大數(shù)據(jù)時代城市交通學(xué)發(fā)展的機遇

汪光燾

(國際歐亞科學(xué)院中國科學(xué)中心，北京100107)

大數(shù)據(jù)時代城市交通學(xué)發(fā)展的機遇

汪光燾

(國際歐亞科學(xué)院中國科學(xué)中心，北京100107)

基于對城市交通研究的思維方式和技術(shù)方法的回顧，指出大數(shù)據(jù)時代城市交通學(xué)面臨發(fā)展機遇。闡述在信息化發(fā)展背景下，既要研究信息化發(fā)展與城市交通的相互聯(lián)系，也要研究如何適應(yīng)信息化發(fā)展來組織城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行。分析了城市交通需求管理在指導(dǎo)城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運行中的作用。基于交通模型應(yīng)用現(xiàn)狀，從五個方面闡述大數(shù)據(jù)技術(shù)為微觀個體行為、出行需求特征與演變規(guī)律和傳統(tǒng)交通模型等多方面的重新認(rèn)識乃至重構(gòu)提供重要的技術(shù)支撐。提出研究并建立適應(yīng)中國國情的城市交通模型，最終達到促進城市交通學(xué)發(fā)展的目的。最后指出應(yīng)用信息技術(shù)改善城市交通是當(dāng)前的重要課題。

城市交通學(xué)；大數(shù)據(jù)時代；互聯(lián)網(wǎng)；需求管理

0 引言

研究城市交通需要與時俱進，在遵循交通系統(tǒng)自身發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)上，改變傳統(tǒng)由交通設(shè)施和工具，或者由客運、貨運組織著手的研究方法；運用多學(xué)科的思維和系統(tǒng)論的方法，從服務(wù)人的需求和組織城市運行的角度來研究城市交通，即要以服務(wù)功能和運行效率為主線來研究城市交通。其研究對象是城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行[1]。

城市和城市交通的發(fā)展離不開科技進步和信息化的推動。城市交通與信息化的研究，不能僅停留在智能交通，深遠(yuǎn)地講，要從城市交通需求管理、交通量預(yù)測及分配、交通秩序管理等方面綜合研究城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行，研究如何利用信息化持續(xù)地改善城市交通運行狀況，從而提高城市運行效益，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 城市交通研究技術(shù)路徑回顧

1.1 一般性回顧

城市交通研究經(jīng)歷了若干階段。一般認(rèn)為，城市交通研究從道路上出現(xiàn)汽車之后的防車禍措施研究開始。隨著交通量增加與交通問題加劇，先后出現(xiàn)了適應(yīng)汽車運行的定性道路網(wǎng)規(guī)劃[2]和交通流運行規(guī)律的理論研究，隨后提出了基于居民出行調(diào)查的定量交通規(guī)劃。20世紀(jì)50年代，交通工程學(xué)[3]的興起推動了高速公路的發(fā)展，也推進了交通工程建設(shè)和交通行為管理的產(chǎn)生。20世紀(jì)70年代，由于認(rèn)識到交通設(shè)施建設(shè)不可能滿足交通需求的增長，學(xué)者們開始考慮交通與外部環(huán)境之間的有機聯(lián)系，又著重提出交通需求管理、以靜制動、智能計價系統(tǒng)等措施。自此，人們更加注重用經(jīng)濟政策、法律等來調(diào)控交通需求，提出既要重視工程又要重視政策法律。

如今，中國城市資源環(huán)境問題突出，必須深入認(rèn)知自然規(guī)律，轉(zhuǎn)變城市發(fā)展模式和思維方式。同時隨著技術(shù)進步與智能交通的長足發(fā)展，改進技術(shù)方法和提出與之相適應(yīng)的對策和措施成為可能。

