如何更好地发展城市交通模型?

交通规划是城市规划(国土空间规划)体系中的特殊规划,交通规划模型的工作是相应的情景测试。在建模过程中,城市规划的空间结构、用地方案和交通基础设施方案稍有变化,模型需要修改输入条件,迅速反映这些变化对交通模型工作者是巨大的挑战。
-张天然。
最近,赛文交通网不断对我国交通模型的发展进行系列报道,逐步梳理出国内外交通模型的起源、关键节点、发展现状、问题等。
针对交通模型如何更好地发展,如何看待行业内的各种声音等问题,赛文交通网与上海市城市规划设计研究院交通分院副院长张自然进行了独家对话。
张天然多次被北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、武汉等主要城市聘请为交通模型审查专家,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,作为主要负责人和参加者承担国家级和省部级科研项目6项,是业界公认的交通模型和大数据领域的权威之一。
张天然和陈先龙、丘建栋、陈东光、朱海明在《用地图丈量交通世界,开篇讲往事》一文中被认为是国内优秀的青年交通模型专家。
过去的内容:《陈先龙:城市交通模型研究20年》《丘建栋:城市交通模型是否有必要?
下面是赛文交通网和张天然的对话记录:
如何更好地发展交通模型?
张自然:回答这个问题,要从人才培养的交通模型入手。
交通模型工作者需要丰富的知识结构体系。优秀的交通模型首先要了解城市和交通规划,融入规划,服务规划。
熟练掌握模型理论,需要有良好的数学、运筹、经济、行为等学科基础;GIS、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。
中微型模型,尤其是模拟模型,需要对信号灯控制、交通组织甚至交通工程设计有一定的了解,每个领域都需要付出巨大的努力。
伴随着我国交通模型的不断发展,传统的交通规模逐渐演变为服务于交通系统(现状运作及近期交通方案及政策实施评估)和规划系统(中长期预测分析)。
北京、上海、深圳、广州、杭州等地也有两种以上的模型。
不管是什么样的模型,基本原理都差不多,应用侧重点不同,但它们的共同特点是建设周期特别长,投入较大。
交通规划是城市规划(国土空间规划)体系的特殊规划,交通规划模型的工作是相应的情景测试。
在建模过程中,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化,模型需要修改输入条件,迅速反应这些变化对交通模型相关人员是巨大的挑战。
有时,规划者看不到模型所期望的结果,就会认为交通模型的工作做得不好。事实上,这里面既有见效快慢的问题,又有规划师与模型师的衔接。


运输模型在应用中也要发挥其价值,显示需要很长时间。
如何更好地发展和应用交通模型,我认为根本问题仍然需要法律法规的保护体系,就像20世纪60年代美国确定交通模型的法律地位一样。
国内相关标准、规范没有比较严格的要求,在很多综合交通规划中,交通模型的工作要求很低。
包括最近业界讨论的轨道交通客流预测,虽然有明确的规范和成果要求,但还是有很多混乱,这里就不讨论了。
如何看待交通模型的各种声音?
张自然:模型无用论和模型万能论,都是不可取的,现在的确有一些人把模型弄坏了,甚至做了一些没有底线的工作,弄虚作假,数据编制等等,严重影响了交通模型的形象。
另外,由于某些指标不符合标准,在各种压力下改变了数据和结论。此外,模型本身的技术也不完善,没有科学的判断标准,确实存在负面问题。
在广州,一位模型前辈曾经说过,他发现制度越差的城市模型做得越好,因为制度好的城市都能赚钱,而模型的直接经济效益较小,更多的是外部效益,因此很容易被忽视。
因此,在这一制度和机制中,很少有人做了十多年,还能一直坚持下去,坚持下去的人也可能取得了一些成绩,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不错的企业。
哪种机制能做得更好?
只有模型的应用发展前景真正好,真正能发挥其作用,才是不断培养模型师的根本来源和动力。当然,我们也需要深入了解交通模型的特点。
交通模型肯定有缺点。无论是基于旅游的传统四阶段模型,还是基于旅游链、基于活动或新兴的多智能模型,都有各种弊端,但不要产生误解,完全否定。
有些人说交通模型是一个黑箱,想要什么结果就能得到什么结果;有些人说交通模型的参数太多,想要得到什么结果总能通过参数调整得到。
这两种说法,后者似乎比前者高,但模型参数的校准和应用,特别是现状和预测,与计划的反馈关系,明显理解不深,在此不再讨论。
然而,很少有决策者会仔细听所有的细节。如果他们听到负面的话,他们可能会产生一些负面影响。这很正常,所以他们仍然需要依靠业内人士不断做宣传工作。
交通模型的起源、发展历史和现状如何?
