1、城市虚拟交通系统及其功能设计第十一届中国智能交通年会城市智能交通创新论坛2016年11月17日 重庆报告人：王炜教授东南大学土木建筑交通学部主任报告内容：一、城市交通拥堵的形成机理与缓解思路二、城市智能交通系统的技术瓶颈与突破口城市交通技术协同创新中心2/41二、城市智能交通系统的技术瓶颈与突破口三、城市虚拟交通测试平台框架及功能设计1.1 中国城市交通现状与交通拥堵成因 城际交通越来越快:进入新世纪以来中国交通的变化城市交通技术协同创新中心3/41 城市交通越来越堵:中小城市大城市特大城市交通需求如北京机动车保有量：2000年:130万辆进入新世纪以来，快速城镇化，使大城市居民平均出行距离从2、2km增长至6km，引发城市交通结构的转型，造成出行机动化。如：南京市151.1 中国城市交通现状与交通拥堵成因城市交通拥堵的成因：交通需求与交通供给之间的严重失衡城市交通技术协同创新中心4/41平稳发展期转型期平稳发展期发展阶段交通供给以非机动化为主以机动化为主供需失衡2015年:560万辆15年增长430万辆（80%为私家车）2000年如：南京市15年私家车增加了80倍（从不足2万到160万）交通结构转型期交通需求自行车主导的供需平衡新型城镇化：国家战略出行机动化：民生需求平稳度过转型期，交通结构转型一旦形成，很难逆转。1.1 中国城市交通现状与交通拥堵成因城市交通技术协同创新中心5/413、平稳发展期转型期平稳发展期发展阶段交通供给以非机动化为主以机动化为主供需失衡2000年交通结构转型期自行车主导的供需平衡低道路资源消耗机动车主导的供需平衡公交车主导：资源消耗中私家车主导：资源消耗高新型城镇化：国家战略出行机动化：民生需求私家车主导的供需平衡基础设施建设成本非常大将来的维护成本同样很大 过度的大型交通基础设施建设，把城市建成了钢筋混凝土森林，城市生态环境严重破坏。交通拥堵是阶段性的，大型交通基础设施的使1.1 中国城市交通现状与交通拥堵成因城市交通技术协同创新中心6/41自行车主导的供需平衡公交主导的供需平衡当前的建设成本较低将来的维护成本较低平稳发展期转型期平稳发展期发展阶段4、大型交通基础设施的使用寿命是几十年、上百年，而一个城市要发展上百年、数百年。交通结构转型供需矛盾新型城镇化：国家战略出行机动化：民生需求缓解交通拥堵基本策略：公交主导型城市交通系统供需平衡1.2 缓解城市交通拥堵的基本策略城镇化、机动化提高交通需求的合理性减少交通需求城市交通技术协同创新中心7/41城市土地开发/交通设施建设/城市交通机动化/现代交通管理发展阶段提高交通供给的有效性提升运输能力提高交通系统的可靠性保障通行效率城市土地轨道公交交通交通交通道路流量出行路径交通工具社会活动出行需求道路相关 城市交通系统网络交通流的产生过程：城市综合交通系统的供需平衡【交通引导城市】目标：既有城市：缓5、解交通拥堵新兴城市：避免陷入交通拥堵1.3 中国缓解城市交通拥堵三条技术主线城市交通技术协同创新中心8/41减少交通需求优化交通供给提高通行效率城市形态土地利用轨道网络公交网络交通管理交通控制交通诱导道路网络相关政策交 通 源交 通 网交 通 流城市综合交通体系的系统协同【交通提升城市】【交通适应城市】城市综合交通系统的效能提升远期、中期、近期三个阶段1.3 中国缓解城市交通拥堵三条技术主线 解决交通问题的发展战略重大转变：城市交通解决方案：城市智能交通技术（ITS）能力建设【道路交通设施建设】城市综合交通系统发展重点=+效能提升【高效组织与智能管控】+城市交通技术协同创新中心9/41 国家“6、互联网+交通”总体框架和实施方案出台国家总体框架明确近期将以三个系统（智能运输服务系统、智能运输管理系统、智能决策支持系统）、两个支撑（智能交通基础设施标准和技术）、一个环境（宽松有序发展环境）作为主要发展内容。