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城市交通模型如何更好的发展

交通规划是城市规划(国土空间规划)体系中的专项规划,交通规划模型的工作是与之相配套的情景测试

交通规划是城市规划(国土空间规划)体系中的专项规划,交通规划模型的工作是与之相配套的情景测试。建模过程中,城市规划的空间格局、用地方案和交通基础设施方案稍有变动,模型就需要修改输入条件,快速反应这些“变动”对交通模型工作者是巨大挑战。

——张天然

近期,赛文交通网连续对我国交通模型发展状况进行了系列报道,国内外交通模型的起源、关键节点、发展现状、存在问题等情况逐渐被梳理出来。

针对交通模型如何能更好的发展、如何看待业内的各种声音等问题,赛文交通网和上海市城市规划设计研究院交通分院副院长张天然进行了独家对话。

张天然曾多次被北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、武汉等主要城市聘请为交通模型的评审专家,主要研究方向为综合交通规划和交通模型、交通地理信息系统和大数据等,并作为主要负责人和参与人承担了国家级和省部级科研项目6项,是业内公认的交通模型和大数据领域权威之一。

《用地图丈量交通世界,开篇说往事》一文中,张天然与陈先龙、丘建栋、陈东光、朱海明被认为是国内优秀的青年交通模型专家。

往期内容:《陈先龙:城市交通模型研究这20年》《丘建栋:城市交通模型有存在必要吗》

以下为赛文交通网和张天然的对话实录:

赛文交通网:交通模型如何更好的发展?

张天然:回答这个问题,要从交通模型的人才培养说起。

交通模型工作者,需要丰富的知识结构体系。一个优秀的交通模型首先要懂城市和交通规划,融入规划,并服务规划。

模型理论的熟练掌握,需要具有很好的数学、运筹学、经济学和行为学等学科基础;GIS和计算机编程、数据库应用,熟练掌握交通模型软件,这些都是必不可少的。

中微观的模型特别是仿真模型,对信号灯控制、交通组织、乃至交通工程设计均需要有一定了解,每个领域要做精,都需要付出很大的努力。

随着我国交通模型的不断发展,传统交通规模型逐步演变为服务于交通系统(现状运营以及近期交通方案和政策实施评估)和规划系统(中长期预测分析)两大类。

北京、上海、深圳、广州、杭州等地方也出现了两个以上的模型。

无论哪类模型,基本原理是差不多的,应用侧重点不同,但他们有共同的特点就是建设周期特别长,投入比较大。

交通规划是城市规划(国土空间规划)体系中的专项规划,交通规划模型的工作是与之相配套的情景测试。

建模过程中,城市规划的空间格局、用地方案和交通基础设施方案稍有变动,模型就需要修改输入条件,快速反应这些“变动”对交通模型工作者是巨大挑战。

有时候,规划工作者看不到模型期望的成果,就会认为交通模型的工作没做好。其实这里面既有见效快慢的问题,也有规划师和模型师的衔接问题。

交通模型也必须在应用中发挥其价值,需要较长的时间才能显示。

如何能让交通模型更好的发展应用起来,我觉得根本性的问题,还是要有法律法规的保障体系,就像美国在60年代确定了交通模型的法律地位一样。

国内相关的标准、规范,尚未有比较严格的要求,导致很多综合交通规划中,交通模型工作的要求较低的情况。

包括最近业界讨论的轨道交通客流预测方面,虽然有了明确的规范和成果要求,但还存在不少乱象,在此不再展开讨论。

赛文交通网:如何看待关于交通模型的各种声音?

张天然:模型无用论和模型万能论,都不可取,现在确实存在一些人把模型做坏,甚至做出一些无底线的工作,弄虚作假、数据编造等等,严重影响了交通模型的形象。

还有的情况是因为某些指标没有达标,迫于各种压力去改变了一些数据和结论。另外,模型本身的技术也不十全十美,没有科学的判断标准,负面问题确实存在。

广州有个模型前辈曾说,他发现体制越差的城市模型做得越好,因为体制好的城市都去赚钱了,而模型的直接经济效益小,更多的是外部效益,所以就容易被忽略了。

所以,在这个体制和机制中,很少有人做了十几年,还能一直坚持,坚持下来的人也可能做出来了一些成绩,也可能是迫于无奈一直在做这项工作,当然也有一些市场效益做得不错的企业。

什么样的机制能够做得更好?

