王炜 现代交通技术协同创新中心主任，东南大学土建交通学部主任、首席教授

　　1.城市交通体系的发展与交通数字化技术的进展（过去）
　　1.1.城市交通系统与数字化仿真分析技术
　　城市发展的整个过程中始终有交通数字化的影子，在不同的发展阶段交通数字化的重点与表现形式不同。城市交通系统核心是交通需求和交通供给能力，大部分交通系统供需不平衡，通常会需要采取相应的交通措施干预以达到暂时性的供需平衡。在不同的阶段措施不一样的，比如加大交通设施建设力度提高交通能力；本世纪初我们开始通过现代化交通管理来均衡交通供需平衡；小汽车进入家庭后，提倡公交优先发展战略来优化交通结构。近几年交通强国发展战略强调通过交通体系一体化发展来实现供需平衡。无论是什么阶段，数字化始终不仅是支撑供需平衡的基础技术，还是支撑交通供需平衡终端演化的分析手段。
　　从方案设计、方案评估、方案优化、方案实施，每个阶段都要交通数字化来支撑，交通数字化仿真技术为不同阶段的交通发展提供了全方位的决策支持。我们国家的现代化建设用40多年时间走过了别的国家100多年的历程，其发展速度之快、难度之大世界上找不到第二个。

　　1.2.城市交通系统不同发展阶段的数字化仿真技术
　　整个发展过程分为四阶段，从改革开放初期的网络化建设，到本世纪初期的精细化管理、再到近十多年来的机动化转型、以及近几年的智能化服务。数字化技术贯穿不同的发展阶段、只是在不同时期的重点表现形式不同，例如网络化建设，主要是做交通网络优化的定量化仿真技术；精细化管理进行交通时空分布精细化仿真技术，机动化转型主要是解决公交优化的模型化仿真技术；智能化服务主要是综合交通体系的多网融合一体化仿真技术。

