文/孫亮、劉鵬、詹靜

1 前言

智慧交通是城市智慧大腦的重要支撐力量，充分體現(xiàn)了眾多科學(xué)技術(shù)在綜合交通運(yùn)輸領(lǐng)域的深度應(yīng)用，是未來(lái)交通系統(tǒng)的發(fā)展方向，是交通運(yùn)輸現(xiàn)代化的重要標(biāo)志，也是推進(jìn)我國(guó)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)的重要組成部分[1]。國(guó)外智能交通起步較早，交通信息化系統(tǒng)建設(shè)已經(jīng)比較完善，國(guó)內(nèi)城市北京、上海、深圳、鄭州、西安、株洲、佛山等城市也初步建成基于本地交通特征的交通信息化應(yīng)用平臺(tái)[2]。上海市交通信息化數(shù)據(jù)采集工作起步較早，在豐富數(shù)據(jù)源的基礎(chǔ)上，上海市搭建了交通規(guī)劃與決策分析系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)狀交通運(yùn)行評(píng)價(jià)、仿真模擬、交通需求預(yù)測(cè)、方案評(píng)價(jià)和環(huán)境能耗評(píng)估等功能，為交通研究機(jī)構(gòu)和交通行業(yè)相關(guān)部門(mén)提供了決策支持，已廣泛應(yīng)用于規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、管理、政策等上千個(gè)項(xiàng)目中。在20 世紀(jì)90年代，深圳市就開(kāi)始探索智慧交通的應(yīng)用，經(jīng)過(guò)20 多年智慧交通發(fā)展建設(shè)，深圳市建成城市級(jí)綜合決策平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)空間規(guī)劃精準(zhǔn)化、政策調(diào)控精確化、運(yùn)營(yíng)服務(wù)精細(xì)化[3]。

隨著烏魯木齊市社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，各交通規(guī)劃、研究和管理部門(mén)已經(jīng)分別建立了多個(gè)交通智能化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，在城市交通管理和運(yùn)輸方面發(fā)揮著重要作用。同時(shí)，烏魯木齊市正處于交通信息化快速發(fā)展階段，科學(xué)化與精細(xì)化成為城市交通規(guī)劃與交通決策的發(fā)展方向，這對(duì)支撐規(guī)劃與決策的技術(shù)體系和技術(shù)方法提出了更高的要求，亟須現(xiàn)代信息化技術(shù)提升規(guī)劃和管理的精準(zhǔn)性與效率[4]。

作為智能交通系統(tǒng)的啟動(dòng)工程和重要組成部分，烏魯木齊市交通仿真與評(píng)價(jià)系統(tǒng)以先進(jìn)的多源數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)，以交通仿真技術(shù)與模型為核心，以支持交通管理、決策分析與交通信息服務(wù)為導(dǎo)向，圍繞著交通設(shè)施設(shè)計(jì)、交通綜合整治、決策支持的核心目標(biāo)以及適應(yīng)智能交通系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展要求，以標(biāo)準(zhǔn)化、成熟可靠技術(shù)搭建系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)兼容性、通用性和可擴(kuò)展性要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

交通仿真與評(píng)價(jià)系統(tǒng)采用市場(chǎng)成熟仿真評(píng)價(jià)軟件，在現(xiàn)狀可獲取數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)基本仿真功能，通過(guò)交通模型與系統(tǒng)交互模式，提供方案條件和模型參數(shù)設(shè)置功能，自動(dòng)化調(diào)用后臺(tái)交通模型，實(shí)現(xiàn)模型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換自動(dòng)化、模型運(yùn)算過(guò)程自動(dòng)化、評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算自動(dòng)化，提供給相關(guān)部門(mén)調(diào)用交通相關(guān)數(shù)據(jù)與評(píng)估結(jié)果的界面和工具，是服務(wù)于城市交通系統(tǒng)各部門(mén)業(yè)務(wù)工作的決策支持系統(tǒng)。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)的需求，立足于各職能部門(mén)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、信息查詢(xún)、數(shù)據(jù)分析、輔助決策等功能。為了充分利用C/S 模式處理能力強(qiáng)和B/S模式擴(kuò)展性和分布式的特點(diǎn)，本系統(tǒng)采用B/S 和C/S混合結(jié)構(gòu)[5]。這種結(jié)構(gòu)可以將各種信息資源存儲(chǔ)于服務(wù)器中，為每個(gè)客戶(hù)端提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)，便于對(duì)信息資源的調(diào)用。同時(shí)，利用客戶(hù)端程序存儲(chǔ)服務(wù)器內(nèi)的數(shù)據(jù)，集中在服務(wù)器上進(jìn)行運(yùn)算，減少數(shù)據(jù)傳輸量的瓶頸約束，提高了數(shù)據(jù)的處理與傳輸效率，可以同時(shí)滿(mǎn)足模型算法計(jì)算及平臺(tái)內(nèi)嵌的需求，將系統(tǒng)建成資源共享又可靈活延展的實(shí)用型平臺(tái)。

