在如今的重慶街頭，大數據和智能算法加持的智慧交通“大腦”正助力城市打通交通“腸梗阻”。在重慶市新型數字交通物聯網大數據服務平臺上，重慶每天產生的6000多萬條機動車行駛信息，都會被收集匯總到這里。
(資料圖)
平臺會根據實際工作需要，實時將部分采集到的數據傳遞給基于“交運之星-TranStar”（以下簡稱交運之星）研發的重慶城市數字交通仿真平臺。后者會根據道路基礎設施、車流量、駕駛人出行習慣、時間等不同的參數，預測道路擁堵情況。5分鐘、10分鐘、30分鐘后哪里“水泄不通”，哪里“一馬平川”一目了然。有了這些數據，城市交通管理便能運籌帷幄，決勝千里之外。
交運之星是東南大學首席教授、土建交通學部主任王煒帶領團隊歷經多年研發的一款虛擬交通仿真軟件。近日，在第十七屆中國智能交通年會上，以交運之星為核心的研究成果“多網融合與多任務協同的綜合交通虛擬仿真技術及其應用”，榮獲中國智能交通協會技術發明一等獎。
打破數據孤島，多網融合構建交通“大腦”
“當下，我們正處于從交通大國邁向交通強國的過程中，城市及區域綜合交通體系的運輸效率、服務質量、系統韌性還有待提升；交通系統產生的運輸成本、污染排放還有待降低；綜合交通體系高質量發展的科技創新能力還有待提高。”王煒認為，這種階段性特征，也表現為交通運輸結構不合理，各運輸方式之間缺乏優勢互補；居民出行結構不合理，道路利用效率高的公交出行比例偏小，道路交通擁堵嚴重。
綜合交通體系的建設，需要開放協作的行業生態。王煒認為，我國綜合交通體系包括城市交通與區域交通，城市交通涉及城市規劃、交通建設、交通管理、公共交通等行業和部門，區域交通涉及公路、鐵路、水運、航空、管道等行業和部門，需要跨部門、跨行業、跨地區的協作才能實現綜合交通體系的高質量發展。
“這首先要打破數據孤島，建立多網合一的交通網絡，把公路、鐵路、水路、航空等網絡相互結合，用數學模型建立一張數字化網絡，分析交通系統運行狀態，進一步優化交通網絡結構，建立支撐綜合運輸多式聯運與聯程出行的‘門到門’運輸體系。”王煒介紹，團隊綜合利用圖論、復雜網絡理論、大數據挖掘技術，建立綜合交通系統基礎數據庫、交通解決方案場景預案庫、交通需求分析模型庫，構建了基于多網融合的綜合交通系統供需平衡分析模型體系，實現了綜合交通系統多網合一交通供需的科學分析和精準預測。
剖析出行方式，描繪大城市“出行畫像”
有了多網融合的交通網絡，下一步就是如何激活，使數據釋放活力。
隨著交通基礎設施的建設愈發完善，人們的出行需求更加多樣化，居民可以選擇的出行方式越來越多元化，這讓每一次出行都兼具規律性與隨機性，對城市交通管理提出挑戰。
“傳統的交通方式單一、以交通小區為基本分析單元的交通網絡分配技術與方法，已經無法適用于當下大規模、多方式一體化交通網絡分析，城市組合出行與區域聯程出行等交通行為與特征的解析，需要交通分析方法實現點到點（門到門）的跨越式變革。”王煒介紹。
王煒帶領團隊提出“超大規模多模式異質交通網絡一體化交通分配方法”，將大城市道路、公交、慢行交通、軌道交通網絡，以及區域公路、鐵路、水路、航空網絡等進行多網融合，并根據不同交通行為的特點，進行一體化的交通網絡分析。通過出行者的出發地、目的地的信息，推演獲取出行者的具體出行路徑，進而得到各交通方式、各網絡路段的交通流量。
“在大城市或者城市群，居民出行方式多元，公交+地鐵、自行車+地鐵、汽車+飛機等組合方式很普遍。”團隊成員、東南大學副教授華雪東介紹，將多模式交通網絡做成一張網絡后，起終點間的交通出行量能直接在融合后的一張網絡上進行分析，這就能模擬出居民整體的出行分布情況及其規律。
然而，居民交通出行有很大的差異性和隨機性，即使是同一條路線，也難以確保每天采用的交通方式是完全相同的，如何確保出行路徑模擬準確可靠？華雪東表示，出行者的職業、經濟情況、是否有自駕車等因素，都會影響出行方式，“綜合這些因素，再平衡個體的偏差，最終就可以體現出整體性的出行趨勢”。
王煒介紹，這套交通分配方法與快速求解算法，可以將交通分配響應時間從傳統單模式網絡的數十分鐘，降低到多模式網絡的一分鐘以內，突破了超大規模多模式異質網絡高效交通分配的技術瓶頸，為交通管理提供了決策依據。
模擬通行狀況，緩解擁堵、評估風險
城市化進程的加快和人們生活水平的提高，在豐富人們出行方式的同時，也加速了居民出行從自行車主導向機動車主導的轉型變遷。“在轉型期，交通供給能力的建設跟不上機動化交通需求的增長，容易造成交通擁堵。”王煒表示。
于是，交運之星應運而生。王煒介紹，該軟件的城市交通版具有城市土地開發、交通設施建設、交通管理控制、公交運營組織、交通政策制定等交通應用場景的方案設計與定量化、精細化、可視化虛擬仿真分析。
支撐這個智慧“大腦”運行的有三類關鍵數據。華雪東介紹，一類是公交、地鐵、機場等交通基礎設施布局、土地利用和人口分布等靜態數據，一類是人們的出行分布動態數據；還有一類是實時的流量數據，即不同路段、交叉口、樞紐點在不同時間的車流或人流通行情況。他打了個比方：“例如，如果想緩解學校周邊的擁堵，可以在平臺上輸入擬實施的相關緩堵策略，如新增的停車位、沿校園設置單行線、調整信號燈配時方案等，平臺就能模擬出方案實施后的擁堵疏解效果，城市交通管理者可以根據平臺提供的解決方案及其效果采取措施，應對現實擁堵。”
在重慶，基于交運之星研發的城市數字交通仿真平臺讓市民享受到智慧交通提供的便利。團隊成員、東南大學副研究員趙德介紹，團隊利用交運之星與重慶獨有的機動車電子標識數據，通過平臺仿真分析發現，重慶的交通堵點主要是長江和嘉陵江的過江通道，于是結合有關部門建議論證得出：對長江和嘉陵江上的15座橋和1條隧道，在周一到周五的高峰時段，每天限行兩個機動車車牌尾號，可有效緩解擁堵。
后來，這一方案擴展到重慶主城區的“16橋4隧道”，錯峰通行方案實施后，重慶市中心城區干路網平均機動車車速提升6.8%，地面公交車速提升5.2%，機動車出行時耗縮短7.5%，車輛尾氣污染排放量減少3%。
虛擬交通仿真技術不僅可以防堵，也能指導道路規劃設計。重慶應用城市數字交通仿真平臺的相關單位技術部門負責人介紹，有的斷頭路要打通，就可以在平臺上輸入打通道路后的車道、車流等信息，判斷對周圍道路的交通情況是否有影響；有的匝道如果需要封閉施工，在平臺輸入現在和封閉后的道路通行數據，就能模擬、評估施工后對交通影響的程度，指導后續建設。
“我們希望通過構建綜合交通信息共享平臺，用統一的交通網絡、統一的基礎數據、統一的分析模型、統一的系統軟件，解決目前我國交通系統存在的問題，推動綜合交通體系的高質量發展。”王煒說。
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