范文博 ，Erdogan Sevgi，Ducca Frederick

(1.西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川成都610031；2.馬里蘭大學(xué)城市理性增長(zhǎng)國(guó)家研究與教育中心，馬里蘭帕克20742)

美國(guó)州域交通模型
——以馬里蘭州為例

范文博1,2，Erdogan Sevgi2，Ducca Frederick2

(1.西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院，四川成都610031；2.馬里蘭大學(xué)城市理性增長(zhǎng)國(guó)家研究與教育中心，馬里蘭帕克20742)

美國(guó)州域交通模型經(jīng)過近40年的發(fā)展已經(jīng)較為成熟，其建設(shè)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)值得中國(guó)借鑒，從而應(yīng)對(duì)日益蔓延的交通擁堵與環(huán)境污染問題。首先，介紹美國(guó)州域交通模型概念及其框架結(jié)構(gòu)，從模型開發(fā)、分類、應(yīng)用等方面系統(tǒng)梳理典型模型的特點(diǎn)與不足。其次，以馬里蘭州為例介紹州域交通模型的具體應(yīng)用。最后，為中國(guó)省域交通模型建模與應(yīng)用提出建議，包括明確負(fù)責(zé)單位、建設(shè)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)、融合多部門來源交通信息等。

綜合交通規(guī)劃；交通需求模型；州域交通模型；美國(guó)；馬里蘭州

0 引言

大區(qū)域范圍內(nèi)綜合交通系統(tǒng)和交通形態(tài)有別于城市交通，傳統(tǒng)城市交通模型難以模擬高速公路、高速鐵路、水運(yùn)和航空等交通方式及長(zhǎng)距離客貨運(yùn)出行需求。為填補(bǔ)城市區(qū)域外廣大地區(qū)的交通需求分析空白，美國(guó)從20世紀(jì)70年代開始嘗試建設(shè)州域交通模型(Statewide Transportation Models,STM)。早期的州域交通模型直接采用城市交通模型框架，但由于州域交通模型研究范圍大，導(dǎo)致交通需求預(yù)測(cè)精度不足，難以真實(shí)反映用地與交通關(guān)系，應(yīng)用十分有限[1]。20世紀(jì)90年代，州域交通模型在精度和效率方面取得了顯著進(jìn)步，能夠模擬客貨運(yùn)多種方式(鐵路、公路、水運(yùn)、航空等)的長(zhǎng)短距離(州域或跨州)交通需求。2015年，全美已有30余個(gè)州建設(shè)了州域交通模型，并應(yīng)用于各類遠(yuǎn)期州域交通規(guī)劃與政策分析[2]。

中國(guó)省域交通規(guī)劃雖已開展多年，但缺乏統(tǒng)一的交通模型平臺(tái)支撐，仍主要依靠交通部門的獨(dú)立規(guī)劃(例如公路規(guī)劃、高速鐵路規(guī)劃、水運(yùn)航道規(guī)劃等)和簡(jiǎn)單匯總，導(dǎo)致規(guī)劃結(jié)論精確度和可靠度較低，綜合交通系統(tǒng)規(guī)劃方案間難以匹配或存在重復(fù)建設(shè)等問題[3]。當(dāng)前，中國(guó)省域綜合交通規(guī)劃編制與修訂已成常規(guī)，區(qū)域綜合交通系統(tǒng)建設(shè)也逐漸提速，高速公路近年平均增長(zhǎng)率保持在8%左右；高速鐵路網(wǎng)絡(luò)鋪展迅速，營(yíng)運(yùn)里程已達(dá)1.22萬(wàn)km，旅客年增長(zhǎng)率高達(dá)39%[4]。因此，以省域作為大行政轄區(qū)建設(shè)綜合交通模型，有利于優(yōu)化資源、統(tǒng)一規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)交通系統(tǒng)高效地促進(jìn)城鄉(xiāng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。本文通過簡(jiǎn)介美國(guó)州域交通模型建設(shè)與應(yīng)用，以馬里蘭州域交通模型(Maryland Statewide Transportation Models,MSTM)為例詳細(xì)介紹其模型結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)需求和項(xiàng)目應(yīng)用。