张自然:四阶段模型起源于美国,这是公认的。
20世纪50年代,从底特律城市圈规划到芝加哥区交通研究,逐步建立了四阶段交通模型体系。
20世纪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,从此交通模型具有正式的法律地位;20世纪70年代,开始研究有效理论的Logit模型;20世纪80年代,开始考虑交通和土地利用模型;20世纪90年代,美国推出了联邦交通模型改进计划(简称TMIP:TravelModelImprovementProgram)。当时,他们想把基于活动的ABM模型(Activity-BasedModel)从理论逐渐转向实践。到目前为止,美国已有30多个城市建立了ABM模型(或基于旅游链)。
最近的美国交通模型,发展趋势是ABM+DTA,即基于活动的模型与动态交通分配模型的结合,以及宏观、中观、微观的交通规划模型的结合,许多城市都在朝着这个方向发展。土地利用模型的开发当然也不少。
随着我国交通模型的发展,北京、上海、深圳、天津等城市都很早。例如,上海自20世纪80年代以来与美国机构合作,包括上海内环高架和地铁一号线的建设。交通模型分析起到了一定的作用。
各城市市的模型团队都不一样,对模型的重视程度也不一样。根据个人理解,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。一些城市有交通部门和规划部门,但应用方向和侧重点不同;
一些城市开始重视第二梯队的交通模型,大多是一些省会城市或条件较好的地级市。有些是作为一项重要工作进行模型建设,有些是因为其他原因,比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,但做完之后模型的继续维护和发展就没有了以下内容;
在第三阶段,基本上没有交通模型,发展相对落后。为了有一个模型,制作一个模型难听的地方是粗制滥造。
此外,值得注意的是,很难有一种模型能够包含所有的功能,功能越多,变量越大,需要的数据也越多。
目前,不同部门之间存在数据共享问题,主要有两个原因:一是部分部门有数据保护意识或保密要求;二是数据质量本身存在问题,让人担心麻烦。
谈谈你这几年做交通模型的经历?
张天然:2003年,同济大学引进了德国PTV公司的交通规划和模拟软件。当时和其他同学一样,想法很原始,想学点高级工具,以后找工作也很方便。
这也是我第一次接触交通模型,只是熟悉了一些软件的基本操作,却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,进入课题组后开始系统学习;2005年至2006年,我参加了惠州和淮安的城市综合交通规划项目。在这个阶段,我开始真正深入交通模型领域,用TransCAD完成基于四个阶段理论的综合交通模型开发。
我的博士论文研究了以交通模型评价交通需求政策,取得上海市优秀博士学位论文,在此基础上于2017年出版了专著。
博士论文在交通模型方面有很多新思想,也是博士论文的写作,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(交通研究所)使用EMME平台制作了1000个交通区规模的交通模型,得知这个消息后很兴奋,和杨先生商量后,去面试,认定了我的第一份工作。
那时还有人提醒我,模型是基础工作,要考虑发展前景。但是从我的兴趣角度来看,其他的问题并不多。
在交通研究所工作期间,有幸参加了2009年上海市第四次综合交通大调查,从调查数据的收集、处理和检查、模型参数的校准和检查、模型开发等方面进行了系统的训练,还参加了《上海综合交通模型系统研究》的制作。交通研究所的领导人对模型工作有很大的支持,为对模型感兴趣的研究提供了良好的环境。
2013年初,我在市规划院工作,在局、院各级领导的支持和团队合作下,结合规划系统交通模型的应用需求,利用新的TransCAD软件平台重建了4500个交通区的交通规划模型。该模型广泛应用于新一轮城市总体规划、轨道交通网络规划和各种项目,还获得了上海市城乡规划、工程咨询一等奖和华夏建设技术二等奖。
从去年开始,为了满足总体规划(国土空间规划)后新规划形势的需要,新一轮交通规划模型建设开始,交通小区近6000个。长三角示范区大都市圈模型、跨行政区模型建设和超大规模计算带来了巨大挑战。
从事交通模型相关工作工作经验已经超过15年了。同事们总是开玩笑说,我们都了交通模型的印章。潜在的意思是工作太专业,视野更开阔。
