林 濤

(深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計研究中心有限公司，深圳518021)

基于大數(shù)據(jù)的交通規(guī)劃技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用實踐
——以深圳市為例

林 濤

(深圳市城市交通規(guī)劃設(shè)計研究中心有限公司，深圳518021)

深圳市長期堅持數(shù)據(jù)和模型驅(qū)動的交通規(guī)劃理念，經(jīng)過20年的積累，建立了面向規(guī)劃決策支持的綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系，在多元數(shù)據(jù)融合與大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用方面進行了探索?？偨Y(jié)深圳市交通大數(shù)據(jù)平臺包含的三類數(shù)據(jù)：偏靜態(tài)的城市空間數(shù)據(jù)、傳統(tǒng)調(diào)查數(shù)據(jù)、偏動態(tài)的交通多元數(shù)據(jù)，闡述大數(shù)據(jù)對交通規(guī)劃技術(shù)創(chuàng)新的影響。基于大數(shù)據(jù)對交通模型和運行仿真的影響，深圳市積極推動交通規(guī)劃技術(shù)創(chuàng)新，建立區(qū)域–宏觀–中觀–微觀一體化的交通仿真模型體系、融合實時數(shù)據(jù)的交通運行和評價系統(tǒng)，也使得綠色交通優(yōu)先等規(guī)劃理念更易實施。最后，對車聯(lián)網(wǎng)、智慧交叉口、交通主動控制、個性化信息交互等影響交通規(guī)劃創(chuàng)新的技術(shù)進行展望。

交通規(guī)劃；大數(shù)據(jù)；技術(shù)創(chuàng)新；交通仿真模型；運行評價系統(tǒng)；車聯(lián)網(wǎng)

0 引言

現(xiàn)代城市交通規(guī)劃是在第二次世界大戰(zhàn)后出現(xiàn)的。美國芝加哥大都市區(qū)交通規(guī)劃在居民出行調(diào)查的基礎(chǔ)上，建立交通四階段數(shù)學(xué)模型，標志著交通規(guī)劃成為一門學(xué)科。交通規(guī)劃與數(shù)據(jù)有著不解之緣，交通為衍生需求，其產(chǎn)生必然與土地利用、人口構(gòu)成、道路狀況、經(jīng)濟收入等緊密聯(lián)系。在當(dāng)前大數(shù)據(jù)蓬勃發(fā)展的背景下，交通規(guī)劃師如何獲取全面翔實的數(shù)據(jù)、開展技術(shù)創(chuàng)新、深入理解與感悟城市及交通，成為交通規(guī)劃成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

深圳市長期堅持數(shù)據(jù)和模型驅(qū)動的交通規(guī)劃理念，先后于1995年、2000年、2005年和2010年完成四輪居民出行調(diào)查；并在2004年、2009年開展了兩輪交通仿真系統(tǒng)建設(shè)[1-2]，將出租汽車浮動車數(shù)據(jù)(FCD)、定點采集數(shù)據(jù)等納入規(guī)劃決策支持體系，建立了面向規(guī)劃決策支持的綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用體系，在多元數(shù)據(jù)融合與大數(shù)據(jù)挖掘應(yīng)用方面進行探索。本文以深圳市為例，闡述大數(shù)據(jù)對交通規(guī)劃技術(shù)進步和學(xué)科發(fā)展的支撐作用，并展望未來發(fā)展方向。

1 大數(shù)據(jù)對交通規(guī)劃技術(shù)創(chuàng)新的影響

交通大數(shù)據(jù)是一個較為廣泛的概念，既包括城市層面的土地、建筑、人口、經(jīng)濟、氣象等信息，也包括交通層面的居民出行、公共交通、車流量、交通管理、車輛、視頻監(jiān)控、信號燈等信息。深圳市作為全國信息化領(lǐng)先城市，已建立的信息采集及分析系統(tǒng)具有大量數(shù)據(jù)積累，在此基礎(chǔ)上，一方面強力推行政府機構(gòu)大部制，破除數(shù)據(jù)共享體制障礙，另一方面扶持交通專業(yè)技術(shù)服務(wù)機構(gòu)做大做強，建立交通信息實驗室創(chuàng)新載體，研發(fā)交通大數(shù)據(jù)平臺，形成不斷完善的產(chǎn)品和技術(shù)體系，服務(wù)城市交通規(guī)劃、建設(shè)及運營管理。

深圳市交通大數(shù)據(jù)平臺包括三類數(shù)據(jù)：1)偏靜態(tài)的城市空間數(shù)據(jù)，例如土地利用、房屋建筑量、交通分區(qū)、道路網(wǎng)絡(luò)、公共交通網(wǎng)絡(luò)、站場樞紐等；2)傳統(tǒng)調(diào)查數(shù)據(jù)，例如人口普查、經(jīng)濟普查、居民出行調(diào)查、公共交通調(diào)查、境界線調(diào)查、車輛年檢數(shù)據(jù)等；3)偏動態(tài)的交通多元數(shù)據(jù)，例如線圈、微波、浮動車、雷達監(jiān)測、公共汽車GPS、深圳通IC卡、車牌識別、手機信令、交警信號系統(tǒng)、地圖導(dǎo)航、氣象、地圖位置等互聯(lián)網(wǎng)信息。其中，傳統(tǒng)調(diào)查數(shù)據(jù)與更精準的城市空間數(shù)據(jù)融合，加上偏動態(tài)的交通多源數(shù)據(jù)促進交通模型和仿真系統(tǒng)更趨完善。