　　1.2.1.服务于交通设施建设的交通网络优化定量化仿真技术
　　（1）时代背景
　　上世纪80、90年代我国开始了大规模的城市道路、高速公路等交通基础设施建设，投入资金巨大，但当时我国缺乏交通建设优化的量化分析技术，交通建设方案靠“拍脑袋”制定，建设方案不合理，造成大量的建设资金没有有效利用。
　　（2）定量化仿真目的
　　一是优化交通设施空间布局、提高网络运输效率；二是优化建设项目资金利用、最大限度节省建设成本。
　　（3）技术瓶颈
　　· 交通需求分析与交通网络优化的定量化模型体系；
　　· 交通网络布局规划与建设过程优化的定量化分析方法；
　　· 布局规划方案、优化建设方案的定量化评价技术。
　　（4）成果应用
　　a)城市道路网络、公共交通网络的布局规划与建设优化技术
　　· 构建了本土化的交通仿真分析模型体系：网络拓扑结构、交通需求分析、流量时空分布、网络交通分配、运行质量评估、交通影响分析等城市交通系统供需平衡模型体系；
　　· 提出了定量化的交通建设优化技术体系：基于土地利用开发、居民出行模式、交通工具运用、网络运行效能相互作用机理的道路网络、公交网络的布局规划与建设优化技术体系；
　　· 开发了集成化的交通仿真系统软件：“交运之星 -TranStar”（城市交通版、公共交通版），这是交运之星的早期开创版，奠定了我国交通仿真软件自主开发的基础。
　　成果在南京、沈阳、郑州、苏州等60多个城市推广应用，获2003年度国家科技进步二等奖。
　　b)高速公路网络规划与建设管理关键技术
　　· 建立了高速公路网络规划技术体系：包括面向高速公路网规划与建设管理的区域交通需求预测、交通流量预测、路网交通质量评估等量化分析模型等
　　· 解决了路网规划与管理的通行能力分析技术难题：包括交叉口通行能力分析的车队分析模型与延误分析方法。
　　· 创建了公路网络规划、建设及管理一体化仿真平台：完成了顶层设计与功能模块，提高了公路网络建设与管理的科学化水平
　　· 开发了集成化的公路网规划仿真软件：交运之星 -TranStar（公路交通版），这是交运之星（综合交通版）的早期开创版。
　　该成果在山东、江苏、辽宁、海南以及沈阳、苏州、无锡等50多个省市域的高速公路网布局规划与建设工程中应用，获2002年度国家科技进步二等奖。
　　1.2.2.服务于交通运行管理的交通时空分布精细化仿真技术
　　（1）时代背景
　　· 本世纪初我国已建成了一定规模的交通网络等基础设施，但交通管理设施与管理技术都很落后，经验型的交通管理模式导致道路交通系统运转效率很低；
　　· 随着小汽车将大量进入家庭，城市交通问题已经从通行不畅发展到了严重拥堵，并正向着局部瘫痪演变；
　　· 600多个城市实施“全国城市道路交通管理畅通工程”。
　　（2）精细化仿真目的
　　· 提高我国城市交通运行管理的科学化水平
　　（3）技术瓶颈
　　· 未建立道路交通管理技术体系；
　　· 缺乏交通管理方案的模型表达、精细化分析与评估技术。
　　（4）成果应用
　　a)全国道路交通“畅通工程”——我国第一个多部联动的城市交通管理科技工程
　　· 全国城市交通“畅通工程”是公安部、建设部联合发起，经国务院批准，交通部、教育部共同参与实施的全国性城市交通科技工程，旨在提高我国城市交通规划、设计与管理科学化水平；
　　· “畅通工程”于2000年初启动，全国600多个城市参加，实施了十五年，对我国的道路交通管理产生了巨大影响；
　　· 东南大学王炜担任首届全国专家组组长，负责城市交通规划与管理技术在“畅通工程”实施城市的技术培训与应用推广，参与制定了全国城市交通“畅通工程”的实施方案，提出了实施工作重点任务。
　　b)城市道路交通运行管理技术体系与模型化仿真技术
　　· 建立了以交通需求管理、交通系统管理、交通安全管理为基本内涵的道路交通运行管理方法体系；
　　· 创建了包括城市交通管理规划技术、道路交通特征分析技术、时空资源利用优化技术以及交通流建模技术在内的完整的交通运行管理模型化仿真技术体系；
　　· 开发了服务于道路交通运行管理的城市交通信息平台数据管理技术，并在“十运会”得到了成功应用；
　　· 开发了道路交通运行管理数字化仿真分析软件：“交运之星-TranStar”（交通管理版）；
　　成果在“全国城市交通管理畅通工程”的600多个实施城市推广，获2007年度国家科技进步二等奖。
　　1.2.3.服务于交通结构优化的公交效能提升模型化仿真技术
　　（1）时代背景
　　· 进入新世纪以来，快速城镇化使居民出行距离不断增大，小汽车大量进入家庭，城市交通系统供需失衡，道路交通拥堵严重；
　　· 国家提出了“公共交通优先”交通发展政策与“国家公交都市建设计划”，通过提升公交出行比例，来减轻道路交通压力，缓解道路交通拥堵；
　　· 但我国城市公交品质不高！公交系统缺乏吸引力：大城市公交出行比例平均不到15%（国家目标是50%）。
　　（2）技术瓶颈
　　· 城市多模式公共交通网络的协同设计技术；
　　· 面向城市多模式公交的信号协调控制技术；
　　· 城市多模式公共交通系统的智能决策技术。
　　（3）成果应用
　　a)地面公交高效能组织与控制关键技术

　　· 提升公交网络运输能力
　　实现了公交网络协同优化技术的突破：高效能地面公交网络组织与信息保障技术；公交效率优先的路网协同式网络优化技术。
　　· 提升公交线路运行速度
　　实现了公交干线绿波通行控制技术突破：公交线路－停靠站－路口协同控制技术；高密度路网公交优先型交通信号控制技术；公交优先道行人过街信号灯绿波控制技术。
　　·提升公交站点换乘效率
　　实现了公交站点零距离换乘技术的突破：公交站点“零距离、零时耗”换乘设计技术。
　　该成果在常州、泸州等30多个城市应用，获2012年度国家科技进步二等奖。
　　b)公交主干线绿波快速通行技术