互联网城市交通+智慧城市建设的核心之一报告内容：一、城市交通拥堵的形成机理与缓解思路二、城市智能交通系统的技术瓶颈与突破口城市交通技术协同创新中心10/41三、城市虚拟交通测试平台框架及功能设计城市交通系统的资源配置与规划设计城市道路交通系统的交通管理与控制城市公共交通系统城市交通解决方案城市公安交通管理控制中心信息采集城市交通大数据城市综合交通系统信息中心RFID电子信息缺乏科学手段7、严 重 脱 节2.1 城市智能交通系统实施的技术瓶颈ITS IT+TS城市交通技术协同创新中心11/41城市公共交通系统的运行组织与控制RFID电子信息移动通讯数据缺乏科学手段大数据解决了城市交通的监视问题（如交通监控中心），但还没有用大数据进行交通的科学规划、精准管控、优化诱导城市交通的解决方案仍然是基于传统的交通分析模型（条件假设、理论推导、实验验证、工程应用，如四阶段模型）。城市交通系统的资源配置与规划设计城市道路交通系统的交通管理与控制城市公共交通系统城市交通解决方案城市公安交通管理控制中心信息采集城市交通大数据城市综合交通系统信息中心RFID电子信息ITS IT+TS模型：软件：平台8、：基于大数据城市交通集成分析技术模型 软件 平台2.1 城市智能交通系统实施的技术瓶颈城市交通技术协同创新中心12/41城市公共交通系统的运行组织与控制RFID电子信息移动通讯数据模型：软件：平台：模型 软件 平台综合交通解决方案仍然是基于传统的交通模型【重构基于大数据的新一代综合交通系统理论体系已成为国际潮流】我国的交通工程建设量超过全世界50%，但服务于交通工程规划建设与管理的交通分析软件市场，被发达国家垄断交通系统的规划、建设与管控都是政府行为，需由政府领导最后做出决策，但我国还没有一个科学的决策支持平台城市公安交通管理控制中心信息采集城市交通大数据城市综合交通系统信息中心RFID电子信9、息城市交通系统的资源配置与规划设计城市道路交通系统的交通管理与控制城市公共交通系统城市交通解决方案基于大数据城市交通集成分析技术模型 软件 平台ITS IT+TS2.1 城市智能交通系统实施的技术瓶颈城市交通技术协同创新中心13/41RFID电子信息移动通讯数据城市公共交通系统的运行组织与控制信息获取标准规范大数据研判技术重构交通分析模型系统集成分析软件科学交通规划技术精准交通管控技术互联网交通+模型 软件 平台重构城市交通理论体系 开发城市交通系统软件 搭建城市交通虚拟平台重构城市交通理论体系 开发城市交通系统软件 搭建城市交通虚拟平台2.2 城市智能交通系统建设的总体框架城市智能交通系统建10、设的技术路线：互联网交通综合交通测试平台城市交通技术协同创新中心14/41城市智能交通系统的有机整体互联网大数据综合交通复杂问题解决方案理论体系重构系统软件开发虚拟平台建设测试平台立足我国城市综合交通系统构成要素的基本特征，建立基于多源数据的交通行为人因机理解析理论，重构移动互联环境下的交通流模型，揭示全样本条件下的城市综合交通系统供需平衡原理，形成基于大数据的新一代交通理论体系，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重构基于大数据的新一代城市交通分析理论体系2.2 城市智能交通系统建设的总体框架城市交通技术协同创新中心15/41系统的精明11、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。