1 州域交通模型概述

不同于城市交通模型(主要研究城市范圍內(nèi)一日客運(yùn)出行)，美國(guó)州域交通模型研究范圍包括州域內(nèi)所有郡、市、郊區(qū)和鄉(xiāng)村，研究對(duì)象包括鐵路、航空、公共汽車、小汽車和貨車等多方式的多日長(zhǎng)短距離(州域或跨州)交通需求。美國(guó)州域交通模型的迅速發(fā)展源于美國(guó)國(guó)會(huì)1991年通過的冰茶法案(Intermodal Surface Transportation Efficiency Act,ISTEA)，其中一項(xiàng)內(nèi)容要求各州進(jìn)行連續(xù)、綜合的州域交通規(guī)劃。為建設(shè)統(tǒng)一的規(guī)劃平臺(tái)，各州交通部(Department of Transportation,DOT)負(fù)責(zé)建設(shè)并迅速推動(dòng)州域交通模型的發(fā)展與應(yīng)用。1999年，聯(lián)邦公路管理局發(fā)布《州域交通預(yù)測(cè)指導(dǎo)手冊(cè)》，為州域交通模型奠定基本理論、方法和技術(shù)[5]。隨后，各州根據(jù)本地需求先后啟動(dòng)了州域交通模型的建設(shè)、升級(jí)與應(yīng)用[6]。

圖1 美國(guó)典型州域交通模型開發(fā)過程Fig.1 Development process of STMs in the U.S.

表1 美國(guó)典型州域交通模型的開發(fā)情況Tab.1 Development status of the typical STMs in the U.S.

1.1 模型開發(fā)

州域交通模型開發(fā)過程涉及眾多環(huán)節(jié)(見圖1)，其建設(shè)內(nèi)容與深度直接取決于所預(yù)期的政策目標(biāo)。例如，應(yīng)用于州域規(guī)劃和環(huán)境評(píng)價(jià)或者具體某交通通道(公路、高速鐵路)的研究需求及所需模擬精度。此外，交通決策者的意見也直接影響州域交通模型建設(shè)預(yù)期目標(biāo)的制定。在給定目標(biāo)下，州域交通模型的開發(fā)雖然可以借鑒城市交通模型，但技術(shù)難度更高，需要融合來源更廣的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通數(shù)據(jù)，對(duì)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和運(yùn)算性能也要求更高(例如，馬里蘭州和緬因州模型運(yùn)算需要約12 h)。州域交通模型的功能和作用則通過規(guī)劃項(xiàng)目應(yīng)用向決策者展示，成功的案例可能吸引到更多的建設(shè)經(jīng)費(fèi)用于模型完善和升級(jí)。

州域交通模型的開發(fā)經(jīng)費(fèi)主要來自州規(guī)劃和研究基金，其中數(shù)據(jù)收集往往占開發(fā)成本的主要部分，例如俄亥俄州70%的經(jīng)費(fèi)用于獲取數(shù)據(jù)[1]。美國(guó)各州根據(jù)各自需求采用不盡相同的方法構(gòu)建州域交通模型，導(dǎo)致其開發(fā)時(shí)間達(dá)6個(gè)月至8年，成本從10萬(wàn)至數(shù)百萬(wàn)美元不等。表1總結(jié)了部分州域交通模型的開發(fā)情況，可以看出，除了開發(fā)成本與時(shí)間差異，各州在綜合交通方式、交通小區(qū)規(guī)模與建模方法等方面也存在明顯的多樣性。

美國(guó)州域交通模型的應(yīng)用較為普及(見圖2)：多數(shù)州(例如馬里蘭州和俄亥俄州)處于常規(guī)化或部分運(yùn)行狀態(tài)，與當(dāng)?shù)亟煌ㄒ?guī)劃與政策制定過程密切結(jié)合；部分州(例如加利福尼亞州和佛羅里達(dá)州)嘗試升級(jí)改造州域交通模型，引入先進(jìn)的交通模型和技術(shù)(例如離散選擇模型和基于活動(dòng)的模型等)，以適應(yīng)更高的規(guī)劃和分析要求；少數(shù)州(例如密蘇里州)仍處于開發(fā)或缺失狀態(tài)。

圖2 2015年美國(guó)州域交通模型現(xiàn)狀Fig.2 Status quo of STMs in 2015 in the U.S.