1.2 思維方式回顧——交通需求管理理論與實踐

增加交通設(shè)施供給和實施交通需求管理是改善城市交通運行效益的兩個基本方面。受到交通設(shè)施不能無限制增長的制約，20世紀(jì)70年代，各國興起了交通需求管理研究和實踐，研究新的交通供給方式、價格的經(jīng)濟策略、行政管制措施等，統(tǒng)籌考慮綜合的、讓多數(shù)公眾理解的交通需求管理方案。從某種角度講，交通需求管理不只是技術(shù)問題，更是社會工程，需要注重社會公正、公平以及政府財政的承受能力。

中國已進入從增加設(shè)施供給為主，向更加重視交通需求管理和制定城市交通政策引導(dǎo)城市發(fā)展轉(zhuǎn)變。立足以適應(yīng)公眾就業(yè)和生活需求為基本要求，堅持以公共交通優(yōu)先發(fā)展和綠色出行、推進客貨發(fā)展集約運輸和減少污染排放為基本目標(biāo)，政府以經(jīng)濟手段、法律制度、行政政策和必要行政措施，社會以信息公開和信息服務(wù)，企業(yè)以誠信提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)和公共產(chǎn)品的方法，調(diào)控出行者行為，調(diào)節(jié)交通流的時空分布，保障城市高效、安全、低耗運行。

1.3 技術(shù)方法回顧——交通流理論和交通模型

交通流理論是運用物理與數(shù)學(xué)的定律來描述交通特性的學(xué)問。歷經(jīng)百年，城市交通研究由最初的定性分析向定量與定性相結(jié)合的方向發(fā)展。系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕煌Ｐ偷闹匾匀找嫱癸@，模型應(yīng)用日趨廣泛，與之相關(guān)的道路交通流理論[4]、網(wǎng)絡(luò)交通流理論和交通控制理論[5]與技術(shù)方法體系已經(jīng)形成。

30多年前，交通工程學(xué)和交通需求模型引入中國，并迅速應(yīng)用到交通規(guī)劃和建設(shè)中。例如，20世紀(jì)80年代，為解決中國機動化交通迅猛發(fā)展帶來的交通擁堵問題，中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院在天津市首次根據(jù)綜合交通調(diào)查數(shù)據(jù)，運用交通數(shù)據(jù)分析模型，試做了中國第一個城市交通規(guī)劃；上海市根據(jù)居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)，建立交通方式劃分、交通分布和分配等交通規(guī)劃與交通預(yù)測模型；深圳市根據(jù)交叉口通行能力模型，首先應(yīng)用改善交叉口設(shè)計、提高交叉口通行能力的技術(shù)；北京市在前三門區(qū)域運用交通信號設(shè)計理論進行線控信號研究，以改善交通信號設(shè)置，后續(xù)又引進面控信號系統(tǒng)；同時，公安部交通管理局研發(fā)適應(yīng)中國機非混合交通特點的自適應(yīng)信號控制系統(tǒng)，由同濟大學(xué)道路與交通工程研究所研究信號周期、綠信比、綠時差優(yōu)化模型、信號相位自適應(yīng)選優(yōu)等模型與算法，研發(fā)自適應(yīng)信號控制軟件，于20世紀(jì)90年代初，在南京市建成運行中國第一個自適應(yīng)信號控制系統(tǒng)。隨著智能交通系統(tǒng)的發(fā)展，交通流理論被賦予新的內(nèi)涵和任務(wù)。由于交通信息化服務(wù)的介入，例如數(shù)據(jù)采集、傳輸和計算技術(shù)水平提高、地理信息系統(tǒng)推廣建設(shè)、信息動態(tài)服務(wù)逐漸普及等，現(xiàn)代交通流理論將會取得長足進步，對實際問題的處置將發(fā)生新的變革，需要對交通模型進行創(chuàng)新研究。

1.4 小結(jié)

總體而言，城市交通研究呈現(xiàn)以下趨勢：

1）研究視野由點、線、面到系統(tǒng)性發(fā)展，由研究局部交通問題向?qū)で笳w交通解決方案發(fā)展，由主要研究交通設(shè)施供給向?qū)で蠊┬杵胶獍l(fā)展；