只有模型的应用发展前景真正的好了,真正能够发挥它的作用了,这才是持续培养模型师的根本源泉和动力。当然,也需要大家深入地去了解交通模型的特点。

交通模型缺点肯定是有的,无论是基于出行的传统四阶段模型,还是基于出行链、基于活动或者新兴的多智能体模型等,都有各种弊端,但是也不要产生误解,全盘否定。

有人说交通模型是个黑箱,想要什么结果就能出来什么结果;也有人说交通模型的参数太多,想要得到什么结果总是可以通过参数调整得到。

这两种说法,后一个好像比前一个水平更高一些,但对模型参数标定和应用,特别是现状与预测,与规划的反馈关系,显然理解不够深入,这里也不再展开讨论。

不过很少有决策者会仔细地去听所有的细节,听到一句负面的话,可能就会造成一些负面影响,这是非常正常的事情,所以还是要靠行业内的人不断地去做宣传的工作。

赛文交通网:交通模型的起源、发展历程和现状是怎样的?

张天然:四阶段模型源于美国,这是大家公认的。

上世纪50年代,从底特律都市圈规划到芝加哥区交通研究,逐步建立起了四阶段交通模型体系。

60年代,联邦资助公路法规定,人口超过5万的MPO必须进行交通调查建立交通模型,自此交通模型有了正式的法律地位;70年代,开始进行效用理论的Logit模型的研究;80年代,开始考虑交通和土地利用模型;90年代,美国推出联邦交通模型改善计划(简称TMIP:Travel Model Improvement Program),当时想把基于活动的ABM模型(Activity-Based Model),开始从理论慢慢转向实践,目前为止,美国有30多个城市建立了ABM模型(或基于出行链的模型)。

最新的美国交通模型,发展趋势是“ABM+DTA”,即基于活动的模型和动态交通分配模型结合,以及宏观、中观、微观的交通规划模型相结合,很多城市都在朝这个方向发展。当然也有不少土地利用模型的开发。

国内的交通模型发展,北京、上海、深圳、天津等城市都很早。比如上海从80年代开始和美国的机构进行合作,包括上海内环高架和地铁一号线的建设,交通模型分析都起到了一定作用。

各个城市的模型队伍不尽相同,对模型的重视程度也不同,按照个人的理解,大致可以分为三个梯队,第一梯队主要有北京、上海、天津、广州、深圳、重庆、武汉等城市,有些城市中交通部门和规划部门都有模型,只不过应用的方向和侧重点不同;

第二梯队有些城市开始重视交通模型,多是一些省会城市或者条件较好的地级市。有的是正在作为一项重要工作开展模型建设,也有的是其他原因,例如遇到城市编制的轨道线网规划报批,要有客流预测等等,他们会请外援团队来做,但是做完以后模型的继续维护和发展就没了下文;

第三梯队中,基本没有交通模型,发展比较落后,为了有模型而做模型,说难听点就是粗制滥造。

另外,值得一提的是,很难有一个模型能够把所有功能都囊括进去,功能越多,变量就越多,要求的数据也就越多。

现在也存在着不同部门之间数据共享的问题,主要有两方面的原因:一是有些部门有数据保护意识或者保密要求;二是数据质量本身有问题,拿出来让人推敲担心惹麻烦。

赛文交通网:谈谈您这些年做交通模型的经历?