基于多源数据的交通行为人因机理解析移动互联环境下交通流理论重构全样本条件下的城市群综合交通系统供需平衡原理城市交通系统规划建设、管理控制与政策制定都是政府行为，政府主导、政府决策搭建城市虚拟交通系统决策支持平台2.2 城市智能交通系统建设的总体框架城市交通技术协同创新中心16/41现实交通系统虚拟交通系统平行交通系统必须开发具有自主知识产权的交通分析系统平台软件必须开发具有自主知识产权的交通分析系统平台软件城市综合交通系统的主体往往是复杂的超级大型网络，对交通系统的交通运行分析必须依托于大型平台软件。中国交通领域常用的交通分12、析大型平台软件：开发城市综合交通系统集成分析平台软件2.2 城市智能交通系统建设的总体框架城市交通技术协同创新中心17/41中国交通领域常用的交通分析大型平台软件：美国TransCAD、加拿大EMME/4、德国Vissim国外系统软件不能作为平台软件：不适合中国国情，水土不服不能按中国ITS建设的要求进行结构改造根据城市虚拟交通系统的建设要求重新开发平台软件根据城市虚拟交通系统的建设要求重新开发平台软件城市虚拟交通城市智能交通公众服务系统城市综合公共交通协同组织城市交通信号智能控制系统重大交通事件预警预报系统城市综合交通智能诱导系统城市居民出行智能诱导系统城市交通资源智能配置系统城市综合交通智13、能换乘系统互联网+交通2.3 城市智能交通系统总体框架理论体系、系统软件、城市虚拟交通系统测试平台缓解城市交通拥堵三条技术主线城市交通技术协同创新中心18/41交通系统测试平台理论体系、系统软件、城市虚拟交通系统测试平台IT企业非常感兴趣，发展很快。报告内容：一、城市交通拥堵的形成机理与缓解思路二、城市智能交通系统的技术瓶颈与突破口城市交通技术协同创新中心19/41三、城市虚拟交通测试平台框架及功能设计3.1 城市虚拟交通系统测试平台的框架结构互联网交通测试平台交通智能交通公众服务系统智能乘客换乘服务系统居民出行智能诱导系统城市智能交通系统建设的技术路线：城市交通技术协同创新中心20/41互联14、网大数据理论体系重构系统软件开发虚拟平台建设城市交通复杂问题解决方案交通数据深度开发测试功能系统实现居民出行智能诱导系统智能交通停车管理系统重大事件智能管理系统城市交通预警预报系统智能交通信号控制系统智能城市公共交通系统智能交通综合诱导系统城市虚拟交通系统测试平台覆盖内容3.1 城市虚拟交通系统测试平台的框架结构城市交通技术协同创新中心21/41城市形态土地开发可视量化测试平台城市交通设施建设可视量化测试平台城市交通管理控制可视量化测试平台城市交通政策制定可视量化测试平台规划局交通局交管局发改委统一的数据、统一的方法、统一的软件，共享的平台城市人口分布状况城市土地利用状况城市居民出行信息城市车15、辆出行信息现实城市交通系统虚拟城市交通系统城市人口分布数据库城市土地利用数据库城市居民出行数据库城市车辆出行数据库建立起各种交通现象之间的相互影响、相互作用关系人口分布土地利用居民出行交通模式居民出行车辆出行道路网络公交网络轨道网络3.1 城市虚拟交通系统测试平台的框架结构城市交通技术协同创新中心22/41城市车辆出行信息城市道路网络系统城市公交网络系统城市交通管理系统城市交通控制系统城市车辆出行数据库城市道路网络数据库城市公交网络数据库城市交通管理数据库城市交通控制数据库城市交通系统的改造方案【规划、建设与管理】评估实施道路网络公交网络轨道网络车辆总量道路网络道路流量交通政策交通需求交通负荷16、交通管理交通控制交通流量分析方法关系模型系统软件交通数据深度开发模型构建静态基础大数据：人口分布、土地开发信息等；城市综合交通网络布局等实时流量大数据：综合交通网络车流量、人流量信息，各交通枢纽的转换量信息动态出行大数据：电子车牌、交通刷卡信息，手机信令、社交媒体数据等基于大数据、服务于交通规划、建设与管理的交通分析模型3.1 