2）研究內(nèi)容由最初的注重現(xiàn)狀或近期交通問題向近遠(yuǎn)期結(jié)合發(fā)展，逐漸關(guān)注對未來交通的預(yù)測并尋求近遠(yuǎn)期結(jié)合、可持續(xù)的交通解決方案；

3）研究目標(biāo)由交通系統(tǒng)內(nèi)部(如效率、安全等目標(biāo))擴展至交通系統(tǒng)外部(如環(huán)境和能源目標(biāo))；

4）研究方法由最初的定性分析向定量與定性相結(jié)合的方向發(fā)展，廣泛采用嚴(yán)謹(jǐn)而系統(tǒng)的交通模型來模擬和預(yù)測交通系統(tǒng)運行，為交通系統(tǒng)優(yōu)化和交通決策提供依據(jù)。

此外，交通模型已經(jīng)開始發(fā)揮越來越重要的作用，但是其實用性和精度仍有待提高。與此同時，隨著信息化技術(shù)不斷進步、互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的快速普及，交通大數(shù)據(jù)技術(shù)快速發(fā)展，采用創(chuàng)新的可視化方式首次實現(xiàn)全程、動態(tài)、即時、直觀地展現(xiàn)交通運行狀態(tài)，為城市交通學(xué)理論和技術(shù)的突破提出了新的要求。

2 城市交通網(wǎng)絡(luò)與信息化發(fā)展

社會學(xué)家總是以居民的行為和社群關(guān)系作為城市定義的基礎(chǔ)；地理學(xué)家拉采爾(F.Ratzel)認(rèn)為城市是指地處交通方便、覆蓋一定面積的人群和房屋的密集結(jié)合體；思想家亞里士多德認(rèn)為人們來到城市是為了生活，他們定居在那里是為了生活得更好。因此，城市交通的本質(zhì)是服務(wù)人的需求(包括就業(yè)需求和生活需求，不能僅理解為出行需求)，組織城市的可持續(xù)運行，特別是要應(yīng)對信息化發(fā)展和適應(yīng)后工業(yè)化時代。

2.1 城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運行的概念

2.1.1 什么是城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行

城市交通學(xué)研究范圍重點包括[1]：

1）城市內(nèi)部交通研究的重點，是地面道路交通、快速路、公共交通、停車、物(貨)流、交通秩序管理6個系統(tǒng)及其相互協(xié)調(diào)。

2）城市對外交通研究重點，是公路、鐵路、航空、內(nèi)河航運、海運、管道運輸?shù)冉煌ㄟ\輸系統(tǒng)與城市內(nèi)部交通的銜接，即場站、交通樞紐等。

3）城際交通系統(tǒng)研究重點，是適應(yīng)城鎮(zhèn)密集地區(qū)中心城市與周邊地區(qū)緊密聯(lián)系的都市圈交通。都市圈交通超越行政邊界，要注重中心城市與周邊中小城鎮(zhèn)之間的銜接，其特點是以同城化的通勤交通為主。

上述重點相互關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)了城市交通的整體性、綜合性，統(tǒng)稱為城市交通網(wǎng)絡(luò)[6]。它由地面道路交通、快速路、公共交通、停車、物(貨)流、交通秩序管理六大系統(tǒng)融合構(gòu)成，并強化組織自行車、行人的銜接，處理好城市交通和對外交通樞紐及場站的銜接，以及中心城市與都市圈范圍內(nèi)城鎮(zhèn)和集中居住區(qū)域的銜接。這一網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行是城市運行的最基礎(chǔ)要素。