2.2 系統(tǒng)總體框架

總體架構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、中間件層、應(yīng)用層等三層，如下圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

數(shù)據(jù)層：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理，為中間件層和應(yīng)用層提供包括土地利用、道路網(wǎng)絡(luò)、規(guī)劃范圍等數(shù)據(jù)。

中間件層：包括第三方組件和自定義組件。第三方組件主要有地圖渲染引擎、數(shù)據(jù)分析引擎、統(tǒng)計(jì)引擎、UI 引擎等；自定義組件主要根據(jù)交通規(guī)劃和模型計(jì)算業(yè)務(wù)自定義相應(yīng)的中間件，包括GIS 地圖操作、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、接入模型數(shù)據(jù)等。

應(yīng)用層：考慮到最終系統(tǒng)的穩(wěn)定性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)將采用B/S 和C/S 混合結(jié)構(gòu)，以B/S 為主，輔之以C/S 的模式結(jié)構(gòu)，可以很好地滿(mǎn)足模型算法計(jì)算及系統(tǒng)內(nèi)嵌的需求。

2.3 系統(tǒng)評(píng)價(jià)流程

圖2 交通仿真與評(píng)價(jià)系統(tǒng)流程圖

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

城市交通仿真與評(píng)價(jià)系統(tǒng)主要用于通過(guò)模擬交通運(yùn)行環(huán)境，輸出具體交通參數(shù)，據(jù)此輔助交通管理決策或評(píng)價(jià)交通管理措施影響。

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)接入與管理

實(shí)現(xiàn)現(xiàn)狀年和規(guī)劃年模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)接入，包括基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、人口崗位數(shù)據(jù)、交通設(shè)施數(shù)據(jù)、交通信號(hào)數(shù)據(jù)和公交系統(tǒng)數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)采集和整理，獲得交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)加工，得到路網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖及其他相關(guān)數(shù)據(jù)，為方案評(píng)估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 仿真模型建模與標(biāo)定

交通模型是交通仿真與評(píng)價(jià)系統(tǒng)的核心算法。結(jié)合烏魯木齊市實(shí)際發(fā)展階段、數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及模型應(yīng)用需求，立足烏魯木齊市既有交通規(guī)劃模型基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)適合烏魯木齊市交通現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的綜合交通模型體系框架結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)交通調(diào)查、交通運(yùn)行數(shù)據(jù)和交通運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)等多元數(shù)據(jù)融合分析，提煉城市交通出行需求特征規(guī)律，按照交通出行理論和“四步驟”技術(shù)框架，構(gòu)建綜合交通規(guī)劃模型及模型運(yùn)算系統(tǒng)，支持應(yīng)用系統(tǒng)各類(lèi)功能實(shí)現(xiàn)。

實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)模型構(gòu)建（宏觀仿真模型和中觀仿真模型）、各類(lèi)型參數(shù)標(biāo)定、模型維護(hù)等內(nèi)容。依據(jù)具體的路網(wǎng)數(shù)據(jù)和各類(lèi)型出行特征數(shù)據(jù)構(gòu)建基礎(chǔ)模型，并結(jié)合烏魯木齊市交通具體運(yùn)行狀況對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行標(biāo)定，同時(shí)考慮后期模型維護(hù)、數(shù)據(jù)更新和模型校核的需要，系統(tǒng)提供模型數(shù)據(jù)更新接口模塊，支持交通各個(gè)時(shí)期的模型系統(tǒng)工作。

圖3 仿真模型建模與標(biāo)定流程圖

3.3 仿真運(yùn)行與輸出

仿真模型運(yùn)行及輸出包括：宏觀仿真模型運(yùn)行及輸出與中觀仿真模型運(yùn)行及輸出。

3.3.1 宏觀仿真模型運(yùn)行及輸出

對(duì)整體車(chē)流進(jìn)行模擬，通過(guò)延誤函數(shù)模擬道路行程時(shí)間來(lái)分配道路車(chē)流量，適用于現(xiàn)狀宏觀層面道路交通運(yùn)行狀況分析及中長(zhǎng)期道路交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃研究。