多年来,我一直把模型作为一种爱好和事业,虽然有时很辛苦,但能把工作当作一种乐趣,并非每个人都有机会。
除了工作,还要求自己每年发表一篇学术论文,至今仍在坚持,当然后面写起来会越来越难,因为写得不好就说不过去,只能不断给自己加压。
介绍工作开始后的一些感受。
张自然:工作结束后,碰巧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,当时自以为有许多学术先进的想法,想在工作中体现出来,但在实际工作中不能冒进的使用前沿的内容,需要保证原指标的统一、可比性和可持续性,许多理论概念技巧与实际操作也有很大的不同。
2009年,随着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非常熟悉当地的交通模型,并向我们介绍了波士顿、费城、洛杉矶、旧金山等美国主要城市。
主要有三个经验:
首先,美国许多城市都在开发活动模型,但是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各样的问题;其次,美国的物流货运调查比国内好得多,我们也决定回上海后再进行相关工作,但是主要是车辆模型;第三,学习了美国模拟模型的优势,如轨道交通的连接模型等。
美国之所以能把模型做模型,与城市发展的基本定型有关,但我国城市变化迅速,方案也迅速,各模型应用的时代不同。
总的来说,在美国的培训和调查使我们意识到国情不同,模型的发展轨迹和应用状况也不同,对模型的发展有了基本的认识和判断,开始考虑基础数据的条件不同,模型如何,如何利用美国的先进经验来考虑自己模型的发展等问题。
如何看待国内交通专业软件的开发?
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,想制作国产交通规划软件。
在此期间,我还用C语言开发了基于起点的先进用户均衡分配算法。文章发表在TRB上,项目最终顺利结束。
在完成了这个软件之后,我感觉很好。
做好一个交通软件不仅是几个模型算法的问题,也是基于GIS的软件系统问题,需要强大的团队支持。
基于我对自己工作的定位,我觉得我不能只做基础开发,写底层算法自己用,因为我是模型应用。
这段经历当然对我也很有收获,不仅对模型的原理算法很了解,而且还有能力进行二次开发,做一些组件可以调用到交通模型软件中,长期来看非常有利于职业发展。
交通规划软件在中国很难生存和发展。原因主要有四点:一是市场小;二是投资大,商业化难;第三,随着技术的发展,软件需要有人长期更新和维护;第四,知识产权的尊重有待提高。
中国一直有专家学者开发交通规划和模拟软件,如东南大学王伟教授的软件研发团队、同济大学孙剑教授的交通模拟软件、广东志芬软件、林勇教授和北京交通研究中心的动态分配等。深圳交通中心和武汉学院也在开发自己的一些模型平台。
网络上也有一些开放源码的算法(包括周学松教授在美国,做了很多研发工作),希望大家一起研究,但是想要商业化运营开发一套交通规划软件,很不容易。
关于中国软件市场的另一个发展方向,未来可能会通过云服务进行,但涉及数据安全和共享的问题仍需解决;桌面软件开发,目前科技巨头会考虑盈利模型,国家级会考虑持续性,还有很多难点不容忽视。
国内交通模型讨论的关键时刻和重大事件是什么?
张天然:2007年,上海交通研究所组织交通模型研讨会,随后在住房和城乡建设部主管的城市交通出版物中系统介绍了几个城市的模型发展,影响很大。
2011年,在中国城市规划协会交通规划学术委员会的组织下,上海交通研究所举办了信息环境下的交通模型大型研讨会,我很幸运成为主要组织者之一。
2015年,大数据在城乡规划领域的应用非常流行,重庆交通规划研究院组织了模型研讨会。此前,在中国城市规划学会交通规划学术委员会下,还成立了模型信息学组,计划每两年举办一次研讨会。
2017年,交通模型研讨会在乌鲁木齐举行。
今年初步讨论会议的地点在深圳。
每一次交通模型研讨会的成功举办,都离不开模型前辈的大力支持与参与,他们是全永燊、杨东援、马林、陆锡明、陈必壮等。
如何看待交通模型未来的发展?
总的来说,交通模型是一项非常量化的分析工作,也是规划体系中比较成熟的一套体系。在城市规划中,没有系统固定的定量分析模型。
 
 

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