2.1.2 為什么要作為城市交通學(xué)研究對象

城市交通包含難以計數(shù)的要素，是由人們自行選擇，按照當(dāng)?shù)匾话阋?guī)律動態(tài)運行的有機整體。既要考慮土地等自然要素，又要研究人為的已經(jīng)提供的社會環(huán)境；既要研究現(xiàn)實狀況，又要戰(zhàn)略思考城市發(fā)展和有機更新。不僅需要關(guān)注系統(tǒng)內(nèi)要素之間的關(guān)系，也要關(guān)注不同系統(tǒng)要素間的互相配合。城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行以“網(wǎng)絡(luò)”和“節(jié)點”為研究對象更加接近現(xiàn)實。而且信息化、云計算、大數(shù)據(jù)時代對交通模型和交通網(wǎng)絡(luò)理論的研究會更有價值。

因此，城市交通學(xué)研究對象是城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行。強調(diào)網(wǎng)絡(luò)的整體性，即整體大于部分之和；明確城市交通網(wǎng)絡(luò)中各子系統(tǒng)服務(wù)功能，探討各子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，使城市交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮各系統(tǒng)自身功能和系統(tǒng)間的融合，以及各系統(tǒng)要素在相關(guān)系統(tǒng)中的作用；區(qū)分老城區(qū)和新城區(qū)的不同區(qū)域的運行組織模式，維持城市運轉(zhuǎn)，提高其運行效益[1]。

2.2 信息化發(fā)展背景下城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運行的新機遇

研究城市交通問題要繼承，更應(yīng)創(chuàng)新。信息化發(fā)展背景下，既要研究信息化發(fā)展與城市交通系統(tǒng)的相互作用，也要研究如何適應(yīng)信息化發(fā)展來組織城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和高效運行，最終達到促進城市交通學(xué)發(fā)展的目的。

2.2.1 互聯(lián)網(wǎng)和移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展

文獻[7]顯示，中國網(wǎng)民數(shù)量達到6.68億人，其中以手機用戶為主體的移動互聯(lián)網(wǎng)用戶5.94億人，占網(wǎng)民總量的88.9%。基于互聯(lián)網(wǎng)平臺開發(fā)的交通運輸服務(wù)已快速滲透至客運、貨運、鐵路、停車、維修、公共交通、出租汽車、航空等各個交通行業(yè)。根據(jù)當(dāng)前主要的智能手機應(yīng)用軟件平臺統(tǒng)計數(shù)據(jù)，與交通相關(guān)的熱門手機應(yīng)用約60余款，累計下載量超過50億人次(見圖1)。移動互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)是交通信息的重要來源。

交通以移動為基本屬性，互聯(lián)網(wǎng)(尤其是移動互聯(lián)網(wǎng))的快速發(fā)展突破了傳統(tǒng)的交通信息采集瓶頸，必然帶動交通信息化飛速發(fā)展。出行者對交通信息的獲取方式更為便捷，其行為也因此發(fā)生了改變，兩者互為因果持續(xù)推動著城市交通的演變。

此外，互聯(lián)網(wǎng)在交通及其衍生領(lǐng)域的快速普及，為組織城市交通網(wǎng)絡(luò)高效運行提供了豐富數(shù)據(jù)資源：一方面，各類交通工具出行數(shù)據(jù)和手機定位數(shù)據(jù)輔助跟蹤城市的交通運行狀況；更重要的是，傳統(tǒng)意義上并不屬于交通領(lǐng)域的數(shù)據(jù)(如網(wǎng)絡(luò)查詢數(shù)據(jù)、商業(yè)支付數(shù)據(jù)等)，在大數(shù)據(jù)時代下也支撐著居民出行調(diào)查，將為解決交通問題帶來前所未有的機遇。

2.2.2 運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)改善城市交通狀況

互聯(lián)網(wǎng)與交通行業(yè)的深度融合，將推動交通行業(yè)技術(shù)進步、效率提升和組織變革，提升交通行業(yè)的創(chuàng)新力和生產(chǎn)力，是交通行業(yè)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級、惠民服務(wù)的重要支撐。運用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)持續(xù)改善城市交通狀況具體體現(xiàn)在以下方面。