3.3.2 中觀仿真模型運(yùn)行及輸出

通過(guò)交通流分配技術(shù)，將時(shí)變交通需求動(dòng)態(tài)分配到高精度路網(wǎng)上，并輸出評(píng)估指標(biāo)，用來(lái)模擬、評(píng)價(jià)較大范圍內(nèi)進(jìn)行交通控制和干預(yù)的措施和方法，從而對(duì)交通流進(jìn)行最優(yōu)控制。

3.4 仿真業(yè)務(wù)應(yīng)用

實(shí)現(xiàn)仿真應(yīng)用項(xiàng)目管理、仿真方案管理、仿真場(chǎng)景自動(dòng)建模、仿真運(yùn)行控制、仿真結(jié)果輸出、權(quán)限管理。采用模型與系統(tǒng)交互模式，提供方案條件和模型參數(shù)設(shè)置功能，自動(dòng)化調(diào)用后臺(tái)交通模型，實(shí)現(xiàn)模型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換自動(dòng)化、模型運(yùn)算過(guò)程自動(dòng)化、評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算自動(dòng)化，提供給相關(guān)部門(mén)調(diào)用交通相關(guān)數(shù)據(jù)與評(píng)估結(jié)果的界面和工具。

3.4.1 仿真應(yīng)用項(xiàng)目管理

查看和管理所有的項(xiàng)目指標(biāo)，包括創(chuàng)建仿真項(xiàng)目、刪除仿真項(xiàng)目、修改仿真項(xiàng)目、打開(kāi)查看仿真項(xiàng)目、幫助。

3.4.2 仿真方案管理

查看和管理所有的方案指標(biāo)，包括新增仿真方案、刪除仿真方案、修改仿真方案、查看仿真運(yùn)行信息、確定最優(yōu)方案、幫助。

3.4.3 仿真場(chǎng)景自動(dòng)化建模

對(duì)仿真方案進(jìn)行屬性編輯，實(shí)現(xiàn)人口調(diào)整、路網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整及屬性編輯，用地塊拆分合并邊界調(diào)整、用地性質(zhì)改變、容積率調(diào)整，出行分布、到達(dá)分布、出行方式構(gòu)成和交通分配參數(shù)修改，紅燈等待時(shí)長(zhǎng)修改，對(duì)公交發(fā)車(chē)間隔、費(fèi)用成本的調(diào)整[6]。

圖4 仿真場(chǎng)景建模流程圖

3.4.4 仿真運(yùn)行控制

分為自動(dòng)仿真運(yùn)行和手動(dòng)仿真運(yùn)行。自動(dòng)仿真是在后臺(tái)運(yùn)行仿真軟件，在前端界面點(diǎn)擊仿真后，后臺(tái)程序會(huì)根據(jù)設(shè)定的一系列參數(shù)進(jìn)行仿真運(yùn)算，運(yùn)算完成后把運(yùn)算結(jié)果還回給前端來(lái)查看結(jié)果展示；手動(dòng)仿真需要手動(dòng)啟動(dòng)仿真軟件，輸出仿真參數(shù)據(jù)，在仿真軟件中編輯數(shù)據(jù)，通過(guò)一系列仿真計(jì)算后，返回仿真結(jié)果。

3.4.5 仿真結(jié)果輸出

可以進(jìn)行仿真結(jié)果查看和對(duì)比分析。仿真結(jié)果查看主要包括基礎(chǔ)模型網(wǎng)絡(luò)的可視化、人口崗位分布輸出、出行量分布輸出、出行空間分布輸出、交通運(yùn)行特征輸出。仿真結(jié)果對(duì)比分析實(shí)現(xiàn)不同方案同一指標(biāo)雙屏對(duì)比顯示，在基礎(chǔ)方案的基礎(chǔ)上，用戶(hù)對(duì)部分參數(shù)進(jìn)行修改和調(diào)整后形成比選方案，在選定比選方案后，運(yùn)行方案評(píng)價(jià)過(guò)程，根據(jù)運(yùn)算結(jié)果計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)比選方案評(píng)價(jià)，確定最優(yōu)方案，為方案定量化的評(píng)估和優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。

圖5 方案雙屏對(duì)比

3.4.6 權(quán)限管理

可實(shí)現(xiàn)用戶(hù)分配角色及訪問(wèn)控制、權(quán)責(zé)分明，保證系統(tǒng)及數(shù)據(jù)資源的安全可靠。其中，管理人員主要對(duì)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)閱，而研究人員則涉及所有功能分類(lèi)。

4 系統(tǒng)創(chuàng)新點(diǎn)