1.1 交通模型肌理化、精準化、區(qū)域化

1.1.1 記錄城市和交通發(fā)展肌理

1）對各層次用地規(guī)劃進行持續(xù)的跟蹤及數(shù)據(jù)記錄。

深圳市除了對基本的城市總體規(guī)劃(包括1985—2000年、1996—2010年及2010—2020年三輪總體規(guī)劃)以及各分區(qū)(組團)規(guī)劃等中長期、區(qū)域級規(guī)劃成果進行持續(xù)土地利用跟蹤外，也對頻繁更新的單元級規(guī)劃成果如法定圖則、單元規(guī)劃及城市更新(“三舊”改造)專項規(guī)劃等進行實時跟蹤及數(shù)據(jù)錄入。城市用地數(shù)據(jù)庫實時記錄并監(jiān)控城市規(guī)劃用地發(fā)展及變遷，為分析人口、就業(yè)崗位、交通設(shè)施配置奠定了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2）對用地開發(fā)進行持續(xù)監(jiān)測。

深圳市充分利用3S(GPS,RS,GIS)現(xiàn)代科技手段，建立土地開發(fā)的動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)，了解規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)土地開發(fā)整理的行為和項目進展情況，以提高規(guī)劃管理水平、保證規(guī)劃順利實施。2007年啟動了建筑物信息與應(yīng)用服務(wù)工程，對全市建筑物普查信息建庫，徹底清查建筑物名稱、位置、面積、功能等現(xiàn)狀情況及審批情況，并建立約60萬幢建筑物三維模型及約200 GB的三維模型數(shù)據(jù)庫。建立建筑物信息更新機制和建筑物信息更新維護管理系統(tǒng)，利用規(guī)劃審批信息及房產(chǎn)交易信息對建筑物信息進行日常動態(tài)更新。滾動更新的建筑物信息庫更利于厘清城市發(fā)展脈絡(luò)，判別不同時期城市建設(shè)背景，支持城市、交通規(guī)劃編制工作。

3）對交通基礎(chǔ)設(shè)施及信息持續(xù)更新。

除了對基本的綜合交通規(guī)劃、分區(qū)交通規(guī)劃、軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、大型樞紐及城市干線路網(wǎng)規(guī)劃等區(qū)域級交通規(guī)劃進行持續(xù)跟蹤及數(shù)據(jù)庫更新外，深圳市通過建立城市交通仿真系統(tǒng)和交通規(guī)劃決策支持體系，結(jié)合城市用地及交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，實時模擬城市交通運行狀態(tài)，識別交通擁堵根源。此外，建立基于浮動車及多元數(shù)據(jù)融合的道路實時運行評估及指數(shù)發(fā)布平臺，對歷史及實時道路運行狀態(tài)進行評估及記錄，還原道路交通時空運行狀態(tài)有利于分析城市交通機理，提升城市道路運行效率。

1.1.2 數(shù)據(jù)標定和信息記錄更精準

信息以建筑單體為單元可將交通小區(qū)精度由街道(街區(qū))級別提升至單個建筑級別。首先，依托深圳市開展的建筑物信息與應(yīng)用服務(wù)工程，通過對單個建筑單元進行普查及數(shù)據(jù)庫實時更新，實現(xiàn)了用地信息精度由單元土地規(guī)劃信息提升到單體建筑信息。其次，基于手機信令數(shù)據(jù)及全市1萬多個手機基站小區(qū)，實現(xiàn)居民出行軌跡復(fù)原，對居民出行起訖點分析由交通小區(qū)的匹配精準到手機基站小區(qū)的定位，有利于更精準的OD分析。最后，推進“織網(wǎng)工程”，將全市按1 000套房屋為標準劃分為1.5萬個基礎(chǔ)網(wǎng)格，并配備信息采集員及時更新信息，實現(xiàn)了人口與房屋的匹配。

自動數(shù)據(jù)采集設(shè)備提升交通量調(diào)查的精準度。在現(xiàn)有以人工作業(yè)為主的交通量調(diào)查基礎(chǔ)上，深圳市通過鋪設(shè)道路設(shè)施如地磁、線圈以及卡口監(jiān)測，獲取更加準確及連續(xù)的道路交通量、車速及道路擁堵數(shù)據(jù)。其次，將地鐵閘口數(shù)據(jù)及深圳通IC卡刷卡數(shù)據(jù)用于公共交通需求及公共汽車OD分析，以提升現(xiàn)有的人工跟車采集的數(shù)據(jù)精準度。

基于手機或GPS的居民出行調(diào)查在方式、時間、次數(shù)及路徑選擇上都有助于提升傳統(tǒng)居民出行調(diào)查的校核以及精準度。采用手機或GPS與傳統(tǒng)居民出行調(diào)查相結(jié)合，彌補了傳統(tǒng)調(diào)查耗時長、成本高且對個人出行信息采集片面等問題，通過對單個樣本在一段時間內(nèi)出行軌跡的復(fù)原，得到完整連續(xù)的出行鏈。其次，從對出行時間及次數(shù)上的模糊回憶轉(zhuǎn)變?yōu)槌鲂袝r間及次數(shù)的精準記錄，并從傳統(tǒng)的出行路徑模擬提升為精準的路徑跟蹤。

1.1.3 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)尺度突破城市邊界

傳統(tǒng)交通調(diào)查更注重深圳市域內(nèi)部城市和交通運行數(shù)據(jù)，隨著手機信令數(shù)據(jù)、省域地圖導(dǎo)航、省域“兩客一?！避囕vGPS等數(shù)據(jù)的接入，以及跨區(qū)域交通專項調(diào)查及跨市IC卡數(shù)據(jù)的采集(如整合珠三角各城市居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)、年度深港跨境調(diào)查、深莞惠一體化專項調(diào)查等)，深圳市建立了區(qū)域宏觀交通模型，應(yīng)用于珠三角城市群中，實現(xiàn)了深港都市圈、深莞惠都市圈交通一體化研究以及珠三角城際交通戰(zhàn)略等重大跨境交通設(shè)施的分析。