1.2 模型分類

按照建模方法，州域交通模型可分為3類：傳統(tǒng)四階段模型、改進(jìn)的四階段模型(基于活動(dòng)模型)和用地—交通一體化微觀仿真模型[2]。多數(shù)州(例如路易斯安那州、俄克拉荷馬州等)基于傳統(tǒng)四階段模型，少數(shù)州(例如加利福尼亞州和佛羅里達(dá)州)引入離散選擇行為模型、多方式貨運(yùn)模型、基于出行鏈(活動(dòng))的模型、用地—交通一體化模型等。

1）傳統(tǒng)四階段模型是基于出行的集計(jì)模型，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)容易獲取，可利用現(xiàn)有全國(guó)人口、交通相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)(如全國(guó)居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù))，都市區(qū)交通規(guī)劃數(shù)據(jù)庫(kù)(區(qū)域居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù))和交通量數(shù)據(jù)庫(kù)。這類州域交通模型無(wú)法描述個(gè)人出行行為選擇(如出發(fā)時(shí)刻選擇)，不適于進(jìn)行政策分析，主要用于交通通道規(guī)劃與評(píng)價(jià)、分區(qū)規(guī)劃、貨運(yùn)系統(tǒng)分析等。

2）改進(jìn)的四階段模型中引入離散選擇行為模型，從基于出行的模型結(jié)構(gòu)修改為基于出行鏈。貨運(yùn)模型考慮多種貨運(yùn)方式。其他的改進(jìn)還包括引入車輛擁有率模型、改進(jìn)的交通分配模型、出發(fā)時(shí)刻選擇模型等。這類州域交通模型應(yīng)用領(lǐng)域廣，例如加利福尼亞州模型用于灣區(qū)高速鐵路客運(yùn)量預(yù)測(cè)與收益評(píng)價(jià)，新罕布什爾州模型用于公路建設(shè)(例如93號(hào)州際公路HOV車道)以及交通和環(huán)境政策影響分析。但這類模型數(shù)據(jù)需求更大，除傳統(tǒng)數(shù)據(jù)來源外，還需要進(jìn)行個(gè)人選擇偏好調(diào)查、居民出行活動(dòng)調(diào)查等。

3）用地—交通一體化微觀仿真模型(以俄亥俄州和俄勒岡州為代表)是最復(fù)雜的州域交通模型[6]，完全基于家庭出行活動(dòng)仿真，需要專門調(diào)查、收集大量數(shù)據(jù)。例如一日出行活動(dòng)調(diào)查、兩周長(zhǎng)距離出行活動(dòng)調(diào)查、路側(cè)抽樣調(diào)查等。這類模型優(yōu)點(diǎn)也很突出，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，可進(jìn)行用地規(guī)劃方案、道路收費(fèi)或燃油稅收方案、交通投資方案的交通影響分析等。

此外，現(xiàn)有州域交通模型也可按照研究對(duì)象分為5類：1)OD表估計(jì)與分配；2)僅考慮貨運(yùn)；3)僅考慮客運(yùn)；4)同時(shí)考慮客貨運(yùn)；5)一體化的用地(經(jīng)濟(jì)活動(dòng))—客貨運(yùn)交通。各州不同的應(yīng)用需求和建模經(jīng)費(fèi)導(dǎo)致州域交通模型功能各異。

1.3 應(yīng)用領(lǐng)域

根據(jù)一項(xiàng)針對(duì)美國(guó)49個(gè)州的調(diào)查[1]，州域交通模型主要應(yīng)用領(lǐng)域包括區(qū)域用地和交通規(guī)劃、城際通道規(guī)劃、州域(交通)系統(tǒng)規(guī)劃、鄉(xiāng)村交通規(guī)劃等(見圖3)。在一些州(例如馬里蘭州)，州域交通模型還與環(huán)境模型、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)模型等相結(jié)合，用于空氣污染評(píng)價(jià)、交通影響分析、經(jīng)濟(jì)發(fā)展評(píng)價(jià)、貨運(yùn)規(guī)劃、建設(shè)項(xiàng)目時(shí)序等研究。隨著州域交通模型精度的提高，州域交通模型還開始應(yīng)用于都市區(qū)交通規(guī)劃，為MPO模型輸入數(shù)據(jù)或直接替代MPO模型[8]。