基于宏-中-微觀模型數(shù)據(jù)一體化技術(shù)的仿真數(shù)據(jù)底圖（交通小區(qū)、道路網(wǎng)），融合傳統(tǒng)交通調(diào)查與交通運(yùn)行數(shù)據(jù)的機(jī)動(dòng)車(chē)OD 分析引擎（交通調(diào)查、卡口數(shù)據(jù)）構(gòu)建烏魯木齊市智慧交通數(shù)字底座。

4.1 車(chē)道級(jí)基礎(chǔ)設(shè)施建模

實(shí)現(xiàn)快速路車(chē)道級(jí)別的道路基礎(chǔ)設(shè)施建模、車(chē)道級(jí)細(xì)分，包含車(chē)道標(biāo)線(xiàn)、中心線(xiàn)、箭頭、人行橫道、路緣石、隔離帶、紅線(xiàn)等道路相關(guān)圖層，支撐機(jī)非混行車(chē)道、專(zhuān)用車(chē)道、收費(fèi)車(chē)道、公交專(zhuān)用道、匝道等不同類(lèi)型的車(chē)道模擬以及各種不同交通控制形式的交叉口模擬。

4.2 大數(shù)據(jù)自動(dòng)化處理技術(shù)

對(duì)出租車(chē)GPS 和公交GPS、IC 卡、卡口、軌交閘機(jī)、網(wǎng)約車(chē)等各類(lèi)大數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化處理分析，標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化各類(lèi)大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)庫(kù)表名和表結(jié)構(gòu)、處理方法等，大幅提高數(shù)據(jù)處理效率。

4.3 交通模型軟件接口技術(shù)

基于滿(mǎn)足建模需要的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理分析，采用分類(lèi)、統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)、轉(zhuǎn)化等方法，將從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)中提取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和標(biāo)準(zhǔn)化，生成滿(mǎn)足建模需要的特定格式的數(shù)據(jù)。按照模塊化的方式，對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化工具進(jìn)行管理，并提供模塊定制開(kāi)發(fā)的環(huán)境支持。

利用定制化接口轉(zhuǎn)換工具抽取、處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成模型所需的數(shù)據(jù)，并輸入模型進(jìn)行分析?？商峁┛臻g數(shù)據(jù)（圖層數(shù)據(jù)），如：用地?cái)?shù)據(jù)、基礎(chǔ)路網(wǎng)等轉(zhuǎn)換接口，轉(zhuǎn)換成模型所需的輸入數(shù)據(jù)；可提供統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如：OD 數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)處理轉(zhuǎn)換接口，轉(zhuǎn)換成模型所需的輸入數(shù)據(jù)。

利用模塊化進(jìn)行定制化開(kāi)發(fā)，打通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與模型軟件之間的數(shù)據(jù)障礙，提供標(biāo)準(zhǔn)接口工具，使得模型軟件可直接抽取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，避免了人工處理，大大提高效率。

4.4 工作協(xié)同技術(shù)

項(xiàng)目庫(kù)和方案庫(kù)協(xié)同管理，系統(tǒng)支持項(xiàng)目和方案的增刪改查，不同用戶(hù)可同時(shí)做不同的項(xiàng)目和不同方案。多用戶(hù)協(xié)同方案編輯，系統(tǒng)支持多用戶(hù)協(xié)同編輯同一項(xiàng)目同一方案，每個(gè)用戶(hù)單獨(dú)負(fù)責(zé)自己編輯的模塊，同一項(xiàng)目方案同時(shí)只支持一個(gè)用戶(hù)編輯。仿真結(jié)果多用戶(hù)查看，用戶(hù)可通過(guò)項(xiàng)目和方案查看分配結(jié)果。

5 結(jié)語(yǔ)

單純的大數(shù)據(jù)分析、人工智能技術(shù)不能解決城市交通問(wèn)題，大數(shù)據(jù)必須依靠交通模型技術(shù)，才能使數(shù)據(jù)保有生命力。只有新興技術(shù)與交通技術(shù)雙核驅(qū)動(dòng)，才能有效解決城市交通問(wèn)題。本系統(tǒng)通過(guò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)接入與管理將標(biāo)準(zhǔn)化入庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，再通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的挖掘分析和交通預(yù)測(cè)模型分析交通運(yùn)行的狀況，結(jié)合自動(dòng)化調(diào)用交通模型，提供方案編輯、評(píng)價(jià)和比選功能，支撐方案編制研究和城市交通智能化治理。未來(lái)隨著數(shù)據(jù)采集體系的完善，通過(guò)二次開(kāi)放進(jìn)一步豐富仿真和評(píng)價(jià)功能，可實(shí)現(xiàn)三維可視化評(píng)價(jià)和分析。