1.2 運行仿真和評估精準化、多元化

1.2.1 實時模擬車輛和行人運行狀況

傳統(tǒng)的深圳市交通仿真系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要來自于居民出行調(diào)查(包括個人基本信息、收入、居住及就業(yè)地址、出行鏈信息等)、社會經(jīng)濟調(diào)查(包括國家或深圳市定期開展的人口普查及抽樣調(diào)查、經(jīng)濟普查、就業(yè)調(diào)查、收入調(diào)查等)，以及交通量調(diào)查數(shù)據(jù)(包括道路交通量調(diào)查、境界線客流調(diào)查、時間價值調(diào)查、車輛OD調(diào)查、公共汽車跟車調(diào)查、停車調(diào)查等)，數(shù)據(jù)來源單一，時效性差，是基于歷史的靜態(tài)交通仿真。通過與實時交通運行數(shù)據(jù)的融合，可對車輛和行人運行狀況進行實時模擬。目前仿真模擬數(shù)據(jù)來源已擴展到浮動車、公共汽車GPS、地磁、“兩客一?！避囕vGPS、手機信令及高清視頻等。

1）擴展路段數(shù)據(jù)和覆蓋范圍。

首先，借助地圖導(dǎo)航數(shù)據(jù)擴展原特區(qū)外及廣東省主要高速公路、快速路及干線性主干路的覆蓋，對深圳市市域內(nèi)新建、改擴建路網(wǎng)等進行更新，路段由2萬條細化到12萬條，通過優(yōu)化指數(shù)多線程算法提高運算效率，保證5 min指數(shù)發(fā)布頻率；其次，利用地圖導(dǎo)航數(shù)據(jù)擴展原特區(qū)外的道路運行數(shù)據(jù)，彌補了出租汽車對原特區(qū)外道路覆蓋不足的缺陷，在此基礎(chǔ)上重點細化龍崗、寶安、龍華、坪山等特區(qū)外交通分區(qū)，從全市87個分區(qū)細分到108個，增強了對原特區(qū)外重點地區(qū)的交通擁堵評估。出租汽車GPS數(shù)據(jù)覆蓋率為32%，疊加上公共汽車和車載導(dǎo)航GPS數(shù)據(jù)后，覆蓋率可提高到77%(見圖1)。

2）獲取社會車輛實時、秒級運行數(shù)據(jù)。

深圳市已接入1.6萬輛出租汽車GPS數(shù)據(jù)，更新頻率為20 s；1.5萬輛公共汽車GPS數(shù)據(jù)，更新頻率為15 s，實現(xiàn)路段級別的交通運行分析。為進一步提高道路交通運行指數(shù)系統(tǒng)的準確性及覆蓋率，深圳市納入1萬多臺“兩客一?！避囕vGPS數(shù)據(jù)，并融合手機數(shù)據(jù)進行車速計算、地磁數(shù)據(jù)進行車流量及車速校核、高清視頻數(shù)據(jù)進行特殊情況下道路交通運行指數(shù)校核。此外，基于地圖導(dǎo)航或地圖應(yīng)用產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù)，路段數(shù)據(jù)讀取頻率已達到秒級，可精確獲取單車交叉口延誤時間，使得交通運行分析由路段級別提升至交叉口級別。

3）實時模擬公共汽車和行人運行狀況。

圖1 出租汽車、公共汽車和車載導(dǎo)航GPS數(shù)據(jù)疊加覆蓋范圍Fig.1 Coverage of GPS data from taxies,buses and vehicle navigation

公共汽車、出租汽車及“兩客一?！避囕vGPS數(shù)據(jù)還用于公共汽車實時運營調(diào)度管理、出租汽車運營狀態(tài)監(jiān)控等方面?；趯崟r的公共汽車GPS數(shù)據(jù)，建設(shè)深圳市公共汽車GPS監(jiān)管平臺，對運營公共汽車線路、車輛運行狀況及上下客數(shù)量進行實時監(jiān)控；依托出租汽車GPS數(shù)據(jù)及空駛車輛和載客車輛的時空分布信息，建立路段打車概率分析，引導(dǎo)市民至易打車路段，同時支持交通管理部門、出租汽車公司提高管理水平以改善出租汽車供給時空分布；綜合交通運行指揮中心對約4 800輛長途客車、2 400輛危險化學(xué)品運輸車及2 900輛重型自卸車進行實時監(jiān)控，實現(xiàn)道路危險預(yù)警，保障城市道路交通安全。

深圳市每日有408萬條軌道交通刷卡數(shù)據(jù)和397萬條公共汽車刷卡數(shù)據(jù)，包含軌道交通和公共汽車的刷卡線路、刷卡時間、刷卡金額等。精確的上下客客流及各軌道交通車站進出客流時空分析，能夠?qū)崟r監(jiān)控各軌道交通線路、公共汽車線路車輛運載能力、乘客分布及車輛超載預(yù)警等相關(guān)信息，幫助管理部門有效調(diào)度和整合資源。同時，軌道交通、公共汽車運營數(shù)據(jù)可用于分析客流及乘客換乘特征，公共汽車客流數(shù)據(jù)與GPS數(shù)據(jù)及居民出行調(diào)查融合，可匹配公共汽車出行起訖點，提高居民出行調(diào)查的精確性。

4）實時模擬停車使用狀況。

深圳市自2015年正式實施路內(nèi)停車收費管理，并結(jié)合現(xiàn)有路外停車場信息建立全市停車信息監(jiān)控系統(tǒng)，完善停車收費聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，形成對全市經(jīng)營性停車場收費情況全程監(jiān)控和統(tǒng)計。路內(nèi)停車管理系統(tǒng)提供原特區(qū)內(nèi)67個片區(qū)共計270條路段的實時停車位利用及周轉(zhuǎn)率等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過GIS匹配實時展示路內(nèi)停車使用情況，并結(jié)合道路交通運行指數(shù)及實時路段平均車速，分析路內(nèi)停車狀態(tài)、輔助道路交通擁堵分析。