1.4 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)與發(fā)展方向

一些州(例如內(nèi)布拉斯加州和伊利諾伊州)的州域交通模型并未得到成功應(yīng)用，究其原因主要有5個(gè)方面[1]：1)模型開發(fā)的預(yù)期目標(biāo)過于模糊或單一；2)維護(hù)和應(yīng)用成本高于預(yù)算；3)缺乏交通決策者、管理者的支持；4)模型粗糙，預(yù)測(cè)結(jié)果精度低；5)缺乏與經(jīng)濟(jì)模型的結(jié)合，無(wú)法為決策者提供政策的經(jīng)濟(jì)效益信息。

美國(guó)州域交通模型的最新發(fā)展方向可總結(jié)為：1)在計(jì)算機(jī)性能允許條件下，繼續(xù)擴(kuò)大州域外交通網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，同時(shí)提高現(xiàn)有研究范圍空間模擬精度，接近或達(dá)到城市交通模型水平；2)改進(jìn)現(xiàn)有州域交通模型建模方法，利用先進(jìn)的離散選擇行為模型、土地—交通一體化模型、動(dòng)態(tài)交通分配模型、多方式貨運(yùn)模型等，提高州域交通模型合理性和模擬能力；3)根據(jù)城市交通模型有效性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，建立州域交通模型校核與有效性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，選擇適當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)評(píng)價(jià)模型的適用性。

圖3 美國(guó)州域交通模型主要應(yīng)用領(lǐng)域Fig.3 Applications of STMs in the U.S.

圖4 馬里蘭州兩大都市區(qū)Fig.4 Two major MPO areas in Maryland

圖5 MSTM三層模型結(jié)構(gòu)Fig.5 Three-layer structure of MSTM

2 馬里蘭州交通模型

馬里蘭州位于美國(guó)東海岸，面積3.2萬(wàn)km2，人口577萬(wàn)(2010年)，涵蓋巴爾的摩市和23個(gè)郡[9]。2008年，馬里蘭州交通部(Maryland DepartmentofTransportation,MDOT)與國(guó)家理性增長(zhǎng)研究中心(National CenterforSmartGrowth Research and Education)及柏誠(chéng)公司(Parsons Brinckerhoff,Inc.)合作開發(fā)MSTM(Maryland Statewide Transportation Models)，主要目標(biāo)包括[10]：1)模擬轄區(qū)內(nèi)巴爾的摩和華盛頓兩大都市區(qū)(見圖4)之間主要通道(例如95號(hào)州際公路)上的出行；2)模擬兩個(gè)都市區(qū)以外區(qū)域的出行，例如馬里蘭州西部(包括人口超百萬(wàn)的蒙哥馬利郡等)和切薩皮克灣東岸地區(qū)；3)估計(jì)跨州出行，尤其是占州際交通量較大比例的貨運(yùn)交通；4)模擬州域內(nèi)長(zhǎng)距離交通出行量及出行特征。

2.1 模型結(jié)構(gòu)

MSTM為三層結(jié)構(gòu)(見圖5)。1)國(guó)家層面模擬州際長(zhǎng)距離(50英里以上)客貨運(yùn)出行，范圍覆蓋全美和墨西哥與加拿大部分地區(qū)，包括151個(gè)區(qū)域模型小區(qū)；2)州域?qū)用娓采w馬里蘭州及相鄰的華盛頓特區(qū)、特拉華州以及弗吉尼亞州和賓夕法尼亞州部分地區(qū)，包括1 588個(gè)交通小區(qū)，是主要研究范圍；3)城市層面涉及3 056個(gè)城市模型小區(qū)，其模型(即兩大MPO模型)結(jié)果主要作為州域模型的數(shù)據(jù)輸入。

