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在如今的重慶街頭，大數(shù)據(jù)和智能算法加持的智慧交通“大腦”正助力城市打通交通“腸梗阻”。在重慶市新型數(shù)字交通物聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺上，重慶每天產(chǎn)生的6000多萬條機(jī)動車行駛信息，都會被收集匯總到這里。

(資料圖)

平臺會根據(jù)實(shí)際工作需要，實(shí)時將部分采集到的數(shù)據(jù)傳遞給基于“交運(yùn)之星-TranStar”（以下簡稱交運(yùn)之星）研發(fā)的重慶城市數(shù)字交通仿真平臺。后者會根據(jù)道路基礎(chǔ)設(shè)施、車流量、駕駛?cè)顺鲂辛?xí)慣、時間等不同的參數(shù)，預(yù)測道路擁堵情況。5分鐘、10分鐘、30分鐘后哪里“水泄不通”，哪里“一馬平川”一目了然。有了這些數(shù)據(jù)，城市交通管理便能運(yùn)籌帷幄，決勝千里之外。

交運(yùn)之星是東南大學(xué)首席教授、土建交通學(xué)部主任王煒帶領(lǐng)團(tuán)隊歷經(jīng)多年研發(fā)的一款虛擬交通仿真軟件。近日，在第十七屆中國智能交通年會上，以交運(yùn)之星為核心的研究成果“多網(wǎng)融合與多任務(wù)協(xié)同的綜合交通虛擬仿真技術(shù)及其應(yīng)用”，榮獲中國智能交通協(xié)會技術(shù)發(fā)明一等獎。

打破數(shù)據(jù)孤島，多網(wǎng)融合構(gòu)建交通“大腦”

“當(dāng)下，我們正處于從交通大國邁向交通強(qiáng)國的過程中，城市及區(qū)域綜合交通體系的運(yùn)輸效率、服務(wù)質(zhì)量、系統(tǒng)韌性還有待提升；交通系統(tǒng)產(chǎn)生的運(yùn)輸成本、污染排放還有待降低；綜合交通體系高質(zhì)量發(fā)展的科技創(chuàng)新能力還有待提高。”王煒認(rèn)為，這種階段性特征，也表現(xiàn)為交通運(yùn)輸結(jié)構(gòu)不合理，各運(yùn)輸方式之間缺乏優(yōu)勢互補(bǔ)；居民出行結(jié)構(gòu)不合理，道路利用效率高的公交出行比例偏小，道路交通擁堵嚴(yán)重。

綜合交通體系的建設(shè)，需要開放協(xié)作的行業(yè)生態(tài)。王煒認(rèn)為，我國綜合交通體系包括城市交通與區(qū)域交通，城市交通涉及城市規(guī)劃、交通建設(shè)、交通管理、公共交通等行業(yè)和部門，區(qū)域交通涉及公路、鐵路、水運(yùn)、航空、管道等行業(yè)和部門，需要跨部門、跨行業(yè)、跨地區(qū)的協(xié)作才能實(shí)現(xiàn)綜合交通體系的高質(zhì)量發(fā)展。

“這首先要打破數(shù)據(jù)孤島，建立多網(wǎng)合一的交通網(wǎng)絡(luò)，把公路、鐵路、水路、航空等網(wǎng)絡(luò)相互結(jié)合，用數(shù)學(xué)模型建立一張數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)，分析交通系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)一步優(yōu)化交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，建立支撐綜合運(yùn)輸多式聯(lián)運(yùn)與聯(lián)程出行的‘門到門’運(yùn)輸體系。”王煒介紹，團(tuán)隊綜合利用圖論、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論、大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立綜合交通系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、交通解決方案場景預(yù)案庫、交通需求分析模型庫，構(gòu)建了基于多網(wǎng)融合的綜合交通系統(tǒng)供需平衡分析模型體系，實(shí)現(xiàn)了綜合交通系統(tǒng)多網(wǎng)合一交通供需的科學(xué)分析和精準(zhǔn)預(yù)測。

剖析出行方式，描繪大城市“出行畫像”

有了多網(wǎng)融合的交通網(wǎng)絡(luò)，下一步就是如何激活，使數(shù)據(jù)釋放活力。

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)愈發(fā)完善，人們的出行需求更加多樣化，居民可以選擇的出行方式越來越多元化，這讓每一次出行都兼具規(guī)律性與隨機(jī)性，對城市交通管理提出挑戰(zhàn)。

“傳統(tǒng)的交通方式單一、以交通小區(qū)為基本分析單元的交通網(wǎng)絡(luò)分配技術(shù)與方法，已經(jīng)無法適用于當(dāng)下大規(guī)模、多方式一體化交通網(wǎng)絡(luò)分析，城市組合出行與區(qū)域聯(lián)程出行等交通行為與特征的解析，需要交通分析方法實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)（門到門）的跨越式變革。”王煒介紹。

王煒帶領(lǐng)團(tuán)隊提出“超大規(guī)模多模式異質(zhì)交通網(wǎng)絡(luò)一體化交通分配方法”，將大城市道路、公交、慢行交通、軌道交通網(wǎng)絡(luò)，以及區(qū)域公路、鐵路、水路、航空網(wǎng)絡(luò)等進(jìn)行多網(wǎng)融合，并根據(jù)不同交通行為的特點(diǎn)，進(jìn)行一體化的交通網(wǎng)絡(luò)分析。通過出行者的出發(fā)地、目的地的信息，推演獲取出行者的具體出行路徑，進(jìn)而得到各交通方式、各網(wǎng)絡(luò)路段的交通流量。