1.2.2 增加交通環(huán)保、安全評估指標

1）增加碳排放監(jiān)測數(shù)據(jù)。

深圳市首次研究基于本地的碳排放因子庫。通過幾千小時各類車輛GPS數(shù)據(jù)的分析處理，提取覆蓋小汽車、公共汽車、貨車三種車型，高(快)速路、主干路、次干路、支路四種道路等級以及暢通、較暢通、緩行、較擁堵、擁堵五個擁堵等級，共60種典型工況曲線(時間—速度曲線)；根據(jù)不同的燃油類型、排放標準，通過歐洲HBEFA模型進行模擬，得到共1 600個排放因子?；谔寂欧疟O(jiān)測數(shù)據(jù)可分析碳排放的時空分布，限制高污染車輛進入市區(qū)；也可與交通擁堵指標結(jié)合，將交通排放作為停車分區(qū)及道路擁堵收費的雙向調(diào)節(jié)手段；同時，對軌道交通及大通道等重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃、停車等交通需求管理政策實施開展交通排放方面的評估，預(yù)測減排效果。

2）增加交通安全數(shù)據(jù)。

深圳市將近5年的交通事故數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，劃分542個小區(qū)，匯總各個小區(qū)內(nèi)的交通事故發(fā)生總量及事故時間、位置、類型、傷亡人數(shù)、事故原因等，形成交通事故空間分布圖，有助于管理部門掌握交通事故的空間分布以及事故多發(fā)點(見圖2)，引導(dǎo)交通管理部門進行專項整治與改善。同時，率先使用20萬張電子車牌，用于泥頭車、危險貨物運輸車輛、重型載貨汽車、半掛牽引車、校車等八類重點車輛，以加強對重點車輛的識別和監(jiān)控。

2 交通規(guī)劃技術(shù)創(chuàng)新

2.1 建立四層次一體化交通仿真模型體系

深圳市交通模型經(jīng)過20年的積累，形成了以多元綜合交通數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，按照同一平臺、統(tǒng)一數(shù)據(jù)、上下銜接和協(xié)調(diào)一致原則，構(gòu)建區(qū)域―宏觀―中觀―微觀四層次、一體化的交通仿真模型體系，為不同層次的交通規(guī)劃和設(shè)計工作提供技術(shù)分析支持。

2.1.1 區(qū)域模型

為應(yīng)對當(dāng)前城市范圍拓展、都市圈及城市群發(fā)展形勢要求，深圳市根據(jù)城市發(fā)展需求，突破傳統(tǒng)交通模型市域范圍界限，利用移動終端、高速公路聯(lián)網(wǎng)收費、公路客運、鐵路客運等數(shù)據(jù)，支持基于人的大區(qū)域出行頻次確定、目的地選擇等模型關(guān)鍵參數(shù)的標定，相繼探索構(gòu)建深莞惠、珠三角、廣東省域交通模型框架，支撐區(qū)域性交通發(fā)展政策、戰(zhàn)略通道規(guī)劃建設(shè)決策[5-6]。

基于區(qū)域交通模型，深圳市進一步引入“兩客一危”車輛全省GPS監(jiān)管數(shù)據(jù)和凱立德全省導(dǎo)航數(shù)據(jù)，大幅提升了實時數(shù)據(jù)的粒度和對全網(wǎng)絡(luò)的覆蓋，使得區(qū)域交通模型應(yīng)用拓展到日常交通運行監(jiān)測中。目前，基于動態(tài)數(shù)據(jù)的區(qū)域交通模型已經(jīng)應(yīng)用于節(jié)假日廣東省高速公路擁堵預(yù)測及繞行建議制定中，根據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，路段預(yù)測準確度可達到85%，時段預(yù)測準確度可達到78%。

2.1.2 宏觀模型

深圳市早在20世紀90年代，建立了基于居民出行調(diào)查等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的市域宏觀交通仿真模型，用于支持全市綜合交通、重大交通設(shè)施、軌道交通等規(guī)劃與建設(shè)分析。并結(jié)合歷次居民出行調(diào)查、人口普查、年度境界線調(diào)查等對宏觀模型進行持續(xù)的維護與更新[7]。

近年來，深圳市大規(guī)模利用浮動車數(shù)據(jù)、定點采集數(shù)據(jù)以及采樣率高、成本低且可以大面積覆蓋的手機用戶移動數(shù)據(jù)，通過海量數(shù)據(jù)挖掘與快速處理技術(shù)和移動空間智能匹配技術(shù)，實現(xiàn)對城市人口組成、土地利用以及出行特征的動態(tài)分析，進一步提升宏觀模型精度和對城市交通的動態(tài)仿真水平，為評估與分析城市交通運行提供了新的手段[3]。采用手機活躍用戶數(shù)據(jù)和六普人口普查數(shù)據(jù)進行對比和校核(見圖3)，發(fā)現(xiàn)手機用戶遠大于六普常住人口數(shù)據(jù)，關(guān)外工業(yè)發(fā)達地區(qū)尤為明顯。

2.1.3 中觀模型

為滿足片區(qū)、社區(qū)規(guī)劃及交通詳細規(guī)劃對交通模型精細化的要求，深圳市利用精細化的建筑普查和用地規(guī)劃數(shù)據(jù)，將土地利用指標細化到單體建筑層高、建筑量、功能等23項指標，并運用宏觀與微觀相結(jié)合的混合仿真技術(shù)，建立針對片區(qū)的中觀模型。中觀仿真模型應(yīng)用于城市交通問題突出的熱點片區(qū)和城市拓展的重點片區(qū)，可大大提升片區(qū)交通分析精度。深圳市擬建設(shè)34個中觀交通模型分區(qū)，目前以深圳后海和深圳北站兩個精細化交通改善片區(qū)作為試點，針對片區(qū)內(nèi)路網(wǎng)三種改善方案下車流、車速的仿真模擬，比選出最優(yōu)改善方案。

