王炜教授：城市智能交通系统建设的技术瓶颈与解决方案

由深圳市交通运输委员会主办，深圳市智能交通行业协会承办，深圳市智慧交通产业促进会协办的第十四届中国（国际）城市智能交通论坛，于2017年6月24日在深圳国际会展中心六层桂花厅隆重举行，论坛的主题为“跨进城市智能交通质量新时代”。东南大学土木建筑交通学部主任王炜教授发表《城市智能交通系统建设的技术瓶颈与解决方案》的主题演讲。本文为演讲速记，未经演讲者本人允许。 

　　王炜教授：非常高兴有机会来论坛介绍一下我们最近开展的工作。

　　我们国家正在开展的智能交通系统建设技术瓶颈在哪儿，我们认为要突破这个瓶颈，关键要搭建城市虚拟交通系统，所以我想介绍下虚拟系统的框架设计。最后举几个城市交通系统的案例分析。

　　城市智能交通系统建设的技术瓶颈。

　　进入新世纪以来，中国交通有两大特点，一是城际交通越来越快，不管是高铁、高速公路还是飞机，把两个城市之间的距离缩得很短，我早上在南京，下午在深圳，晚上回南京明天给学生做报告。二是城市交通越来越堵，把城际交通效率提升带来效益在城际交通拥堵中造成的时间损失，相互抵消了。

　　什么原因造成城市交通的严重拥堵？我们认为最核心的问题是快速城镇化，快速城镇化使城镇规模迅速扩大，对于大城市来说，平均出行距离从以前不到 2 公里，可以用自行车出行，现在增长到 6 公里以上，需要机动化出行，所以机动化需求突发性增长。

　　比如北京市 2000 年的机动车容量是 130 万辆，现在 600 多万辆。2000 年开始就已经拥堵了，现在交通量翻几番肯定更堵。南京市 17 年私家车量增长 85 倍，道路里程只增加 2倍左右，造成供需矛盾的激化。我们称之为"交通结构转型升级"，自行车主导交通向机动化主导的交通转变，供需矛盾非常尖锐，交通问题很难解决。交通拥堵同时引发了其他一些问题，比如说能源的过渡消耗，一些环境的严重污染。

　　这些问题怎么解决？

　　怎么解决？行业基本有一个定论，要建设公交主导型城市交通系统供需平衡体系。城镇化、机动化双重压力下，这样的平衡很难达到，因为城市交通缺口越来越大，怎么解决这个问题？我们课题组有这样的思路。首先要提高交通供给的有效性，提高运输能力。我们经过 30 多年的建设，建了一个庞大的交通基础设施系统，但是它的运输能力很有限，有效性不足，需要提升。主要是提高交通需求的合理性减少交通需求。城镇化的大规模发展，产生了很多非有效性的交通需求，需要一定的遏制。提高交通系统的可靠性保障通行效率，中国的交通系统很脆弱，一些交通事故会引起大面积交通拥堵。北京前几年一场暴雨使整个城市瘫痪，这种情况我们要避免。

　　我们要在城市交通发展过程当中，从原则上、过程当中以及到末端，在三个方面着力来缓解交通拥堵。

　　原则上通过交通引导城市的开发，在城市形态、土地开发的相关政策以及交通模式来减少交通需求。在建设过程当中，要通过交通系统提高整个城市的功能来缓解交通拥堵，到末端，交通拥堵已经产生了，通过智能化的交通管理来缓解交通拥堵，使交通适应当今城市的状态。这就是我们经常说的建设公交主导型交通体系来缓解交通拥堵，避免交通拥堵。

　　中国城市正在进行转型升级，从以前建设为主向效率提升为主转变，最近国家在制定互联网+便捷交通总体框架方案的时候指出，交通系统要解决三个系统，其中智能服务运输系统、智能运输管理系统、智能决策支撑系统等等。要通过互联网+交通来实现城市交通系统的功能的整体提升。智能交通是智慧城市非常重要的核心之一，我们国家有 600 多个建制市，都在建智能交通系统，有一两千个县城在建 ITS 相关的功能设施的建设。但是我们发现，在我国大规模的各个城市 ITS 建设过程中，有严重的瓶颈，现在建的 ITS 实际上是 IT+TS，并不是真正的 ITS。交通系统，特别是城市交通系统的大数据，很多城市都建立一个或者多个交通信息平台，但是这些平台只解决了我们在实验室、控制中心可以看到的交通状况，用这个数据平台无法控制、优化一个城市的竞争的解决方案。

