向。通过对我国城市交通规划模型研究应用现状的系统梳理，围绕城市交通数学模型、交通调查、数据、模型师等要素，对我国城市交通规划模型的发展提出建议，包括建立完整的交通规划模型体系，注重基于多源时空数据的动态模型和实时模型的研究与应用；定期开展交通调查，升级优化城市交通模型体系；充分将交通大数据挖掘与传统交通调查方法优势互补，获取可靠全面的交通基础数据；重视交通调查和交通模型方面的人才队伍的培养，建立数据交换和技术交流平台等。关键词：城市交通；交通规划模型；交通调查；四阶段法；大数据中图分类号：U491.1文献标识码：A文章编号：2095-9931（2016）04-0029-09ResearchApplicationStatusandDevelopmentTrendofUrbanTransportationPlanningModelsinChinaLIXiang-jing,LIUXiang-long,LIUHao-de,YANGXin-zheng(ChinaLaboratoryofAdvancedPublicTransportationScience,UrbanTransportationResearchCenter,ChinaAcademyofTransportationSciences,Beijing100029,China)Abstract:Inordertopromoteurbantransportationtobemodeledandplanedscientifically,provideref⁃erenceforthedecisionofindustrymanagementdepartment,thetheoryandmethodsystemofurbantrans⁃portationplanningmodels,themaintrafficplanningsoftware,datademand,transportationsurvey,thecharacteristicsandthetypicalapplicationdirectionofthetransportationmodelsystemsofsomecitiesweresummarized.Basedonanalyzingtheresearchandapplicationofurbantransportationplanningmod⁃elsinChina,aroundthemathematicalmodel,transportationsurvey,data,themodeler,suggestionsonde⁃velopmentofurbantransportationplanningmodelsinChinawereputforward,includingestablishingcompletetransportationplanningmodelsystem,focusingonthedynamicmodelandreal-timemodelofmulti-sourcespatialdata;progressingonthetransportationsurveyregularlytoupgradeandoptimizetheurbantransportationmodelsystem,complementingthetransportationdataminingandtraditionaltrans⁃交通运输研究TRANSPORTRESEARCH第2卷第4期|2016年8月DOI：：10.16503/j.cnki.2095-9931.2016.04.00529交通运输研究第2卷第4期｜Aug.2016portationsurveyfully,acquiringcomprehensiveandreliabletransportationdata,trainingtalentteam,es⁃tablishingthedataandtechnologyexchangeplatform.Keywords:urbantransportation;transportationplanningmodel;transportationsurvey;four-stagemethod;bigdata0引言城市交通规划模型是国际上交通学科研究的一个热点。20世纪60年代，美国芝加哥市发表的ChicagoAreaTransportationStudy把交通规划中的交通需求分析分为交通发生、交通分布、交通方式划分和交通分配四个步骤进行，具有代表性的“四阶段”城市交通需求预测模型正式诞生，此后“四阶段”交通预测理论和方法被广泛应用于城市交通规划。经过半个多世纪的发展，国外交通规划模型方面形成了四阶段的基本结构[1]，分别为四个有序的子模型：交通量生成、交通量分布、交通方式划分和交通量分配。相比而言，我国城市交通模型研究起步比较晚，所采用的交通规划理论及交通模型大多借鉴国外的经典“四阶段法”。20世纪70年代末，美籍华人张秋将交通工程学理念首次引入我国，之后交通规划模型作为其不可或缺的重要组成部分，被迅速应用到交通规划、建设和评估的决策分析当中。随着“四阶段法”被引入国内，很多交通学者开始关注城市交通的定量化研究。随着“互联网+交通大数据”时代到来，技术环境不断改进，可获取的数据源越来越多，如IC卡刷卡数据、车辆GPS数据、手机信令数据、社交网络数据以及腾讯、高德、百度的位置数据等等。