深圳市將中觀仿真模型與傳統(tǒng)交通影響評價方法相結(jié)合，建成中國首個建設(shè)項目交通影響評價系統(tǒng)(見圖4)，用于評估片區(qū)和地塊層面土地利用開發(fā)的交通影響，并搭建統(tǒng)一評估平臺，作為技術(shù)人員和管理者核算不同地區(qū)交通承載能力的核心技術(shù)平臺工具[8]。該評估平臺可固化并封裝交通模型，形成政府統(tǒng)一的交通影響評價系統(tǒng)，并標準化輸出評估文件，便于政府審批管理，實現(xiàn)交通影響評價工作的流程化，提高工作效率。

圖4 建設(shè)項目交通影響評價平臺Fig.4 Platform of traffic impact assessment for construction projects

2.1.4 微觀模型

微觀模型是支撐交通組織與管理的精細化交通設(shè)計評估的重要技術(shù)手段，深圳市在傳統(tǒng)靜態(tài)微觀模型的基礎(chǔ)上，進一步引入浮動車、定點監(jiān)測等實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了在線微觀交通仿真，同時基于分布式技術(shù)及宏、中、微觀混合仿真技術(shù)，同步全市大區(qū)域微觀交通仿真。此外，模型融合各類數(shù)據(jù)，實現(xiàn)項目建設(shè)前后人流分布情況、交叉口/車站內(nèi)通道服務(wù)水平的評估和3D呈現(xiàn)，較好地支持了行人管控策略和設(shè)施優(yōu)化方案的制定。目前，微觀仿真模型已經(jīng)廣泛應(yīng)用于道路節(jié)點改善、地鐵車站設(shè)施優(yōu)化及建筑物內(nèi)部組織優(yōu)化，例如老街、世界之窗地鐵站、華強北路地下空間(見圖5)等設(shè)計方案進行微觀仿真評估后，得到精準優(yōu)化，避免了瓶頸問題的產(chǎn)生。

2.2 融合實時數(shù)據(jù)的交通運行和評價系統(tǒng)

隨著城市交通需求快速增長和出行距離變化，交通運行呈現(xiàn)明顯的時空變化和區(qū)域不均衡特征，交通問題的產(chǎn)生受瓶頸擁堵擴散、事故、暴風(fēng)雨天氣等多種原因影響，具有復(fù)雜多變的特點。因此實時、準確評估交通運行態(tài)勢，為交通管理者提供及時、可靠的交通信息和應(yīng)對策略，已經(jīng)成為交通模型的重要發(fā)展方向。長期以來，深圳市致力于融合浮動車、定點監(jiān)測信息、停車信息、百度數(shù)據(jù)等大量實時動態(tài)數(shù)據(jù)，相繼建立了路況、延誤、排放等多方面的運行監(jiān)測和評估系統(tǒng)。

2.2.1 交通運行評估系統(tǒng)

1）道路交通運行指數(shù)系統(tǒng)(一期)。

圖5 華強北地下空間行人微觀仿真Fig.5 Micro-simulation for passengers in the underground space of Huaqiangbei

2012年，立足于深圳市域范圍，在城市交通仿真系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立城市道路交通綜合評估與應(yīng)用技術(shù)體系，歷時30個月于2014年建成交通運行評估系統(tǒng)并正式上線。系統(tǒng)評估范圍包括全市、行政區(qū)、片區(qū)等，以及全市各等級道路，道路等級細分為高(快)速路、主干路、次干路、支路等多個等級。實現(xiàn)城市交通信息通信傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋、城市道路交通綜合信息采集與接入、城市道路交通綜合運行評估、城市道路交通綜合信息服務(wù)，開通以交通綜合信息平臺為基礎(chǔ)的交通信息服務(wù)門戶網(wǎng)站，形成城市智能交通系統(tǒng)的應(yīng)用服務(wù)體系。

系統(tǒng)能夠量化評估道路狀況、動態(tài)監(jiān)測變化趨勢，為分析交通系統(tǒng)存在問題、制定改善治理方案、研究擁堵產(chǎn)生機理等工作提供定量化的分析手段和依據(jù)；為輔助交通管理部門制定交通政策措施、跟蹤評估政策效果，并向社會公眾提供直觀、簡明的交通運行信息服務(wù)，引導(dǎo)市民智慧出行。

評估關(guān)鍵技術(shù)是指數(shù)指標的選取及其算法，針對道路交通運行評估，系統(tǒng)提出了基于出行時間的綜合性交通指數(shù)，并采用路徑反向追溯法對既有路段車速計算方法進行較大改進，評估結(jié)果更為全面、穩(wěn)定，具有更明確的物理含義和指導(dǎo)出行的意義[9-10](見圖6)。

2）道路交通運行指數(shù)系統(tǒng)(二期)。

項目二期主要是城市道路交通運行指數(shù)功能升級及拓展服務(wù)的提升。在一期的基礎(chǔ)路網(wǎng)、軟硬件配置搭建完成后，項目二期側(cè)重于數(shù)據(jù)擴源融合、交通短期預(yù)測與長期預(yù)測以及公共汽車運行監(jiān)測評估。在融合出租汽車、公共汽車、“兩客一?！避囕vGPS、地磁、視頻等多源數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進一步引入地圖導(dǎo)航實時數(shù)據(jù)，大幅提高運行數(shù)據(jù)覆蓋范圍和評估的精度。路網(wǎng)GPS數(shù)據(jù)覆蓋范圍由原來32%提升至77%，增強對原特區(qū)外的擁堵評估分析。

結(jié)合交通事故、道路施工、視頻監(jiān)控、浮動車、公共汽車運行及區(qū)域信息等多源實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，更新道路綜合阻抗，實現(xiàn)交通短時預(yù)測；對于長期積累的歷史道路運行數(shù)據(jù)，分析研究月度、季度交通擁堵狀況趨勢，進行交通長期預(yù)測。通過交通短時預(yù)測，道路交通運行指數(shù)二期可分析擁堵動態(tài)演變及擁堵時空分布，前者可用于分析擁堵產(chǎn)生和消散情況，識別擁堵源頭并預(yù)估擁堵擴散范圍及消散時間；后者將應(yīng)用于基于道路擁堵時空分布的動態(tài)路徑規(guī)劃及實時路徑導(dǎo)航。最后，利用公共汽車GPS數(shù)據(jù)，分析和校核公共汽車與小汽車的速度關(guān)系，支持深圳市交通委員會公交治堵“1.5戰(zhàn)略”，并通過對公共汽車運行及速度的監(jiān)測，建立公交專用車道評估及與小汽車運行差別評估。

