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张天然:上海市新一轮交通模型建设

2022-05-25

来源 : 赛文交通网

作者 : 张天然

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编者按:近日,在赛文交通网和中国仿真学会交通建模与仿真专业委员会联合主办的“道路交通仿真技术在交通领域的实践应用探索”线上研讨会中,上海市城市规划设计研究院交通分院副院长张天然作了《凝聚智慧,创新应用——上海市新一轮交通模型建设》报告。

张天然从上海市交通模型的研究历程、总体目标以及研发思路出发,梳理当前新的国土规划形势下交通模型的发展策略,并从理论到实践,详细阐述了新一轮交通模型研发的六大成果,列举了由整体到局部、由宏观至微观的交通模型与大数据的七个应用场景。

一、交通模型研发历程

研发历程:

上海市交通规划模型研究已有40年历史。从2020年开始,上海市城市规划设计研究院开展了新一轮交通模型的建设。

总体目标:

打造交通大数据应用平台,强化多源数据综合应用能力,建立一个功能完善、理论体系先进、与空间规划互动反馈的,具有国内领先、国际先进水平的交通模型。全面服务长三角一体化、总体规划、单元规划和详规等多层次规划,为市委市政府、市局重点工作提供定量分析决策支撑。

研发思路:

上一轮模型主要是为2017~2035的上海总体规划以及相应的城市交通规划所建立,而在新的国土空间规划的形势下,新一轮的交通规划模型根据建设主题的不同分为三年来进行建设:

第一年(2020年)夯实基础:拓展既有模型体系范围到大都市圈;上海市域模型深化形成交通大数据平台,增强现状分析研判能力。

第二年(2021年)拓展应用:完成基于交通与土地利用互动反馈的模型结构改造及相应模块开发;拓展模型在城市规划中的应用;凸显模型的综合性优势,在交通和用地结合、城市规划范围应用方面的明显优势。

第三年(2022年)把握前沿:完成基于活动的新一代交通需求模型;快速反应规划方案和灵活方便地使用;保持理论先进,占领模型技术制高点。

发展策略和任务梳理:

将理论化为实际,细化发展策略,使之落地分解成对应的发展任务来一一开展工作。主要的发展策略与工作任务如下:

  • 夯实基础:交通规划大数据平台;

  • 提升体系:市域模型更新升级;

  • 拓展范围:上海大都市圈模型构建;

  • 开拓应用:公共交通可达性模型;

  • 革新理论:基于活动的交通模型;

  • 把握前沿:智慧交通仿真、排放模型;

  • 应用导向:城市和交通规划应用。

二、新一轮交通模型研发

(一)交通规划大数据平台

交通规划大数据平台在充分发挥规划系统数据的基础上,汇集了来自上海市各部门的人口、岗位、交通运营数据,以及百度、手机信令等互联网大数据,并实现模型、数据库和平台的一体化建设。

建设成果包括一个基础数据库、一个交通模型专业平台和一个交通大数据公共应用平台:

基础数据库:以院信息化工作的数据库为基础底盘,统一标准,实现数据互通。

交通模型专业平台:侧重模型专业分析,进行地理信息和数据库编辑维护。平台包含专题图、公共数据库、数据表操作、个性化制图和个人空间五个板块,具备在线制图和查询分析等功能。其中专题图、公共数据库和数据表操作为规划设计人员提供常用的专题图和公共数据资源,用户可根据需要对图像进行叠加应用;个性化制图支持用户对相关图表进行修改;个人空间支持用户自主上传数据和管理调用公共数据库。

交通大数据公共应用平台:侧重成果发布、查询、展示、出图和数据叠加。公共应用平台提供数据共享与应用导向功能,主要数据包括规划数据、运行监测数据以及网络大数据。用户可灵活进行自定义修改基础专题底图、自定义数据以及任意图层叠加等操作。此外,该平台还为用户提供数据权限分级分类、公共空间保障安全和个人空间产权保护等安全保障。

(二)市域模型更新升级

随着对模型性能的要求不断提升,模型建设也越来越精细化,而对于超大型城市来说,精细化建模面临着活动和出行模式复杂化、复杂综合网络和多模式公交、城市空间和区域差异化、交通与土地利用互动的快速发展以及跨区域行政协调等诸多挑战。

对此,研究院做了大量工作,应用GIS+规划+交通的综合技术,结合新一轮城市总体规划以及后续单元规划和各专项规划,建立了包括土地利用、综合交通模型网络等详细的模型数据库。应用了多核多线程计算机技术模型算法改进、交通分区动态切换技术以提升计算速度、基于GIS的多方案数据库一张图管理、快速反应规划方案的模型流程图管理等关键技术。并在互联互通模式下的市域轨道多方案比选等方面实现了创新应用。市域交通模型交通分区达到5800个,实现了高分辨率、高精度解析下对规划方案的快速反应机制。