张天然:2003年,同济大学引入了德国PTV公司的交通规划和仿真软件。当时我和其他同学一样,想法很原始,希望学习一些高级工具,将来也方便找工作。

这也是我和交通模型的第一次接触,不过仅仅熟悉了一些软件的基本操作,但逐渐对交通模型有了一些零散的了解。

2005年,我开始攻读博士学位,进入课题组后开始进行系统的学习;2005-2006年,参加了惠州和淮安的城市综合交通规划项目,在这个阶段,我开始真正的深入到交通模型领域中,并用TransCAD完成了基于四阶段理论的综合交通模型开发。

我的博士论文研究的是用交通模型评价交通需求政策,获得了上海市优秀博士学位论文,并在此基础上于2017年出版了专著。

博士论文在交通模型方面,具有不少的新思想,也正是博士论文的写作,让我喜欢上了交通模型。

博士毕业时,上海市城市综合交通规划研究所(交研所)正在用EMME平台做1000个交通小区规模的交通模型,得知这个消息后我很激动,和杨老师商议后,去参加面试,认定了我的第一份工作。

当时也有人提醒我,说模型是基础性的工作,要考虑一下发展前途。但从我的兴趣角度来看,就没有考虑太多其他的问题。

在交研所工作期间,有幸参加了2009年上海市第四次综合交通大调查,从调查数据采集、处理和校核、模型参数标定和校核、模型研发等方面得到了系统性的锻炼,也参与编写了《上海综合交通模型体系研究》一书。交研所的领导对模型工作有很大的支持,也给我对模型感兴趣的研究提供了很好的环境。

2013年初,我到市规划院工作,在局、院各级领导的支持和团队合作下,结合规划系统的交通模型应用需要,使用新的TransCAD软件平台重新构建了4500个交通小区的交通规划模型。模型在新一轮城市总体规划、轨道交通线网规划以及各类项目中得到了广泛应用,也获得了上海市城乡规划、工程咨询一等奖,以及华夏建设科技二等奖。

去年开始,为了满足总规(国土空间规划)后新的规划形势需要,又开始了新一轮交通规划模型建设,交通小区达到将近6000个。包含长三角示范区的大都市圈模型,跨行政区模型的建设,以及超大规模的计算量,都带来了很大的挑战。

从事交通模型相关的工作经验,至今已经超过15年。同行总是爱开玩笑说,我们这些人身上都是盖上了交通模型的图章。潜在的意思是工作太专业,视野还要进一步放开。

这些年来,我始终把模型是一项爱好和事业,虽然有时候辛苦,但是能够把工作当作一种乐趣,并不是所有人都有这样的机会。

在工作之外也要求自己每年发表一篇学术论文,至今仍在坚持,当然后面会越来越难写,因为写得不好就说不过去,只能不断地给自己加压。

赛文交通网:介绍刚开始工作后的一些感受

张天然:工作后,正好遇到上海市第四次综合交通大调查,我主要负责居民出行调查方案的制定、实施、数据处理等工作,当时自以为有很多学术上的先进想法,想在工作中体现,但实际工作中不能冒进的使用前沿性的内容,需要保证原有指标的统一性、可比性和延续性,很多理论上的概念技巧和实际操作也有很大差别。

2009年,随交通模型访问团到美国进行交通模型访问和培训,纽约大都会的焦国安先生对当地的交通模型非常熟悉,给我们做了很多介绍,波士顿、费城、洛杉矶、旧金山等美国主要城市也都去进行了调研。

主要有三方面体会:

第一,美国很多城市正在开发活动模型,但也没有证据表明活动模型一定比四阶段模型好,只是说四阶段模型有各种问题;第二,美国的物流货运调查比国内好很多,我们也决定回上海后开展相关工作,但以车辆模型为主;第三,学习了美国仿真模型的优点,比如轨道交通的接驳模型等等。

美国之所以可以把模型做得很精细,和城市发展的基本定型也有关系,而我们国内城市的变化很快,方案也会变得很快,各自模型应用的时代不一样。

总体来说,在美国的培训和考察让我们意识到国情不同,模型的发展轨迹和应用情况也不同,对模型的发展有了基本的认识和判断,并开始考虑基础数据的条件不同,模型如何做,如何更好的利用美国的先进经验考虑自身模型的发展等问题。

赛文交通网:如何看待国内交通专业软件的开发情况?