　　解决城市交通问题的规划设计与一些运行组织，用的仍然是上世纪 70、80 年代建立起来的理论体系，这个理论体系是在没有数据支撑的背景下建起来的。我们有交通方案，但 IT 和 TS 是严重分离的。或者说我们正在实施的互联网+交通，有互联网、有交通，但是没有+  ，这个+是用基于大数据城市交通集成分析技术体系，包括模型、软件平台我们都没有，只有突破瓶颈，才能把 IT 和 TS 形成有机的 ITS。要突破这样的瓶颈，我们认为需要解决三个方面的问题。重构城市交通理论体系，开发城市交通体系软件，搭建城市交通数据平台。

　　很多城市正在建设的 ITS 系统新框架，看上去很复杂，但是直接分析有三块内容，是互联网+交通，下面是互联网，互联网是+交通，对于互联网这部分内容，IT 企业非常感兴趣，因为这是企业创造效益最有效的领域。交通是我们行业部门、交管、规划、建设管理部门的日常业务，没有 ITS、没有互联网+交通，这些业务还是要开展的，所以这些内容很正常，都有。缺乏理论体系、缺乏系统软件、缺乏城市虚拟交通系统测试平台，使得 ITS 和互联网+交通是两张皮，没有产生很好的运输效率。

　　要突破这样的技术瓶颈，关键搭建城市虚拟系统，解决中间这部分的瓶颈。要把规划、交通、交管理、发改委的职能集成在一起，用统一的数据、统一的方法来对一个城市的交通规划建成管理与支持，来实现系统的优化。

　　什么是城市的虚拟交通系统？

　　我想谈自己的想法。虚拟交通系统是把独立的互联网+交通、独立的、分割的互联网和交通方之间形成有机整体，主要包括理论体系重构、系统软件的开发和虚拟平台的搭建。

城市虚拟交通系统的系统框架

　　交通系统很复杂，一个城市往往要几百万人、几十万辆车在超级大型网络中出行，非常复杂。要模拟、分析这样大系统当中人的交通行为，没有办法对一个真实的系统进行试验，我们会建立与真实系统完全一致的虚拟交通系统，在虚拟交通系统中进行方案分析，效果好再实施。这和以前的交通仿真类似，但不完全一样。以前的交通仿真，是对某个交通现象，建立这个现象的交通数据以及数据模型进行分析。真实的交通系统里面，各种交通现象之间是相互相关联的，人口、土地利用、居民出行、车辆出行和交通的分布，他们之间都是关联的。这个交通仿真不能反应一个交通系统当中各种交通现象之间的关联关系，他们要建立各种交通现象之间的关联关系，通过各种交通分析数据库加上各种交通现象之间的交通分析模型以及关联关系，选择一个更新的系统，几乎完全一致的虚拟交通系统。我们虚拟系统当中进行各种交通方案的分析，效果和现实也是一样，这是两个平行的系统，一个是真实的交通系统，一个是虚拟的交通系统。

　　虚拟交通系统有四部分组成，一是数据，二是模型，三是软件，四是平台。

　　基础数据库。虚拟系统当中，城市社会经济数据库，居民数据库，包括静态数据、动态数据以及实时数据，这些数据在交通系统的外围，移动终端数据和卫星影象数据，我们行内部门内很难有一个单位掌握所有数据，我们建议应该建立跨部门第三方的共享数据平台，搭建起一个城市的数据交通系统。

　　基础模型的建立。数据交通系统与交通仿真的平台，要建立各种交通之间的关键模型，国际上和国内各个大学都做这种工作，我们得到国家基金委员会和科技部的支持，已经做了将近 20 年的技术积累，积累了一百多个交通分析模型，交通机构的优化模型，路径选择模型、车辆模型等等。