(三)上海大都市圈模型构建

由于实施大规模调查较为困难以及难以获取调研数据,跨区域建模难度较大,但在长三角一体化带动下,跨行政区域交通设施的方案论证迫在眉睫,如嘉闵线北延伸、沪苏嘉和沪平线等。

对此,研究院着眼于大数据应用,与百度、联通和交通部路网中心等平台合作,收集高速公路和铁路等跨区域数据,实现数据来源的突破,构建上海都市圈模型,以满足长三角铁路客运需求分析、多模式轨道交通以及市域铁路互联互通客流分析的需要。

(四)公共交通可达性模型

在数字化转型和空间规划发展的背景下,可达性成为交通与土地协调发展的研究热点。

所建立的公共交通可达性模型中包含PTAL模型、等时线模型、ATOS模型和服务范围模型四个模型工具,以及总归实施监测、公交服务评估、交通方案评估、公服设施优化、开发强度优化、职住空间优化以及公共中心规划七大应用场景。

(五)基于活动的交通模型

一般来说,交通模型理论分为三个层次:基于出行、基于出行链以及基于活动。所建立的基于活动的交通模型主要关注三方面:以家和工作单位作为“基地”的人的活动、出行等各项活动的时间分配以及活动行为产生的如生活圈和通勤圈等空间格局。

目前已开展多源数据融合、活动模型框架设计等前期研究工作。

(六)智慧交通仿真、排放模型

仿真模型:

制约区域仿真模型发展的一个主要原因是动态OD的获取,过去对上海的高架路网、高速公路网络的仿真正是具备了动态OD条件才得以实现。集计的四阶段交通模型很难为仿真模型提供必要的数据支撑,也曾在片区规划模型中尝试应用。基于活动的交通需求模型通过个体数据的模拟,和动态交通分配模型结合,即ABM+DTA是国际上的发展趋势。

近期,对上海沪宜公路智慧车列的仿真研究进行了尝试,内容涉及基础交通调查和OD反推校核,智慧车列的车辆之间和车路通讯在仿真技术中的应用,同时也在积极探索自动驾驶车辆进入道路的交通仿真技术。

张天然认为城市级的微观交通仿真模型由于计算量过于庞大,微观交通细节参数众多容易设置不当造成“堵死”等现象,做到实时在线存在很大的难度(针对交叉口流量数据再现的实时在线不在此概念范围)。

DTA模型,即动态交通分配模型,包括宏观模型、中观模型和微观模型三个层次。将DTA与基于活动的交通模型ABM进行融合,建立微观+中观的混合一体化仿真。应用中观DTA模型是今后的实时在线仿真发展的趋势。此外,对于应用于整个城市级的模型,全部的微观仿真计算量很大,但可以使用混合仿真,即将关注区域动态切换成微观,而其他区域则为中观或宏观。

排放模型:

结合上海市规划院正在开展的《“碳达峰、碳中和”目标下市级国土空间总体规划编制技术研究》,开发相应的碳核算模型,并结合交通模型开发汽车尾气排放模型。

三、交通模型和大数据应用

目前关于交通模型和大数据应用由宏观到微观分为以下几个方面:

轨道网络评估与规划:包括现状轨道交通系统运行评估,轨道交通近期建设规划客流预测,工可和初步涉及阶段客流预测,轨道网络规划方案对比分析,各线路专项规划配套功能分析,轨道交通与用地布局适应性评估等。

重大道路设施及规划:在骨干道路系统规划中包括现状骨干道路系统评估、路网密度等指标计算以及道路方案比选论证等。专项规划中道路方案比选论证、功能分析,工程可行性研究流量预测等。

区域规划:包括都市圈通勤分析,全方式出行分布、都市圈客运结构预测、分方式分廊道客运量预测、各廊道方式结构预测以及廊道运输需求与设施容量评估等功能,跨行政区域道路、轨道交通等重大交通设施研究。

城市总体规划:包括城市公共活动中心识别、市域出行需求预测、出行方式结构预测、城镇间交通联系预测、通勤与职住分析以及公服设施公共交通可达性分析。

区县、单元规划:包括现状交通系统评估、规划交通需求预测、道路系统规划方案测试、公共交通规划方案测试、公服设施可达性分析以及职住与通勤分析等。

控详规划、地区专项规划:重点地区规划中包括长三角一体化示范区规划、自贸区临港新片区国土空间规划、南大地区和桃浦东拓地区等地区的规划;另外还有新城规划中的职住分析和枢纽可达性分析等专项规划;交通承载力分析、交通可达性分析等技术应用于控详规划。

微观仿真:包括地块周边交通组织方案评估、出入口服务水平评价、道路交通管理方案以及复杂交通系统模拟等微观交通仿真。

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