2.2.2 道路節(jié)點評價系統(tǒng)

深圳市自主開發(fā)研制了中國首個道路節(jié)點實時評估系統(tǒng)，作為交叉口信號控制策略優(yōu)化的重要手段。目前，傳統(tǒng)浮動車的實時GPS數(shù)據(jù)間隔約20 s，主要應(yīng)用于基于路段的道路運行評估，難以用于交叉口延誤的實時精確評估。相對于傳統(tǒng)GPS數(shù)據(jù)，地圖導(dǎo)航數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)分布廣、精度高、響應(yīng)迅速的特點。道路節(jié)點評估系統(tǒng)將浮動車和高精度的地圖導(dǎo)航數(shù)據(jù)相結(jié)合，并融合實時采集交叉口地磁、線圈、視頻等流量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的秒級響應(yīng)，為道路節(jié)點的精細化評估提供精準的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

道路節(jié)點評價系統(tǒng)通過對交叉口延誤時長、車輛排隊長度及停車次數(shù)的在線評估，對全市2 000多個交叉口進行實時“體檢”。根據(jù)延誤時間將交叉口延誤狀態(tài)分為四個等級，并計算每個交叉口不同相位及方向上的延誤時長，為信號配時方案的改善提供參考。同時，建立全市交叉口延誤數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計分析全市具有代表性的周期性常發(fā)擁堵交叉口，輔助管理部門排查延誤較長的交叉口(見圖7)。

該評價系統(tǒng)已應(yīng)用于龍崗區(qū)交叉口信號評估改善中。除了對龍崗區(qū)600多個交叉口運行情況進行日常實時監(jiān)控外，也針對通行能力及延誤嚴重的交叉口進行排查及成因分析，將位于主要通道上且延誤較嚴重的交叉口進行車流仿真模擬，制定道路節(jié)點優(yōu)化策略。下一步，基于交叉口實時延誤的道路節(jié)點評價及優(yōu)化策略將推廣到全市，并結(jié)合道路交通運行指數(shù)，實現(xiàn)從路段到交叉口的擁堵成因綜合分析及改善措施制定。

2.2.3 交通排放監(jiān)測系統(tǒng)

2014年，深圳市建立中國首個交通碳排放監(jiān)測與評估平臺——交通排放監(jiān)測平臺(見圖8)，對城市不同地區(qū)、不同時段的交通碳排放情況進行跟蹤監(jiān)測，評估不同地區(qū)交通排放分布情況，為交通需求管理政策制定提供重要依據(jù)[4]。

系統(tǒng)借鑒歐美地區(qū)先進經(jīng)驗并結(jié)合實際情況，建立了本地化、精細化的交通排放因子庫?；诔鞘芯C合交通模型(客運模型和貨運模型)，測算全市道路不同類型機動車流量分配及交通周轉(zhuǎn)量。綜合交警、環(huán)境等部門的車牌識別、車輛年檢等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析獲得不同區(qū)域和路段上的車型構(gòu)成和交通量信息，構(gòu)建車隊構(gòu)成模型。在建立交通排放因子庫、交通需求模型以及車隊構(gòu)成模型的基礎(chǔ)上，研究建立城市交通排放核算模型，對交通能耗與排放進行核算。以評估城市道路交通環(huán)境為目標，建立機動車交通排放評估系統(tǒng)，以客觀反映交通排放狀況的變化規(guī)律。

圖7 信號交叉口延誤實時評估Fig.7 Real-time assessment for traffic delay at intersections

圖8 深圳市交通碳排放檢測平臺Fig.8 Platform of traffic carbon emission detection in Shenzhen

2.2.4 停車管理評價系統(tǒng)

為支持深圳市路內(nèi)和路外停車政策的制定和優(yōu)化，建立停車管理評價系統(tǒng)，通過接入路內(nèi)停車位、路外停車場信息，實時記錄停車位占有率、費用等情況以及道路交通運行情況，建立停車收費與道路交通運行指數(shù)的動態(tài)調(diào)整機制，支持路內(nèi)停車收費價格調(diào)整方案的測試與評估。例如，目前停車收費按時長計價，并未考慮高峰時段的特殊性。為達到削峰填谷的效果，提出錯峰打折的方案。停車收費錯峰的測試方案為：7:00前駛?cè)氚?折征收；7:00—7:30駛?cè)氚?折征收；19:30—20:00駛出按7折征收；20:00后駛出按6折征收；7:30前駛?cè)搿?9:30后駛出，期間連續(xù)停車按5折征收。測試結(jié)果表明，“征收+錯峰”方案能起到最明顯的削峰填谷效果(見圖9)。

2.3 促進綠色交通優(yōu)先等規(guī)劃理念實現(xiàn)

傳統(tǒng)的交通仿真模型更側(cè)重于模擬社會車輛的運行狀況，對公共交通、步行和自行車交通等方面關(guān)注度偏低，大數(shù)據(jù)在公共汽車、乘客、行人等運行速度、舒適度、候車時間等方面提供精準數(shù)據(jù)，在綜合效益評估方面更有助于公共交通、步行和自行車交通優(yōu)先等理念的實現(xiàn)。

2.3.1 公交優(yōu)先實施評估系統(tǒng)