圖6 MSTM組成Fig.6 Components of MSTM

圖7 MSTM工作流程Fig.7 MSTM module flowchart

MSTM是基于經(jīng)濟(jì)和用地的集計(jì)模型，其國(guó)家和州域?qū)用婺Ｐ蜆?gòu)成如圖6所示。其中個(gè)人出行需求整合了區(qū)域模型的跨州出行(即出行起訖點(diǎn)均位于州外的過境交通)估計(jì)結(jié)果，以及州域模型的州內(nèi)短距離出行(起訖點(diǎn)至少一個(gè)位于州內(nèi)，僅考慮州域內(nèi)出行部分)模擬結(jié)果。貨運(yùn)需求中長(zhǎng)距離貨運(yùn)交通估計(jì)基于聯(lián)邦貨運(yùn)分析框架(Freight Analysis Framework,FAF)數(shù)據(jù)，短距離貨運(yùn)交通則利用簡(jiǎn)明貨運(yùn)手冊(cè)(Quick Response Freight Manual,QRFM)推薦方法預(yù)測(cè)。隨后，整合的客貨運(yùn)交通需求按4個(gè)時(shí)段劃分，即早高峰(6:30—9:30)、晚高峰(15:30—18:30)、午間(9:30—15:30)、夜間(18:30—6:30)。最后分配各時(shí)段交通需求，加載流量至多方式交通網(wǎng)絡(luò)。

MSTM基于商業(yè)交通規(guī)劃軟件Cube平臺(tái)，直接采用Cube代碼二次編程開發(fā)，工作基本流程見圖7。實(shí)際使用中，采用6次迭代，在24G內(nèi)存、12核服務(wù)器上一次完整的運(yùn)行時(shí)間約11 h。

2.2 功能與特點(diǎn)

MSTM為改進(jìn)的四階段需求模型，首先基于出行生成率數(shù)據(jù)采用迭代比例擬合算法，計(jì)算6類出行目的和5種居民收入水平的交通小區(qū)發(fā)生吸引數(shù)據(jù)；專門采用重力模型估計(jì)通學(xué)出行分布，其他出行目的和收入水平的出行終點(diǎn)選擇行為則利用多項(xiàng)式Logit模型模擬；方式選擇模型為嵌套Logit模型，涵蓋小汽車(獨(dú)駕和合乘)與公共汽車、BRT、軌道交通(步行和停車換乘)等11種方式；采用出行時(shí)間分布系數(shù)細(xì)分得到4個(gè)時(shí)段的OD矩陣；最后利用Cube Voyager進(jìn)行道路網(wǎng)絡(luò)上多類出行分配。

在此基礎(chǔ)上，MSTM還與用地模型(例如Lowry模型)、機(jī)動(dòng)車污染排放模型(Motor Vehicle Emission Simulator,MOVES)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了用地—交通一體化規(guī)劃、交通污染排放評(píng)價(jià)等功能[11-12]。

2.3 數(shù)據(jù)來源

社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)是MSTM的主要輸入，主要來源于國(guó)家、州和地方多個(gè)部門(見表2)。兩個(gè)MPO區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)直接來自巴爾的摩都市區(qū)規(guī)劃組織(Baltimore Metropolitan Council,BMC)、經(jīng)濟(jì)分析局(Bureau of Economic Analysis,BEA)和華盛頓都市區(qū)規(guī)劃組織(Metropolitan Washington Council of Governments,MWCOG)的調(diào)查和預(yù)測(cè)。州內(nèi)非MPO區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)基于人口普查數(shù)據(jù)、季度就業(yè)和工資普查(Quarterly Census of Employment and Wages,QCEW)數(shù)據(jù)或預(yù)測(cè)得到。州外數(shù)據(jù)則主要基于國(guó)家人口普查或通過其他州交通局獲取。

交通數(shù)據(jù)主要用來校核、驗(yàn)證MSTM，包括兩個(gè)MPO區(qū)域的最新全國(guó)居民出行調(diào)查(National Household Travel Survey,NHTS)的長(zhǎng)距離出行數(shù)據(jù)、交通統(tǒng)計(jì)局航空出行數(shù)據(jù)、FAF貨運(yùn)數(shù)據(jù)、州DOT的流量數(shù)據(jù)以及公路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(HighwayPerformance MonitoringSystem,HPMS)的車輛里程數(shù)據(jù)等。

MSTM基準(zhǔn)年(2000年)的網(wǎng)絡(luò)有16.7萬(wàn)個(gè)路段，分為16類，包括公路、公共交通、步行、換乘路段等。其中公共交通網(wǎng)絡(luò)包括公共汽車、地鐵、輕軌、通勤鐵路等方式。公路與公共交通網(wǎng)絡(luò)之間通過步行、停車換乘和換乘連接段連接。