1）互聯(lián)網(wǎng)在打破供給和需求之間障礙的同時，將進一步提高城市基礎(chǔ)設(shè)施的利用效率。例如，導(dǎo)航軟件的利用在幫助小汽車躲避擁堵路段的同時也提高了其他可選道路的利用率，有助于交通基礎(chǔ)設(shè)施資源的再分配；停車誘導(dǎo)系統(tǒng)有助于優(yōu)化城市停車空間布局和提高停車場使用效率；分時租賃服務(wù)有助于提高車輛的使用效率等。

2）“互聯(lián)網(wǎng)+”將帶來生活方式轉(zhuǎn)變與出行方式創(chuàng)新。一方面，網(wǎng)上購物、互聯(lián)網(wǎng)生活服務(wù)、遠(yuǎn)程辦公、網(wǎng)絡(luò)教育、社交平臺正在改變城市居民的生活方式。另一方面，“互聯(lián)網(wǎng)+交通”的技術(shù)發(fā)展，如打車軟件、訂制公交等使出行方式更加豐富，使出行資源更有效率地實現(xiàn)供需對接，而與用戶位置信息結(jié)合的交通信息查詢、電子站牌和導(dǎo)航服務(wù)，將促進個體出行決策的合理與優(yōu)化。

3）車聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)在交通基礎(chǔ)設(shè)施上的普及應(yīng)用，將推動人、車、路互動的深入。在車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動下，人與車、車與車之間的互動正在逐步深入，除提升汽車的駕駛安全性和效率外，還為道路管理和出行方式的智能化發(fā)展與結(jié)合提供了新的數(shù)據(jù)與實體，成為智能交通的發(fā)展方向。

總體而言，信息化發(fā)展為城市交通學(xué)的發(fā)展提供了重要的數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐，尤其體現(xiàn)在：地理信息系統(tǒng)使得城市土地利用被數(shù)據(jù)化定量描述，直觀可見；智能交通的發(fā)展提供了豐富的交通運行數(shù)據(jù)；移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展實現(xiàn)了對城市人口活動、客貨運輸?shù)葘嵉貓鼍暗膭討B(tài)化描述；云計算為網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點系統(tǒng)分析提供了技術(shù)手段。

圖1 2015年中國移動端手機應(yīng)用下載量統(tǒng)計Fig.1 Statistics of downloaded mobile apps in China in 2015

3 城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與城市交通需求管理政策

城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運行的效益是城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。城市交通需求管理是制定城市交通政策的基礎(chǔ)，城市交通政策將指導(dǎo)城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行。因此，科學(xué)的運用和發(fā)展需求管理理念和措施是指導(dǎo)城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運行的重要課題。

3.1 城市交通需求管理思維是城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運行的重點

城市交通需求管理思維是由中國城鎮(zhèn)化發(fā)展階段所決定的?！?012中國新型城市化報告》指出，中國城鎮(zhèn)化率突破50%。這意味著中國城鎮(zhèn)人口首次超過農(nóng)村人口，越來越多的農(nóng)村居民涌入城市。受到城市空間范圍的限制和資源條件的制約，未來的城市必將趨向集約、低碳和可持續(xù)的發(fā)展模式，這就決定了無限制的增加交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、滿足出行需求的發(fā)展模式必將被交通需求管理思維所取代。同時，信息化和科技發(fā)展為交通需求管理理念的應(yīng)用提供了重要手段，是未來交通需求管理應(yīng)用的必然趨勢。

3.2 城市交通政策的科學(xué)決策應(yīng)當(dāng)依據(jù)數(shù)據(jù)采集和分析

城市交通政策指導(dǎo)、約束和協(xié)調(diào)城市交通活動，由政府部門基于城市交通戰(zhàn)略思維和規(guī)劃的框架制定，依據(jù)城市經(jīng)濟和社會發(fā)展?fàn)顩r、資源環(huán)境約束情況以及城市交通發(fā)展趨勢確定，注重實施的可操作性和對解決現(xiàn)實問題的指導(dǎo)作用，直接影響城市交通網(wǎng)絡(luò)的總體運行狀況。