城市虚拟交通系统测试平台的框架结构城市交通技术协同创新中心23/41模型构建软件开发测试功能系统实现基于大数据、服务于交通规划、建设与管理的交通分析模型基础算法与软件模块通用模型精细模型专用模型城市形态土地开发可视化测试功能城市交通设施建设可视化测试功能城市交通管理控制17、可视化测试功能城市交通政策制定可视化测试功能3.2 城市综合交通大数据的深度开发城市综合交通大数据存储与管理技术研究面向城市综合交通大数据的高效数据管理方法和分布式文件系统搭建技术。城市综合交通大数据信息提取技术研究多源异构城市群综合交通大数据结构化整理和信息融合技术。城市交通技术协同创新中心24/41城市综合交通大数据深度计算技术研究从高分对地遥感卫星、RFID、视频监控、社会网络、社交媒体以及移动终端等大数据中提取交通大数据的关键技术。城市综合交通系统多源大数据信息协同表示技术突破城市综合交通系统异构大数据信息的协同表示与可视化技术。城 市综 合交 通系 统静态基础大数据(交通生成)(交通18、生成)人口分布、就业岗位分布土地利用数据等；城市综合交通网络及综合交通枢纽布局从城市空间开发获得的信息规划设计动态出行大数据(O-D分布)(O-D分布)电子车牌数据社交手机信令数据媒体交通刷卡数据数据从各类移动终端获得的信息管理控制3.2 城市综合交通大数据的深度开发交通大数据共享平台城市交通技术协同创新中心25/41从交通系统内部获得的信息综合交通网络车流量信息综合交通网络人流量信息各交通枢纽的转换量信息实时流量大数据(交通评估)(交通评估)运营服务卫星影像大数据移动终端大数据没有一个行业部门或单位能同时具有三大类大数据需要建立跨部门的第三方共享平台3.3 基于大数据的新一代城市交通理论体系19、重构立足我国城市综合交通系统构成要素的基本特征，建立基于多源数据的交通行为人因机理解析理论，重构移动互联环境下的交通流模型，揭示全样本条件下的城市综合交通系统供需平衡原理，形成基于大数据的新一代交通理论体系，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城市交通技术协同创新中心26/41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。基于多源数据的交通行为人因机理解析 移动互联环境下交通流理论重构 全样本条件下的城市群综合交通系统供需平衡原理交通规划理论重构交通管控方法重构提取车辆O-D数据车辆出行分车型OD矩阵居民20、出行分方式OD矩阵提取车辆O-D数据基于交通发生与分布模型的居民出行推算居民出行历史数据分析与出行特征调查FRID数据采集点优化布局设计基于交通发生与分配模型的O-D分布修正电子车牌信息3.3 基于大数据的新一代城市交通理论体系重构城市交通技术协同创新中心27/41交通模型体系重构居民出行推算出行特征调查布局设计O-D分布修正提取车辆路径等信息社会经济信息交通管控信息交通需求预测、网络交通分配、交通影响分析、交通效能评估等模型的科学构建3.4 城市虚拟交通系统测试平台的构建城市交通技术协同创新中心28/41城市形态土地开发可视量化测试平台城市交通设施建设可视量化测试平台城市交通管理控制可视量化21、测试平台城市交通政策制定可视量化测试平台规划局交通局交管局发改委片区土地利用性质调整【江宁简版】3.4 城市虚拟交通系统测试平台的构建城市交通技术协同创新中心29/41城市形态土地开发可视量化测试平台城市交通设施建设可视量化测试平台城市交通管理控制可视量化测试平台城市交通政策制定可视量化测试平台版权所有：东南大学王炜教授创新团队【江宁简版】3.4 