　　通过路口时空资源优化利用及交通信号协同控制、公交车辆速度诱导，实现公交车辆绿波通行，并且，社会车辆不受影响。
　　1.2.4.服务于综合交通体系的跨部门一体化融合仿真技术
　　（1）成果应用：城市多模式公交网络协同
　　城市多模式公交系统包括地铁、轻轨、有轨电车、BRT、快速公交、常规公交、定制公交等。项目突破城市管理体制机制瓶颈，构建了城市多模式公交系统跨部门协作的信息共享平台，实现了跨部门【建设部门、交通部门、交管部门】、跨行业的多模式公交系统协同运行与服务，形成了五个方面的关键技术：
　　· 城市多模式公交的出行需求识别技术
　　· 城市多模式公交网络的协同设计
　　· 城市多模式公交干线绿波控制技术
　　· 城市多模式公交系统协同与智能调度
　　· 城市多模式客运出行服务技术（MaaS）
　　该成果在南京、重庆等30多个城市应用，获2018年度国家科技进步二等奖。

　　2.综合交通体系高质量发展对数字化技术的新要求（现在）
　　2.1.我国的综合交通现状与国家发展战略
　　中国已经成为名副其实的“交通大国”,高速公路通车里程突破16万公里，位居世界第一；高速铁路通车里程达4万公里，位居世界第一；城市轨道交通营运总里程7千公里，位居世界第一；千米级大型桥梁数量，位居世界第一；全球十大集装箱港口中国占七，位居世界第一。但这些世界第一的交通设施并没有产生世界一流的交通效果。比如说运输效率、运输成本、环境污染、交通韧性、服务质量都算不上。造成这个状况的原因，一个是交通运输结构不合理，另一个是城市道路交通拥堵严重。交通需求大的道路运输和公路运输运输效率比较低，服务质量不够好，相对铁路、公路、水陆没有发挥出来优势，整个运输结构没有办法做到优势互补，这个问题很严重。
　　2.2.综合交通体系高质量发展的技术瓶颈与对策
　　为了解决这个问题明确综合交通体系发展新模式，就是要完善最优化布局、推动一体化融合、实现高质量发展。要实现高质量发展必须推动一体化融合，实现公路、铁路等优势互补。推动一体化融合的前提是完善最优化布局，实现交通网络的互联互通。对交通数字化提出了更高的要求，即跨部门、跨行业、跨区域一体化仿真。有很多瓶颈需要靠交通数字化突破的，我们要做的事情就是改变以往单方式的建设向多模式融合发展。
　　2.2.1.条块分割的基础设施，难以形成综合交通网络的最优化布局

　　瓶颈：各运输方式网络独立成网，单方式局部优化，无法实现综合交通网络的整体优化，交通方式之间的连通性交通枢纽缺乏，难以组织客货运输的多式联运、联程出行。
　　对策：重建综合交通系统交通网络优化技术体系,从单一的同质交通网向多网、异质的交通网转换。综合交通枢纽是核心，城市多模式交通系统是基础。三位一体，即枢纽集群、枢纽城市、枢纽港站。到现在为止中国交通枢纽如何规划、如何设计现在还是0，大量的交通数字化的问题需要解决。
　　2.2.2.各自为政的体制机制，无法推动综合交通系统的一体化融合
　　瓶颈：各自为政的体制机制，无法推动综合交通系统的一体化融合，很难实现跨运输方式、跨行业部门的融合，并且机制、体制我们很难在短时间解决，但可以通过交通数字化来弥补机制体制上的不足。
　　对策：积极构建一个共享的综合交通运输系统数字化虚拟仿真决策平台，用统一的网络、数据、模型、软件来实现各个方面的一体化融合，特别是跨运输方式的融合，铁路、公路、水陆、航空、城市交通，“其他运输方式+道路网”的全方式门到门运输模式等；跨行政区划融合，全国性、大区域、大湾区、城市群、城市圈等；跨行业部门融合，国土规划、交通建设、交通管理、公共交通、交通政策等；跨发展阶段融合，设计阶段、招标阶段、施工阶段、运维阶段等。交通运输方式加上道路网络能够形成整体的协同，交通数字化也可以弥补体制机制不足。
　　2.2.3.传统思维的技术体系，严重制约综合交通体系的高质量发展
　　瓶颈：传统思维技术体系严重制约综合交通体系的高质量发展。建设前的决策分析技术、建设中的工程建造技术、建成后的运维管理技术，我们已经世界领先。但交通设施建成以后运用维护技术体系跟不上现代化、自动化的要求，我们国家决策分析技术、运维管理技术远远落后于工程建造技术，交通运输效率很低，系统功能比较差，主要表现在系统韧性、服务质量、安全保护。我们硬件做的非常好，软件方面跟不上，造成设施没有发挥应该有的作用。为什么会有这个局面？一是我们以前对软科学不重视，前面的决策到后面的管理不重视，现在应该重视起来，二是技术发展水平所限。我们以前没有互联网、大数据、人工智能作支撑。
　　对策：借助新一轮技术革命支撑，打造TIM（Transportation Information Modeling）技术体系支撑交通强国战略，提升综合交通体系的决策分析技术与运维管理技术。
　　2.3.综合交通信息模型体系TIM的技术框架
　　现实综合交通系统，跨部门跨行业协作很难，想要实现交通强国，必须要建一个TIM支撑前期交通支持和后期的运维。搭建虚拟交通共享平台，依托平台数据库、模型库、软件库、预案库，进行综合分析，方案评估优化，再与各部门协调，实现跨部门、跨行业、跨阶段协同的交通仿真分析。交通要高质量发展必须要建TIM体系，解决后期运维的核心是跨部门、跨行业、跨发展阶段的数字化的分析技术。