　　大数据的应用会引起整个城市交通理论体系根本性的变化，甚至是颠覆性的，我们国家在"十三五"期间要开始试点电子车牌信息的应用、推广，电子车牌信息是一个大数据，一个城市几十万上百万辆车运行，产生的数据就是大数据。这些数据的应用对整个交通管理、交通的规划，会有非常大的冲击，甚至是颠覆性的。在交通规划和交通管理当中，我们花了很多精力去获取或者预测居民出行和机动车的 OD，电子车牌信息应用以后，这些 OD 数据不需要预测了，可以通过实时获得，并且非常高的精度，对整个交通规划、交通管理的理论体系要重建，同样对很多交通分析模型进行重建，大数据的应用对城市交通体系将会有很大的冲击，我们要重建这个模型。

　　平台软件的开发。虚拟交通系统里面我们没有办法对真实交通系统进行现场试验，我们要在虚拟交通系统中进行方案分析，这个方案分析是评估优化的过程。效果好的进行方案实施，效果不好进行优化。对系统分析必须借助于大型平台软件，但是到现在为止，我们国家没有一个大型平台软件，我们一直用美国、加拿大或者英国的软件，这些软件在他们国家非常好，但是到了中国水土不服，根本不可能得到很好的结论。所以我认为我们必须建立起适合中国国情的平台软件，我的团队经过将近 30 年的开发，已经形成了交运之星 TranStar 的软件，和美国的软件没有多大区别，但是这个软件是依托中国的数据建立起来。目前普通 PC 机上对 1 万个以上的交通节点、4 万个以上的连接路段、10 万个以上的 OD 点对的超级网络交通分析，我们又进行了一次速度提升。对于这样的超级网络做道路交通分配只需要 17 秒时间，这个速度已经非常快了。

　　方案设计评估。解决中国城市交通问题是三条技术主线，首先是把设计的方案质量化，包括城市形态、统计开发、交通设施的建设、交通管理控制，包括很大的交通政策的制订，然后进行方案评估。刚才谈到的交通之星的软件，这个系统的要求是人机对话很方便，评估的速度要很快，要 1-2 分钟之内得到结果，并且分析结果要可视化的。

仿真体系

　　案例数据分析。（图）一个城市形态和土地开发的人机对话的画面，道路建设或者道路改扩建的人机对话的画面。这是交通枢纽改建的画面。公交线路改线或者地铁线路新建的人机对话，对公安交警更方便，更重要是线路上的交通管制措施的人机对话以及某个区域的限行、各种交通轨道措施的人机对话等等。比如一个区域土地开发性质的改变对城市的影响，交通设施建设对整个城市交通的影响，对交通管理当中某个区域管理措施的改变对整个城市交通的影响，以及某个城市交通的影响，可以做快速的、可视化的仿真分析。规划、交通、交管、发改委，在统一的平台上用统一的数据、统一的方法以及共享的平台来进行支持。这是虚拟交通系统的基本内容。这是虚拟交通系统的基本内容。

　　案例

　　我们做了几个城市的案例分析，今天给大家做汇报。刚才谈到我们建立的交通网络是 1万多个节点的虚拟平台，虚拟平台里面，技术网络，交通管制措施以及交通连廊分布以及速度的分布，在这样的交通条件下的交通分布，以及一氧化碳排放的分布，以及 PM2.5 排放的分布等等。基本上可以提供政府部门规划政策的决策数据，进行快速评估。

　　我们对无锡市的主要交通道路网络网络进行了测试，它的交通管制的措施，以及在这个措施下交通量的分布，以及交通复合的分布，以及公交客流的分布，以及它一氧化碳的排放以及 PM2.5 排放分布等等。其他城市也做了分析，重庆、苏州、沈阳、泸州。

　　简单做个总结，现在的智能系统是 IT+TS，我们去了中间核心的平台，使 ITS 变成两张皮，只要把一个城市虚拟交通平台建立起来，才能把 IT 和 TS 变成大 ITS，把规划、建设、管理与控制等，形成统一的平台，统一的数据，统一的软件在平台上，哪个部门先建立这样的虚拟交通系统设施平台，哪个部门就有话语权。

　　谢谢大家！