城市交通政策的科學(xué)決策應(yīng)當(dāng)立足現(xiàn)有情況(人口流動狀況、城市群布局、城市規(guī)模等)，基于數(shù)據(jù)采集和分析人的真實、動態(tài)需求，跟蹤需求的動態(tài)變化規(guī)律，才能制定符合實情、又有時效的城市交通政策。政府決策既要分析系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系，又要綜合分析相關(guān)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，才能制定出讓公眾接受、社會公認(rèn)的城市交通政策，才能有效實現(xiàn)交通需求管理的目標(biāo)。

3.3 城市交通需求管理更加突出數(shù)據(jù)分析和運用

城市發(fā)展和有機更新決定城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行是動態(tài)的，構(gòu)建與運行之間是互動、互補的。通過對信息化數(shù)據(jù)的深入分析，可以從不同視角精確把握交通需求特征，從而為實施有針對性的交通需求管理政策提供依據(jù)，交通需求管理政策實施效果評價及優(yōu)化也依賴于信息化數(shù)據(jù)。

城市交通需求管理的內(nèi)容既包括法律制度和行政措施，也包括工程建設(shè)方案和實施方案，還應(yīng)考慮未來可能會拓展至創(chuàng)新型商業(yè)模式。信息化為交通需求管理研究提供條件，也體現(xiàn)交通需求管理對研究城市交通問題的重要性。交通信息化使人們對復(fù)雜和多方式城市交通網(wǎng)絡(luò)獲得更為及時(或者實時)和詳細(xì)的運行狀態(tài)，從而幫助人們選擇合適的出行時間，優(yōu)化出行方式，采用合理的路徑，甚至取消出行(例如以網(wǎng)購方式代替購物出行)。因此，交通信息化已成為城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運行不可或缺的組成部分；對信息化數(shù)據(jù)的分析和運用，是交通需求管理的重要方向，也是城市交通學(xué)的內(nèi)涵要求。

4 基于大數(shù)據(jù)的城市交通模型技術(shù)創(chuàng)新

交通理論和模型是交通系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)，交通理論與技術(shù)的革新與很多領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r密切相關(guān)。建立適應(yīng)中國國情的城市交通模型，要適應(yīng)信息化技術(shù)發(fā)展，迎合互聯(lián)網(wǎng)時代發(fā)展趨勢，按照交通需求管理的目標(biāo)，制定城市交通政策并開發(fā)運用數(shù)學(xué)模型來研究城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行。

4.1 交通模型技術(shù)現(xiàn)狀問題

20世紀(jì)中葉以來，建模方法日趨多元化，建模對象更加系統(tǒng)化，同時建模領(lǐng)域涵蓋范圍不斷拓展。隨著交通模型的理論研究不斷深入，基于不同的理論和方法(例如概率論、矩陣論、控制論、人工智能理論等)產(chǎn)生了許多數(shù)學(xué)模型及其變種。但是，這些數(shù)學(xué)模型大多存在以下共同問題。

1）模型中的一些假設(shè)與實際差距較大，造成這些模型猶如空中樓閣。

以“同質(zhì)性”假設(shè)為例，現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型，尤其是中觀、宏觀層面的模型，常常以具有相同理性、相同屬性以及相同需求等的個體為假設(shè)前提對交通問題進行建模。顯然，這樣的數(shù)學(xué)模型無法體現(xiàn)真實世界中人們需求的多樣性。

2）現(xiàn)有模型存在盲人摸象、以偏概全的問題。

由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)和手段的局限性，基于抽樣數(shù)據(jù)的建模方法占據(jù)主流地位，存在由局部推斷全貌的弊端。由于抽樣的隨機性產(chǎn)生的誤差是現(xiàn)有大多數(shù)數(shù)學(xué)模型的共同隱患，而趨于全體的大數(shù)據(jù)為我們了解全貌提供機遇。