2.4 應(yīng)用案例

經(jīng)過系統(tǒng)的校核和有效性檢驗(yàn)，MSTM現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于馬里蘭州及其各郡的交通規(guī)劃與分析。國(guó)家理性增長(zhǎng)研究中心在研項(xiàng)目包括支撐區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的用地與交通一體化規(guī)劃示范項(xiàng)目(2014—2016，國(guó)家社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境綜合中心)、馬里蘭州遠(yuǎn)期用地與交通多方案比選(2012—2015，馬里蘭州交通局)、MSTM動(dòng)態(tài)交通分配功能升級(jí)(2014—2015，馬里蘭州公路管理局)等。本文以腓特烈郡15號(hào)國(guó)道(US15)新增車道交通與環(huán)境影響評(píng)價(jià)為例介紹MSTM的應(yīng)用。

項(xiàng)目研究范圍與對(duì)象如圖8所示。項(xiàng)目利用MSTM與美國(guó)環(huán)保局(US Environmental Protection Agoncy)的機(jī)動(dòng)車污染排放模型，評(píng)價(jià)2030年15號(hào)國(guó)道腓特烈郡段(4.51英里)雙向新增1條車道(原有2條車道)對(duì)郡域和通道上的交通與環(huán)境影響。

表2 MSTM社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源匯總Tab.2 Data sources of socio-economic inputs in MSTM

圖8 研究范圍與對(duì)象Fig.8 Scope and objects of the study

模型主要結(jié)果如圖9、表3和表4所示。圖9為交通流變動(dòng)在路網(wǎng)上的分布。新增道路通行能力吸引了交通流轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致15號(hào)國(guó)道交通流明顯增加，相鄰道路上交通流則有所下降。

表3總結(jié)了新增車道前后郡域和通道上車輛行駛里程(Vehicle Miles Traveled,VMT)和車輛行駛時(shí)間(Vehicle Hours Traveled,VHT)的變化?？び蚪煌◣缀醪皇苄略鲕嚨赖挠绊?，VMT和VHT變化小于1%；而通道交通狀態(tài)則受到顯著影響，由于新增車道提高了通道能力，使得VMT增加17%，而同時(shí)VHT減少近50%，說明交通擁堵得到大幅改善。

表4給出了新增車道前后空氣污染的變化。與交通影響類似，郡域污染水平的變動(dòng)可以忽略，但15號(hào)國(guó)道沿線的二氧化碳(CO2)、氮氧化物(NOX)和揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)均顯著增加(17%左右)。

總之，新增車道顯著改善了15號(hào)國(guó)道及相鄰道路交通擁堵狀態(tài)，局部空氣污染增加對(duì)郡域環(huán)境影響可以忽略，項(xiàng)目整體收益較明顯。

圖9 腓特烈郡域2030年車輛行駛里程變化Fig.9 Changes of VMT in Frederick County in 2030

表3 新增車道前后公路性能主要指標(biāo)變化Tab.3 Indicators of major highway performance before and after adding a new lane

表4 新增車道前后污染水平變化Tab.4 Changes of pollution level before and after adding a new lane%

3 對(duì)中國(guó)省域交通模型建設(shè)的啟示

中國(guó)推動(dòng)建設(shè)省域交通模型，有利于科學(xué)指導(dǎo)省域各類交通規(guī)劃與政策制定。根據(jù)各省情況，采用傳統(tǒng)或先進(jìn)的多方式交通模型，綜合利用現(xiàn)有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或補(bǔ)充調(diào)查所需交通數(shù)據(jù)，提高交通需求預(yù)測(cè)精度和規(guī)劃結(jié)論可靠度，對(duì)支持省域內(nèi)交通規(guī)劃事業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展有重要應(yīng)用價(jià)值。

借鑒美國(guó)州域交通模型建設(shè)與應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)在建設(shè)省域交通模型過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1）從上至下地給予行政上的要求、引導(dǎo)與支持，通過完善現(xiàn)有法規(guī)與規(guī)范，明確交通模型負(fù)責(zé)單位(例如，美國(guó)交通部和各州交通部)和建設(shè)與維護(hù)經(jīng)費(fèi)來源(規(guī)劃專項(xiàng)基金)，這是推動(dòng)省域交通模型建設(shè)的最大驅(qū)動(dòng)力之一。