这些海量、异构、实时的时空数据具有多维度分析、连续追踪的优势[2]，可整体把握交通发展态势，发现系统长周期规律，弥补传统调查方式无法长时间不间断调查、无法进行IC卡和移动终端追踪等不足。目前，交通领域的专家开始利用大数据的优势进行细粒度建模分析，探讨基于全样本多源时空数据的四阶段法，在城市交通模型构建及应用创新方面寻求更大的突破。为了促进地方城市交通科学地规划建模，为行业管理部门决策提供科学参考与依据，本文将对我国城市交通规划模型研究应用及发展趋势进行详细介绍，进一步提出我国城市交通规划模型的发展建议。1我国城市交通规划模型发展概况1.1城市交通规划模型体系交通模型是反映交通系统内在规律的数据模型组合，通过数学、图形、影像、视频等形式来描述，融合交通工程学与社会学、人口学、经济学、统计学、行为学、信息学等多种学科理论，运用数理方法和计算机软硬件设备，对交通政策与规划、建设与投资、运行与管理等各阶段决策提供重要的定量分析工具[3]。2004年，邵春福从交通出行的发生与吸引、交通分布、交通方式划分和交通流分配等方面对交通需求预测进行了重点讲述[4]。2006年，陆化普从交通调查到交通模型，对国内外交通规划建模理论、方法和应用进行了系统地探讨[5]。2007年，陆化普等人研究阐述了交通规划理论最新研究成果和发展方向，重点介绍了当前交通需求预测理论研究的新进展及交通模型发展应用热点[6]。另外还有很多交通领域的专家，如吉林大学杨兆升教授[7]、东南大学王炜教授[8-9]，同济大学徐慰慈教授[10]，北京工业大学关宏志教授[11]，北京交通大学毛保华教授[12]等对城市交通规划建模优化、模型应用等方面也开展了大量的深入研究。经过30多年不断地探究和实践，我国城市交通规划模型研究已经取得了较好的成果[13-15]。迄今为止，广为应用的城市交通规划模型体系是以“四阶段”交通需求预测模型为代表的，重点分析交通发生与吸引、交通分布、交通方式划分和交通量的分配。我国城市交通规划理论研究中常用的城市交通规划模型理论与方法体系如图1所示。在交通方式划分过程中，根据方式选择研究单位的不同，主要分为集计模型和非集计模型两类方30TRANSPORTRESEARCHVol.2No.4李香静，等：我国城市交通规划模型研究应用现状及发展趋势式划分模型[16]。传统“四阶段”模型是一种集计模型，是将个人的交通活动的数据资料按交通分区进行统计处理的，以交通分区为单位，用数学方法建立模拟城市交通状况的模型，其开发时间较早，操作相对简单，但不是建立在行为理论的基础上，无法对当今的复杂运输政策以及相关出行行为的反应进行有效分析。而非集计模型，通常也称为非集计行为模型（DisaggregateBehavioralModel）、个人选择模型（IndividualChoiceModel）或离散选择模型（DiscreteChoiceModel），是以分析个体交通出行者的出行选择行为为核心，以个人效用最大化理论为基础建立的模型。非集计模型是20世纪90年代中期，清华大学陆化普等一些交通学者引入到我国的交通实践规划中[16]。这种模型效率高、成本低、可操作性强、可移植性较高且包含了多种变量。在交通量分配过程中，根据交通流分布形态不同，主要分为静态和动态交通分配。静态交通分配是以OD交通量为对象，其OD矩阵是已知且确定的，不考虑其随时间而变化，以交通规划为目标，对路网性能进行评价。动态交通分配是以路网交通量为对象，在交通供给状况和交通需求状况已知的条件下，分析最优的交通量分布模式，以交通控制和诱导为目标，支持智能交通系统的发展。国际上通用的静态交通分配模型分为平衡和非平衡交通模型，并以Wardrop的第一、第二原理为划分依据。将完全满足Wardrop原理定义的平衡状态的分配模型，称为平衡分配模型；将采用启发式或其他近似方法的分配模型，称为非平衡分配模型。传统的四阶段模型体系将出行预测分为交通发生、交通分布、交通方式划分和交通分配四个相对独立的阶段，数据单向流动，无法正确反映交通供图1城市交通规划模型理论与方法体系城市交通规划模型理论与方法体系：LogitNLUESOLogitProbitProbitLogitIAMSA0-1DUODSO31交通运输研究第2卷第4期｜Aug.2016需之间的互动关系。1993年，美国联邦公路局（FederalHighwayAdministration,FHA）在美国交通运输研究委员会（TransportationResearchBoard,TRB）会议上提出了反馈四阶段法，四阶段交通需求预测模型的循环反馈过程可以有效解决传统四阶段交通需求预测模型中的出行时间不一致性问题[17]。鉴于交通拥挤延迟对出行行为的显著作用，反馈模块已成为现代四阶段法模型不可缺少的一个步骤。1.2典型交通规划软件分析工具随着计算机技术的发展和城市交通规划事业的兴起，人们越来越认识到计算机技术对交通规划工作的帮助，逐渐研发了各种各样的交通规划软件，辅助交通模型分析。国外从最早的美国UTPS到MINUTP,TransCAD,EMME/2,TRIPS,TP+,TRAN⁃PLAN,PTVVISION等等，可列举的交通规划软件有数十种[18]。国内东南大学王炜教授研发了交通网络系统分析软件——交运之星TranStar，具有城市交通版、交通管理版、公路交通版3个版本，是我国少数自行开发、具有自主知识产权的交通分析软件之一。本文重点总结了目前在国内应用最突出的交通规划主流软件：TransCAD,CUBE/Trips,EMME/2