“在大城市或者城市群，居民出行方式多元，公交+地鐵、自行車+地鐵、汽車+飛機(jī)等組合方式很普遍。”團(tuán)隊成員、東南大學(xué)副教授華雪東介紹，將多模式交通網(wǎng)絡(luò)做成一張網(wǎng)絡(luò)后，起終點(diǎn)間的交通出行量能直接在融合后的一張網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行分析，這就能模擬出居民整體的出行分布情況及其規(guī)律。

然而，居民交通出行有很大的差異性和隨機(jī)性，即使是同一條路線，也難以確保每天采用的交通方式是完全相同的，如何確保出行路徑模擬準(zhǔn)確可靠？華雪東表示，出行者的職業(yè)、經(jīng)濟(jì)情況、是否有自駕車等因素，都會影響出行方式，“綜合這些因素，再平衡個體的偏差，最終就可以體現(xiàn)出整體性的出行趨勢”。

王煒介紹，這套交通分配方法與快速求解算法，可以將交通分配響應(yīng)時間從傳統(tǒng)單模式網(wǎng)絡(luò)的數(shù)十分鐘，降低到多模式網(wǎng)絡(luò)的一分鐘以內(nèi)，突破了超大規(guī)模多模式異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)高效交通分配的技術(shù)瓶頸，為交通管理提供了決策依據(jù)。

模擬通行狀況，緩解擁堵、評估風(fēng)險

城市化進(jìn)程的加快和人們生活水平的提高，在豐富人們出行方式的同時，也加速了居民出行從自行車主導(dǎo)向機(jī)動車主導(dǎo)的轉(zhuǎn)型變遷。“在轉(zhuǎn)型期，交通供給能力的建設(shè)跟不上機(jī)動化交通需求的增長，容易造成交通擁堵。”王煒表示。

于是，交運(yùn)之星應(yīng)運(yùn)而生。王煒介紹，該軟件的城市交通版具有城市土地開發(fā)、交通設(shè)施建設(shè)、交通管理控制、公交運(yùn)營組織、交通政策制定等交通應(yīng)用場景的方案設(shè)計與定量化、精細(xì)化、可視化虛擬仿真分析。

支撐這個智慧“大腦”運(yùn)行的有三類關(guān)鍵數(shù)據(jù)。華雪東介紹，一類是公交、地鐵、機(jī)場等交通基礎(chǔ)設(shè)施布局、土地利用和人口分布等靜態(tài)數(shù)據(jù)，一類是人們的出行分布動態(tài)數(shù)據(jù)；還有一類是實(shí)時的流量數(shù)據(jù)，即不同路段、交叉口、樞紐點(diǎn)在不同時間的車流或人流通行情況。他打了個比方：“例如，如果想緩解學(xué)校周邊的擁堵，可以在平臺上輸入擬實(shí)施的相關(guān)緩堵策略，如新增的停車位、沿校園設(shè)置單行線、調(diào)整信號燈配時方案等，平臺就能模擬出方案實(shí)施后的擁堵疏解效果，城市交通管理者可以根據(jù)平臺提供的解決方案及其效果采取措施，應(yīng)對現(xiàn)實(shí)擁堵。”

在重慶，基于交運(yùn)之星研發(fā)的城市數(shù)字交通仿真平臺讓市民享受到智慧交通提供的便利。團(tuán)隊成員、東南大學(xué)副研究員趙德介紹，團(tuán)隊利用交運(yùn)之星與重慶獨(dú)有的機(jī)動車電子標(biāo)識數(shù)據(jù)，通過平臺仿真分析發(fā)現(xiàn)，重慶的交通堵點(diǎn)主要是長江和嘉陵江的過江通道，于是結(jié)合有關(guān)部門建議論證得出：對長江和嘉陵江上的15座橋和1條隧道，在周一到周五的高峰時段，每天限行兩個機(jī)動車車牌尾號，可有效緩解擁堵。

后來，這一方案擴(kuò)展到重慶主城區(qū)的“16橋4隧道”，錯峰通行方案實(shí)施后，重慶市中心城區(qū)干路網(wǎng)平均機(jī)動車車速提升6.8%，地面公交車速提升5.2%，機(jī)動車出行時耗縮短7.5%，車輛尾氣污染排放量減少3%。

虛擬交通仿真技術(shù)不僅可以防堵，也能指導(dǎo)道路規(guī)劃設(shè)計。重慶應(yīng)用城市數(shù)字交通仿真平臺的相關(guān)單位技術(shù)部門負(fù)責(zé)人介紹，有的斷頭路要打通，就可以在平臺上輸入打通道路后的車道、車流等信息，判斷對周圍道路的交通情況是否有影響；有的匝道如果需要封閉施工，在平臺輸入現(xiàn)在和封閉后的道路通行數(shù)據(jù)，就能模擬、評估施工后對交通影響的程度，指導(dǎo)后續(xù)建設(shè)。

“我們希望通過構(gòu)建綜合交通信息共享平臺，用統(tǒng)一的交通網(wǎng)絡(luò)、統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、統(tǒng)一的分析模型、統(tǒng)一的系統(tǒng)軟件，解決目前我國交通系統(tǒng)存在的問題，推動綜合交通體系的高質(zhì)量發(fā)展。”王煒說。