2）借鑒美國(guó)州域交通模型開發(fā)方法和建模結(jié)構(gòu)，結(jié)合中國(guó)各省交通系統(tǒng)特點(diǎn)和需求(例如發(fā)達(dá)的鐵路系統(tǒng))，構(gòu)建多層次、多方式交通網(wǎng)絡(luò)，選擇適當(dāng)?shù)目臻g精度和主要研究對(duì)象。

3）采用政府、高校、企業(yè)聯(lián)合開發(fā)模式，政府提出建模需求和預(yù)期目標(biāo)，并依托當(dāng)?shù)馗咝：推髽I(yè)的科技力量，注重培養(yǎng)本地技術(shù)骨干，是省域交通模型長(zhǎng)期應(yīng)用的可行模式。

4）注重多源社會(huì)經(jīng)濟(jì)和交通信息融合，統(tǒng)一模型校核與合理性檢驗(yàn)方法(例如美國(guó)聯(lián)邦公路管理局的《交通模型有效性檢驗(yàn)手冊(cè)》)[13]，是保證模型模擬結(jié)果準(zhǔn)確可靠的重要手段。

5）建立省域交通模型的國(guó)家級(jí)學(xué)術(shù)組織，例如美國(guó)交通運(yùn)輸研究委員會(huì)(TRB)的州域交通模型分會(huì)，定期交流總結(jié)交通模型建設(shè)經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，有利于促進(jìn)各地區(qū)之間模型甚至數(shù)據(jù)上的分享與對(duì)接。

4 大數(shù)據(jù)時(shí)代的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在大數(shù)據(jù)的時(shí)代背景下，伴隨交通數(shù)據(jù)采集范圍、效率和精度的大幅度提升，州域(省域)交通模型的發(fā)展也面臨一系列的機(jī)遇，例如：

1）更豐富的交通數(shù)據(jù)能夠促進(jìn)大區(qū)域交通模型的參數(shù)標(biāo)定和校核，不但可用于長(zhǎng)期交通需求預(yù)測(cè)，甚至可以進(jìn)行實(shí)時(shí)的區(qū)域和通道交通擁擠管理。

2）可進(jìn)行區(qū)域交通形態(tài)和多方式出行行為分析，例如多日客運(yùn)、貨運(yùn)出行OD分布，方式和路徑選擇行為分析。

3）結(jié)合地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，可分析區(qū)域交通系統(tǒng)與城鎮(zhèn)發(fā)展之間的中長(zhǎng)期關(guān)系，例如中國(guó)高速鐵路對(duì)沿線城鎮(zhèn)發(fā)展以及其他交通方式的影響。

4）結(jié)合區(qū)域公路網(wǎng)交通流指標(biāo)(交通量、速度等)和地區(qū)能源結(jié)構(gòu)(發(fā)電廠類型和數(shù)量等)，可進(jìn)行大區(qū)域全生命周期交通污染排放探測(cè)、標(biāo)定、分析和預(yù)測(cè)。

然而，大區(qū)域多源交通數(shù)據(jù)的管理與分析會(huì)給傳統(tǒng)區(qū)域交通管理部門(例如交通局或鐵路局等)帶來巨大挑戰(zhàn)?，F(xiàn)行交通管理組織結(jié)構(gòu)中任何單一部門均難以承擔(dān)綜合交通數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理需求。2017年3月，中國(guó)成立首個(gè)綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，將有利于推動(dòng)大區(qū)域的綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了美國(guó)州域交通模型的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，以筆者參與的研究項(xiàng)目為例展示了馬里蘭州州域交通模型框架結(jié)構(gòu)和應(yīng)用，以期為中國(guó)省域交通規(guī)劃建模提供參考與借鑒。本文主要研究結(jié)論與建議有：

1）傳統(tǒng)城市交通模型無(wú)法模擬大行政區(qū)域內(nèi)的多方式長(zhǎng)距離客貨運(yùn)出行，因此有必要建設(shè)省域交通模型來支持省域綜合交通規(guī)劃和政策分析。

2）美國(guó)州域交通模型的成功發(fā)展與應(yīng)用是其政策、資金和技術(shù)的結(jié)合，中國(guó)應(yīng)理順省域交通系統(tǒng)規(guī)劃和管理(省發(fā)展改革委和交通運(yùn)輸廳)的行政組織關(guān)系，明確建模需求，落實(shí)模型開發(fā)與日常維護(hù)單位，節(jié)省開發(fā)成本與周期。

3）中國(guó)地區(qū)發(fā)展不均衡，交通規(guī)劃人才分布與技術(shù)能力參差不齊，可選擇發(fā)達(dá)省份采用試點(diǎn)示范工程的方式逐步推廣省域交通模型的建設(shè)與應(yīng)用。

[1]Horowitz A.Statewide Travel Forecasting Models A Synthesis of Highway Practice[R].Washington DC:Transportation Research Board,2006.