深圳市在傳統(tǒng)出租汽車GPS數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，進一步融入公共汽車GPS數(shù)據(jù)、公交IC卡數(shù)據(jù)，建立了公交優(yōu)先實時評估系統(tǒng)(見圖10)，實現(xiàn)對公共汽車運行車速的評估以及公交專用車道使用效果的評估；同時識別公交走廊上運行公共汽車數(shù)、車站上下客數(shù)、車內(nèi)客流監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對公交走廊客流情況、擁擠車站情況、擁擠車輛情況進行實時監(jiān)控和評估，支持公共汽車智能調(diào)度和公共信息服務(wù)。并通過分析公共汽車運行速度和公共汽車全程出行時間，獲取公共汽車的可達性，為公交優(yōu)先設(shè)施建設(shè)、公共汽車線路優(yōu)化提供依據(jù)。

下一步，系統(tǒng)將進一步關(guān)聯(lián)交叉口信號控制，結(jié)合公共汽車運行軌跡判斷車輛與信號交叉口位置關(guān)系，調(diào)整交叉口信號實現(xiàn)公共汽車優(yōu)先通過，落實公交優(yōu)先理念。同時，綜合地鐵到站信息、通道長度，確定乘客脈沖客流交叉口到達分布，關(guān)聯(lián)交叉口行人過街相位，落實步行和自行車交通優(yōu)先理念。

2.3.2 道路交通事故綜合分析平臺

為提高交通安全管理的效率和水平、增強對事故黑點的自動識別和分析，深圳市建立道路交通事故綜合分析平臺。城市交通發(fā)展越來越注重以人為本，交通參與者對交通安全的品質(zhì)訴求更高，因此傳統(tǒng)的以管理者經(jīng)驗判斷和簡單的數(shù)理統(tǒng)計開展的交通安全黑點管理模式難以滿足要求。道路交通事故綜合分析平臺是基于WebGIS平臺，結(jié)合歷年交通安全事故數(shù)據(jù)，細分不同交叉口、路段、區(qū)域?qū)用嬉约敖煌ㄊ鹿暑愋偷慕y(tǒng)計分析工具，可實現(xiàn)事故記錄及查詢、事故分析與展示、事故統(tǒng)計、黑點判別與管理、事故致因及改善措施分析，以及工作管理六大功能。

目前，道路交通事故綜合分析平臺主要應(yīng)用于道路交通事故的記錄和統(tǒng)計分析，通過建立事故多發(fā)點判別模型，監(jiān)控各類交通設(shè)施的事故數(shù)量及趨勢。其次，研發(fā)事故地點錄入與實時定位控件。依據(jù)線性參照系的事故地點文字表述方法，采用事故定位五要素法(事故所在道路+路側(cè)+參照點+相對參照點方位+距離)，為交警提供向?qū)降氖鹿实攸c錄入界面，規(guī)范用戶輸入流程，保證事故地點信息的完整性，并實現(xiàn)事故地點的實時定位。

2.3.3 人流聚集監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

深圳市融合手機信令、互聯(lián)網(wǎng)地圖應(yīng)用請求等實時位置信息數(shù)據(jù)，結(jié)合熱點片區(qū)實時視頻信息，建立了人流聚集監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)(見圖11)，實現(xiàn)對熱點區(qū)域人員活動強度的動態(tài)監(jiān)測，并基于歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)日數(shù)據(jù)生成人流聚集預(yù)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)人流擁擠預(yù)警等功能，為節(jié)假日突發(fā)事件的應(yīng)急指揮和預(yù)防提供決策支持。

目前，該系統(tǒng)主要對市域內(nèi)機場、主要鐵路樞紐、跨境口岸及汽車站，如深圳灣口岸、蛇口碼頭口岸、深圳北站、羅湖火車站等周期性人流密度大的區(qū)域進行實時監(jiān)測及預(yù)警。同時，也對市域內(nèi)主要景區(qū)、商業(yè)區(qū)，如大梅沙海濱公園、地王購物中心、歡樂谷等進行人流監(jiān)測。該系統(tǒng)不僅可用于突發(fā)事件預(yù)警，也可引導(dǎo)市民避開人流密度大的地區(qū)，避免周邊道路擁堵及社會安全隱患。

3 交通規(guī)劃技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 未來影響交通規(guī)劃發(fā)展的技術(shù)

3.1.1 車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

圖9 停車政策方案對比Fig.9 Comparison between different parking policies

圖10 公交優(yōu)先實時評估系統(tǒng)Fig.10 Real-time assessment system for public transportation priority

車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是指綜合應(yīng)用射頻識別(RFID)、GPS、傳感器等電子設(shè)備，按照通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標準，把車-路-人-互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)包括車-路協(xié)同和車-車協(xié)同。在日本和歐美地區(qū)，20世紀90年代開始重點發(fā)展車-路協(xié)同技術(shù)，研究集中在基于短程通訊的車輛信息通信系統(tǒng)(VICS)、自動收費系統(tǒng)(ETC)、車輛安全及通信協(xié)議系統(tǒng)。目前歐美國家主要致力于車聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的研究、通信協(xié)議標準體系的建立以及無人駕駛的測試。中國將車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展列入“十二五”智能交通發(fā)展主攻方向，中國汽車企業(yè)、高校和研究機構(gòu)以及通信企業(yè)正在逐漸形成一種“產(chǎn)、學(xué)、研”相結(jié)合的車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研究模式。

車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展不僅給汽車行業(yè)帶來巨大變革，也給道路交通基礎(chǔ)設(shè)施、城市交通控制技術(shù)及交通數(shù)據(jù)個性化發(fā)布系統(tǒng)帶來新的發(fā)展機會。近期深圳市將推動電子車牌項目試點，首期將在校車、危險貨物運輸車輛、重型載貨汽車等八類車上安裝，預(yù)計覆蓋20萬輛車。電子車牌在現(xiàn)階段僅作為車輛的電子身份證，配合傳統(tǒng)車牌識別技術(shù)，輔助交警打擊偽造證件、假套牌等違法行為。近期將依托電子監(jiān)控和車牌識別系統(tǒng)，實現(xiàn)車輛軌跡的動態(tài)信息化管理，提升對特定車輛的管控能力、對違法車輛的定點打擊。