　　3.综合交通信息模型体系TIM与城市虚拟交通系统（将来）

　　城市交通数字化不仅仅是城市交通大数据，城市虚拟交通系统基础是数据库，交通分析模型是核心，提升交通大脑思维能力的关键，软件是工作的扎实平台，所有都要同步进行。

　　首先是基础数据库，交通大数据标准化、快速获取融合技术。交通本身就是数据，静态的、动态的、实时的，但数据来源很复杂，在虚拟交通系统中必须解决三大问题：一个是静态网络数据库、动态数据库、流量数据库的问题。首先虚拟交通数据分类要标准，其次要构建多网合一的交通网络拓扑结构模型。
　　其次交通分析模型是“城市交通大脑”的灵魂，交通优化思维能力的源泉，立足我国城市交通系统构成要素的基本特征，揭示新型城镇化背景下的城市交通系统供需平衡机理，重构基于大数据的新一代城市交通模型体系，为应用大数据技术实现城市综合交通系统的精明交通规划、精致交通设计、精细交通组织和精准交通管控提供科学的理论基础，实现规划、城建、交通、交管、发改委等跨部门协同的交通要素相互作用关系模型。
　　三是平台软件库，城市综合交通系统的主体往往是由几百万人、上百万车在超级大型交通网络上的出行行为组成的复杂系统，对交通系统的仿真测试必须依托于大型平台软件，我国必须要有完全自主的城市交通分析大型平台软件。这方面我们已经做了一些工作，结合不同服务领域，分别开发了城市虚拟交通系统及仿真平台（TranStar城市交通版）、TranStar军事交通版，综合虚拟交通系统及仿真平台（TranStar综合交通版）。
　　最后是备选预案库。交通仿真平台、大数据平台面向规划、机制、管理很多部门，他们的工作都在平台上仿真，但他们可能不是交通专业人员，我们必须要把平台的使用做的像手机拍照一样便捷。开发面向业务策略的“一键式”流程设计：针对某项具体业务策略，基于人机对话方案设计，自动进行基础数据库建立、交通分析模块搭配、交通运行分析、方案效应评估、图形分析、分析报告生成等一体化流程，使非专业人员能顺利完成某一项具体业务方案的仿真评估。

　　4.总结
　　城市交通数字化技术是城市交通系统规划、建设、运维、管理的重要支撑技术，在城市交通的不同发展阶段都起到了重要作用。
　　综合交通体系高质量发展需要功能更加全面的综合交通模型体系TIM的支撑。
　　城市虚拟交通系统是综合交通模型体系TIM的核心，能赋予城市交通大脑交通优化的思维能力。