3）現(xiàn)有模型主要著眼于對車流或人流的建模，對需求的分析和模擬不足。

無論是基于微觀的個體行為特征，還是基于宏觀的物理波動理論，大多數(shù)數(shù)學(xué)模型都僅限于對車流與人流的模擬。但城市交通本質(zhì)是建立在城市居民生活(出行)需求基礎(chǔ)之上，缺乏需求分析及建模將給揭示城市交通的本質(zhì)帶來困難。

4）許多模型存在馬后炮現(xiàn)象，缺少對未來趨勢的預(yù)估判斷。

很多現(xiàn)有模型均是建立在已知事實的基礎(chǔ)上，滯后于事物發(fā)展。建立在趨勢統(tǒng)計基礎(chǔ)上的宏觀模型，無法捕捉小概率異常事件，而微觀層面的預(yù)測往往基于昨日重現(xiàn)的思想，對模型樣本依賴性很強。

4.2 大數(shù)據(jù)時代為交通模型技術(shù)創(chuàng)新提供新契機

大數(shù)據(jù)技術(shù)改變了人們對于數(shù)據(jù)獲取、分析和應(yīng)用的理解與認(rèn)識。大數(shù)據(jù)時代交通科技發(fā)展體現(xiàn)五個趨勢。

1）量變到質(zhì)變的研究基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)研究方法局限于對有限的樣本進行分析與統(tǒng)計，大數(shù)據(jù)提供了海量數(shù)據(jù)樣本，多元數(shù)據(jù)的融合使個體信息的數(shù)量和精度得到提升，為交通領(lǐng)域個體行為的深入研究奠定了基礎(chǔ)。非集計方法的研究得到快速發(fā)展，微觀層面交通預(yù)測的方法和手段越來越豐富。

2）持續(xù)動態(tài)的觀察視角。

傳統(tǒng)方法受數(shù)據(jù)采集方式約束，以靜態(tài)數(shù)據(jù)分析為主要手段，而大數(shù)據(jù)技術(shù)著眼于一段時間或全部時間內(nèi)的動態(tài)發(fā)展數(shù)據(jù)，著眼于動態(tài)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系與發(fā)展規(guī)律，為解釋交通現(xiàn)象、城市活動的特性及其演化機理提供了重要的觀察手段與研究保障。

3）由結(jié)果到規(guī)律的思維方式轉(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)模型研究需要妥善地建立數(shù)據(jù)模型，通過條件推導(dǎo)結(jié)果，大數(shù)據(jù)技術(shù)善于由結(jié)果推斷模型，通過大量的事實總結(jié)規(guī)律，形成知識，為交通研究提供新的思維方式。例如文獻[8]針對傳統(tǒng)重力模型的局限性，依托大量觀測數(shù)據(jù)建立的無參數(shù)輻射模型提高了交通分布與遷移行為的預(yù)測精度，成為交通模型研究的重要理論創(chuàng)新。

4）大數(shù)據(jù)為重新認(rèn)識和重構(gòu)需求提供條件。

一方面，可以通過社交網(wǎng)絡(luò)了解人與人之間的互動，也可以通過網(wǎng)絡(luò)輿情了解需求的動態(tài)變化，還可以通過網(wǎng)絡(luò)輿論引導(dǎo)和優(yōu)化需求(例如通過網(wǎng)絡(luò)輿論引導(dǎo)居民錯峰出行等)。另一方面，隨著信息化的快速發(fā)展，居民出行方式及行為在悄然改變。居民可以在足不出戶的情況下購物、點餐等。這種需求者自身不出行的出行量，是傳統(tǒng)模型無法捕捉到的。而在大數(shù)據(jù)的支持下，可以透過實時、動態(tài)的需求變化預(yù)測未來出行，進而主動預(yù)防擁堵。