3.1.2 厘米級地圖

隨著新技術(shù)提升，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)可提供優(yōu)于米級的導(dǎo)航位置服務(wù)和厘米級精密定位服務(wù)，將帶來交通行業(yè)的大變革。全球定位系統(tǒng)GPS導(dǎo)航用于民用的精度只能達到米級，且誤差在10 m左右，而中國北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)以實現(xiàn)優(yōu)于米級、甚至是達到分米級的導(dǎo)航位置服務(wù)，可以將車輛精確地定位在道路車道、建筑物層數(shù)。未來北斗開發(fā)的厘米級導(dǎo)航定位技術(shù)是實現(xiàn)車道級道路擁堵分析，ETC，HOV或道路擁堵收費系統(tǒng)，無人駕駛及室內(nèi)店鋪停車位精準導(dǎo)航的基礎(chǔ)，也是未來車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主要方向之一。

3.2 交通規(guī)劃技術(shù)展望

圖11 熱點片區(qū)人流聚集監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)Fig.11 Monitoring and warning system of high-density pedestrian flow in key districts

在車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的推動下，交通采集及控制設(shè)備將更加集成化、智能化、多模式化，交通誘導(dǎo)的群體覆蓋面將更廣，個性化信息發(fā)布方式將更加便捷、多元化。首先，交叉口設(shè)備將化繁為簡，由現(xiàn)在的單一功能、多種獨立系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成具有多功能于一體、集成式的交叉口設(shè)備，并可與行駛車輛進行實時信息交互。其次，先進的交通控制系統(tǒng)將越來越多地與其他交通管理系統(tǒng)進行中央整合，從而將數(shù)據(jù)的采集、處理、決策及發(fā)布整合到單個節(jié)點，實現(xiàn)交叉口級的智慧交通管理控制，交叉口設(shè)備將能夠同時上傳不同類型的交通運營數(shù)據(jù)，并采用不同權(quán)重進行多維度、多元數(shù)據(jù)融合。最后，交通數(shù)據(jù)的發(fā)布方式將更加多元化，從原有的廣域式發(fā)布如廣播、交通誘導(dǎo)屏到通過手機查詢、車載設(shè)備接收實時、個性化的交通信息。為實現(xiàn)更精準的誘導(dǎo)及控制，未來城市道路運行狀態(tài)及道路誘導(dǎo)將精確到車道級別，停車系統(tǒng)將通過提前車位預(yù)訂及停車導(dǎo)航入庫來提高停車場管理效率。個人也將獲得更多的個性化交通信息，如公共汽車擁擠程度、到站提醒等。

4 結(jié)語

隨著中國城市機動化加速，西方國家經(jīng)歷過的交通擁堵、環(huán)境污染及能源消耗等問題正成為當(dāng)前中國的城市病，大力發(fā)展智能交通系統(tǒng)是破解城市病的重要手段。智能交通系統(tǒng)帶來了交通規(guī)劃技術(shù)的革新，智能交通數(shù)據(jù)數(shù)量級大、信息豐富、實時性高，與現(xiàn)有交通規(guī)劃技術(shù)融合后，能夠更為精準地剖析城市交通機理，反饋城市交通規(guī)劃。深圳市依托交通大數(shù)據(jù)平臺，建立區(qū)域-宏觀-中觀-微觀多層次、一體化的交通仿真模型，實現(xiàn)從控規(guī)土地利用到建設(shè)項目與建筑單體、從網(wǎng)絡(luò)到節(jié)點、從深圳市拓展到廣東省與香港澳門、從車流到人流分析。同時，基于大數(shù)據(jù)創(chuàng)新交通運行管理決策，確保公共交通以及步行和自行車交通優(yōu)先、安全等理念在現(xiàn)實中落實。未來隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，車路協(xié)同將成為重點，圍繞車路協(xié)同開展的智慧交叉口、交通主動控制、個性化信息交互將進入快速發(fā)展時期，城市交通規(guī)劃從業(yè)者要擁抱互聯(lián)網(wǎng)和智慧交通，依托大數(shù)據(jù)平臺形成交通規(guī)劃、建設(shè)、管理、運營閉環(huán)，促進行業(yè)發(fā)展。

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Renovation in Transportation Planning with Big Data Application:A Case Study of Shenzhen

Lin Tao
(Shenzhen Urban Transport Planning Center Co.Ltd.,Shenzhen Guangdong 518021,China)

Trough persistently practicing data and model-driven transportation planning over the past 20 years,Shenzhen has established a comprehensive transportation big data application system to support decision-making in planning and developed the multivariate data integration and the data mining applications.The paper summarizes the three data categories on the Shenzhen's transportation big data platform;deterministic urban spatial data,information obtained by traditional data survey and dynamic multivariate transportation data.The impact of big data on transportation planning innovation is also discusses.Based on the impact of big data on transportation model and operation simulation,Shenzhen has been actively advancing the innovation in the transportation planning technologies,such as developing traffic simulation model system to integrate the regional macro-level,meso-level,and micro-level features,as well as the traffic operation and assessment system using real-time data,which makes it much easier to give priority to green transportation.Finally,this paper outlines the future transportation planning innovation in vehicle telematics,intelligent intersections,active traffic control,and customized information interaction.

transportation planning;big data;technology innovation;traffic simulation models;operation assessment system;vehicle telematics

1672-5328（2017）01-0043-11

U491.1+2

A

10.13813/j.cn11-5141/u.2017.0107

2016-02-15

國家自然科學(xué)基金面上項目“快速城市化地區(qū)基于土地利用的居民出行碳排放機理與模擬研究——以深圳為例”(41371169)

林濤(1975—)，男，湖南長沙人，博士，高級工程師，副總經(jīng)理。主要研究方向：城市交通規(guī)劃、智能交通。E-mail:lint@sutpc.com