城市虚拟交通系统测试平台的构建城市交通技术协同创新中心30/41城市形态土地开发可视量化测试平台城市交通设施建设可视量化测试平台城市交通管理控制可视量化测试平台城市交通政策制定可视量化测试平台版权所有：东南大学王炜教授创新团队版权所有：东南大学王炜教22、授创新团队货车、摩托车禁行区【江宁简版】3.4 城市虚拟交通系统测试平台的构建城市交通技术协同创新中心31/41城市形态土地开发可视量化测试平台城市交通设施建设可视量化测试平台城市交通管理控制可视量化测试平台城市交通政策制定可视量化测试平台版权所有：东南大学王炜教授创新团队版权所有：东南大学王炜教授创新团队单双号限行区【江宁简版】3.4 城市虚拟交通系统测试平台的构建城市交通技术协同创新中心32/41城市形态土地开发可视量化测试平台城市交通设施建设可视量化测试平台城市交通管理控制可视量化测试平台城市交通政策制定可视量化测试平台版权所有：东南大学王炜教授创新团队版权所有：东南大学王炜教授创新团队23、公交比例提升、道路流量下降车辆限购与公交发展政策【江宁简版】3.4 城市虚拟交通系统测试平台的构建城市交通技术协同创新中心33/41城市形态土地开发可视量化测试平台城市交通设施建设可视量化测试平台城市交通管理控制可视量化测试平台城市交通政策制定可视量化测试平台版权所有：东南大学王炜教授创新团队版权所有：东南大学王炜教授创新团队3.5 城市综合交通系统集成分析平台软件的开发必须开发具有自主知识产权的交通分析系统平台软件必须开发具有自主知识产权的交通分析系统平台软件城市综合交通系统的主体往往是复杂的超级大型网络，对交通系统的交通运行分析必须依托于大型平台软件。中国交通领域常用的交通分析大型平台软件24、：美国TransCAD、加拿大EMME/4、德国Vissim城市交通技术协同创新中心34/41美国TransCAD、加拿大EMME/4、德国Vissim国外系统软件不能作为平台软件：不适合中国国情，水土不服不能按中国ITS建设的要求进行结构改造根据城市虚拟交通系统的建设要求重新开发平台软件根据城市虚拟交通系统的建设要求重新开发平台软件3.5 城市综合交通系统集成分析平台软件的开发交运之星 TranStar城市交通技术协同创新中心35/413.5 城市综合交通系统集成分析平台软件的开发城市交通技术协同创新中心36/41已能在PC机上进行1万个以上交通节点、4万个以上连接路段、10万个以上OD点对25、的超级网络交通分析。3.6 城市交通集成测试功能的人机对话与系统实现城市形态土地开发可视化测试功能：城市形态与交通骨架网络间的适应性测试：如单中心、多中心、带状、组团式等城市形态与交通骨架网络之间的相互适应性测试（适用于城市总体规划、战略规划阶段）城市用地格局与道路网络形态及结构间的耦合性测试 如环形放射型道路网、棋盘格状道路网等不同路网形态与城市用地格局的耦合性；城市路网级配、道路间距等结构性指标与城市用地格局的耦合性城市交通技术协同创新中心37/41耦合性；城市路网级配、道路间距等结构性指标与城市用地格局的耦合性（适用于城市总体规划、城市综合交通规划阶段）公交导向型城市土地开发模式测试：如26、大运量轨道交通、BRT快速公交等与土地开发模式之间的适应性测试（适用于城市总体规划、城市综合交通规划阶段）基于交通系统承载力的城市土地开发基础参数测试：如给定交通系统承载力约束条件下，对用地性质、容积率、人口密度、就业岗位数等土地开发参数的合理性测试（适用于城市总规、控规阶段）城市交通设施建设可视化测试功能：城市交通基础设施新建项目测试：实现对城市道路、桥隧等新建道路设施进行快捷添加的功能，并能够提供对新建交通设施后城市交通系统运行状态与运行质量的分析 