[2]Xiong Chengfeng,Zhang Lei.Deciding Whether and How to Improve Statewide Travel Demand Models Based on Transportation Planning Application Needs[J].Transportation Planning and Technology,2013,36(3):244-266

[3]張國(guó)伍.論交通運(yùn)輸系統(tǒng)規(guī)劃、協(xié)調(diào)與發(fā)展[J].交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2005，5(1)：16-24.Zhang Guowu.On Planning,Coordination and Development of Traffic and Transport Systems[J].Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology,2005,5(1):16-24.

[4]歐杰，Bullock R，金鷹，周楠燕.中國(guó)高速鐵路：運(yùn)量分析[R].上海：世界銀行，2014.

[5]Federal Highway Administration.Guidebook on Statewide Travel Forecasting[R].Washington DC:Federal Highway Administration,1999.

[6]Giaimo G T,Schiffer R.Statewide Travel Demand Modeling:A Peer Exchange,Longboat Key,Florida,September 23-24,2004[R].Washington DC:Transportation Research Board,2005.

[7]TRB Subcommittee.Status of Statewide Models[EB/OL].2015[2015-02-07].http://www4.uwm.edu/statewidetrb/.

[8]Horowitz A.White Paper:Statewide Travel Demand Forecasting[R].Washington DC:American Association of State Highway and Transportation Officials,2008.

[9]United States Census Bureau.State&County QuickFacts[EB/OL].2015[2015-02-07].http://quickfacts.census.gov/qfd/states/24000.html.

[10]Maryland State of Highway Administration.TheMaryland StatewideTransportation Model:Model Document[R].Laurel:Maryland State of HighwayAdministration,2013.

[11]Mishra S,Ye X,Ducca F,Knaap G.A Functional Integrated Land Use-Transportation Model for Analyzing Transportation Impacts in the Maryland-Washington,DC Region[J].Sustainability:Science,Practice,&Policy,2011,7(2):60-69.

[12]Mishra S,Welch T F.A Joint Travel Demand and Environmental Model to Incorporate Emission Pricing for Large Transportation Networks[J].Transportation Research Record,2012,2302(-1):29-41.

[13]Federal Highway Administration.Travel Model Validation and Reasonableness Checking Manual[R].Washington DC:Federal HighwayAdministration,2010.

Statewide Transportation Models in the US:A Case of Maryland

Fan Wenbo1,2,Erdogan Sevgi2,Ducca Frederick2
(1.School of Transportation and Logistics,Southwest Jiaotong University,Chengdu Sichuan 610031,China;2.National Center for Smart Growth Research and Education,University of Maryland,College Park Maryland 20742,USA)

Statewide transportation models(STM)in the U.S.have been well developed in the past four decades.Lessons can be learnt from the experience of developing and applying STMs,so as to provide guidance for China when contending with traffic congestion sprawl and associated environmental issues.This paper first introduces the concept and framework of STM,and then summarizes the characteristics of typical STMs from prospective of development,classification,application,etc.STM in Maryland is employed to illustrate how STM can be applied in real-world cases.Finally,the paper provides suggestions on developing provincial-level transportation models in China,including coordinating responsible departments,establishing project-oriented funding,collecting multi-source transportation information,etc.

comprehensive transportation planning;travel demand model;statewide transportation model;US;Maryland

2015-02-08

國(guó)家自然科學(xué)基金“基于連續(xù)近似方法的公交網(wǎng)絡(luò)與站點(diǎn)用地一體化戰(zhàn)略規(guī)劃”(51608455)

范文博(1981—)，男，河南商丘人，博士，副教授，馬里蘭大學(xué)訪問學(xué)者，主要研究方向：交通需求管理、公共交通規(guī)劃。E-mail:wbfan@swjtu.edu.cn