张天然:2008年,基于博士论文的工作基础,我和同济大学杨超教授一起申请了国家863项目-综合交通规划软件,想做一套国产交通规划软件出来。

期间我也用C语言研发了先进的基于起点的用户均衡分配算法,文章在TRB上发表,项目最后顺利结题。

我做完这套软件后,感触很多。

做好一个交通软件,不仅仅是几个模型算法的问题,更多是基于GIS的软件系统问题,需要一个强大的团队支撑。

基于我对自己工作的定位,认为不能只做基础性的开发、自己写底层算法自己用,因为我是一个模型应用者。

当然,这段经历对我也很有收获,不仅对模型的原理算法非常了解,也有能力进行二次开发,做一些组件可以为交通模型软件调用,长远来看很有利于职业发展。

交通规划软件在国内要生存发展下去是非常难的。原因主要有四点:一是因为市场小;二是因为投入大、商业化困难;三是随着技术发展软件需要有人长期更新和维护;四是知识产权的尊重有待提高。

国内也一直有专家学者在开发交通规划和仿真软件,比如东南大学王炜教授的软件研发团队,同济大学孙剑教授的交通仿真软件、广东的志芬软件致力于公路网分析,林勇教授和北京交研中心致力于动态分配等等。深圳交通中心、武汉院等也正在开发自己的一些模型平台。

网上还有些开源的算法(包括在美国的周学松教授,做好大量的研发工作),希望大家一起来研究,但想要商业化的运营开发一套交通规划软件,非常不容易。

关于中国软件市场的另外一个发展方向,将来可能通过云服务进行,但涉及到数据安全和共享的问题还需要解决;桌面版的软件开发,目前来看,科技巨头会考虑盈利模式的问题,国家层面会考虑持续性的问题,仍有很多不能忽略的难点存在。

赛文交通网:国内交通模型研讨有哪些关键的时间点和大事件?

张天然:2007年,上海交研所组织了交通模型研讨会,后续在住建部主管的城市交通刊物中系统的介绍了几个城市的模型发展情况,具有较大影响力。

2011年,在中国城市规划协会交通规划学术委员会的组织下,上海交研所承办了一次信息环境下的交通模型大型研讨会,我很有幸作为主要的组织者之一。

2015年,大数据开始在城乡规划领域应用非常火爆,重庆市交通规划研究院组织了一次模型研讨会。在此之前,在中国城市规划学会交通规划学术委员会下,还组建了模型信息学组,计划每两年开一次研讨会。

2017年,在乌鲁木齐召开了交通模型研讨会。

今年,初步商讨会议的地点在深圳。

每次交通模型研讨会的成功举办,离不开模型前辈们的大力支持和参与,他们是全永燊、杨东援、马林、陆锡明、陈必壮等等。

赛文交通网:如何看待交通模型未来的发展?

张天然:总体来说,交通模型是一个非常量化分析的工作,也是规划体系中相对成熟的一套体系,在城市规划里面,上没有系统性、固定的定量分析范式。

目前为止,交通规划领域至少是有这么一套完整的体系,而且也得到了国内外的广泛认可。

从发展方向上看,交通模型将来可能会把新的大数据和AI技术加以利用,使得模型的结构不断完善。

关于交通模型和大数据的相互关系,我已经发表文章表达了自己的观点,这里也不展开说了。我也相信,我们能够做的越来越好。

当然,这也就既需要领导的重视,也需要模型师的坚持。

交通模型在未来还有很大的发展前景,特别是在信息化技术推进下,也会带来模型理论体系和技术框架的革新。

最后,我想对同行说:

只要一个人坚持做一件事情,最后总是能够做出一些成绩。

作者简介:张天然,博士,正高级工程师,现任上海市城市规划设计研究院交通分院副院长,综合交通首席规划师,主要研究方向为综合交通规划和交通模型,交通地理信息系统和大数据等。兼任中国城市规划学会交通规划学术委员会委员、上海市交通委员会科学技术委员会委员等。2009年和2013年分别赴美国参加交通模型和交通规划培训,作为主要负责人和参与人承担了国家级和省部级科研项目6项,获得20多个奖项成果,2018年入选上海市青年拔尖人才,2019年获得第四届中国城市规划青年科技奖。

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