城市交通基础设施改扩建项目测试：实现对交通基础设施改扩建工程的仿真功能，包括道路拓宽、道路升级、交叉口改扩建、桥改隧（隧改桥）等，并能够提供对27、交通设施改扩建后城市交通系统运3.6 城市交通集成测试功能的人机对话与系统实现城市交通技术协同创新中心38/41改扩建、桥改隧（隧改桥）等，并能够提供对交通设施改扩建后城市交通系统运行状态与运行质量的分析 城市公共交通基础设施建设项目测试：实现对新增地铁线路、BRT线路、有轨电车线路以及公共自行车系统进行快捷添加的功能，并能够提供对新建公共交通设施后城市公交系统运行状态与运行质量的分析 城市公共交通网络调整项目测试：实现对城市轨道线网、有轨电车线网、常规公交线网进行局部调整的功能，并能够提供对公交线网局部调整后城市公交系统运行状态与运行质量的分析城市交通管理控制可视化测试功能：常规交通管控方案28、测试：实现对道路单行线管理、交叉口禁止转向管理、交叉口渠化管理、路侧停车管理、信号灯设置、道路禁行、区域货车禁行等管控措施的虚拟仿真推演，测试交通管控方案的实施效果 智能化交通管控方案测试：实现对主次干路信号协调控制、区域信号协调控制、停车智能诱导与管理方案，3.6 城市交通集成测试功能的人机对话与系统实现城市交通技术协同创新中心39/41 实现对主次干路信号协调控制、区域信号协调控制、停车智能诱导与管理方案，城市快速路出入口匝道控制等智能管控方案的虚拟仿真推演，测试实施效果 特殊事件交通管控方案测试：实现对道路施工、大型文化体育活动交通组织与管控方案以及突发应急事件交通管控方案的虚拟仿真推演29、，测试实施效果 面向公交优先的管控方案测试：实现对公交专用道设置、公交优先信号控制、公交绿波控制、公交智能调度等方案的虚拟仿真推演，测试实施效果城市交通政策制定可视化测试功能：限制非集约化出行方式的政策：小汽车限购、单双号限行，禁摩等 鼓励集约化出行政策：合乘车出行、停车换乘、定制公交等 经济杠杆政策：拥挤收费、差异化停车收费、燃油税等建立交通政策对交通阻抗、交通需求的影响模型3.6 城市交通集成测试功能的人机对话与系统实现城市交通技术协同创新中心40/41 拥挤收费、差异化停车收费、燃油税等 公交优先保障政策：全时段公交专用道、公交系统换乘优惠、公交票价调整等 出租车市场多元化政策：滴滴快车30、Uber等新兴出租车类型准入市场后对大众出行方式的影响 发展绿色交通工具政策：取消或降低新能源汽车在购置、上牌、上路、停车、充电（气）等各项环节的费用，降低小排量汽车的各项税费等城市虚拟交通系统测试平台城市交通技术协同创新中心41/41城市形态土地开发可视量化测试平台城市交通设施建设可视量化测试平台城市交通管理控制可视量化测试平台城市交通政策制定可视量化测试平台规划局交通局交管局发改委谁建有城市虚拟交通系统测试平台，谁就有话语权简单总结：造成城市交通拥堵的根本原因是快速城镇化引发出行机动化造成的城市交通系统供需严重失衡。城市智能交通技术在缓解城市交通拥堵中的作用越来越重要，但当前的城市智能交通技术存在技术瓶颈：ITS=IT+TS，技术瓶颈的突破口是做好“互联网+交通”中的“+”。城市交通技术协同创新中心42/41 城市虚拟交通系统测试平台：数据深度开发：第三方交通大数据共享平台 理论软件平台：测试功能实现：面向交通问题解决方案的交通效果虚拟现实重构城市交通理论体系 开发城市交通系统软件 搭建城市交通虚拟平台重构城市交通理论体系 开发城市交通系统软件 搭建城市交通虚拟平台请各位专家、领导批评指正！王炜城市交通技术协同创新中心43/41王炜东南大学交通学院交通规划与管理重点实验室Email： Tel：188 0515 1959