5）大數(shù)據(jù)帶來的影子世界。

信息化高度發(fā)達的未來，人們的日常行為都將以數(shù)據(jù)的形式被保存，城市生活的點點滴滴都將被記錄，構(gòu)成各種情況下的全息影像，即由人們在社交網(wǎng)絡(luò)媒體發(fā)布信息及數(shù)據(jù)不斷積累構(gòu)成的影子世界。在云計算等超級計算技術(shù)的支持下，這些數(shù)據(jù)影子可以組成另一個虛擬的世界，從這個影子世界可以看到特定行動帶來的結(jié)果，可以得到?jīng)Q策上的支持，而隨時隨地產(chǎn)生的數(shù)據(jù)又會使這個虛擬世界不斷更新。

總而言之，大數(shù)據(jù)時代為交通領(lǐng)域的研究提供新的契機，帶動多方面新的發(fā)展，為對微觀個體行為、出行需求特征與演變規(guī)律和傳統(tǒng)交通模型等多方面的重新認(rèn)識乃至重構(gòu)提供重要的技術(shù)支撐。

4.3 交通模型技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)注點

1）信息化、“互聯(lián)網(wǎng)+”對個體交通需求的影響。

信息化、“互聯(lián)網(wǎng)+”對城市交通供給和需求帶來的影響非常深遠(yuǎn)，而不局限于一種獲取信息手段。它深刻改變了人的思維模式，使得人們更加強調(diào)即時性、開放性、利他性和體驗性等，在一定程度上提高了人們對交通信息的需求和交通方式的要求；同時也改變了人的生產(chǎn)生活方式，培養(yǎng)了人們?nèi)碌木筒汀①徫?、出行?xí)慣等；更進一步引發(fā)人們時間分配的變化，產(chǎn)生新的需求。因此，把“互聯(lián)網(wǎng)+”看成一種重新組織生產(chǎn)和生活的方式，可能會加速人類社會從工業(yè)社會邁入信息社會。

2）創(chuàng)新基于活動分析的交通模型技術(shù)。

交通模型是連接城市活動與交通網(wǎng)絡(luò)的分析手段。相比于國外，中國城市的人口發(fā)展、就業(yè)動向、空間布局以及經(jīng)濟社會發(fā)展均具有一定的特殊性，不能完全照搬國際成功案例，需要進行本土化處理；同時，適應(yīng)大數(shù)據(jù)時代的發(fā)展規(guī)律，需要著重分析交通網(wǎng)絡(luò)、交通需求和城市活動之間的相互作用關(guān)系(促進、制約)。

基于個體活動的需求分析是交通模型的發(fā)展方向，網(wǎng)絡(luò)均衡是交通模型的核心。手機信令、公交IC卡刷卡記錄等大數(shù)據(jù)和來自商業(yè)網(wǎng)站的開放數(shù)據(jù)將促進新數(shù)據(jù)環(huán)境的形成，這將推動交通模型由出行模型向活動模型發(fā)展。基于活動的交通模型側(cè)重刻畫個人的選擇決策過程，進而更深層次分析城市活動機理及交通網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，為城市交通研究提供量化支持。

3）創(chuàng)新支持城市交通網(wǎng)絡(luò)智能化管理的模型技術(shù)。

城市交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)相對固定，應(yīng)對復(fù)雜環(huán)境下的多樣化需求是其最大挑戰(zhàn)。因此，需要著重研究人在社會環(huán)境、城市交通網(wǎng)絡(luò)雙重作用下的行為(需求)，以及研究城市交通網(wǎng)絡(luò)在人和社會環(huán)境雙重變化的需求約束下如何服務(wù)(構(gòu)建和運行)。

大數(shù)據(jù)帶來的全樣本(是否為全樣本存在爭議，但是可以獲取更多要素的、要素間的、多時空下的數(shù)據(jù)則毫無疑問)可以在一定程度上解決樣本量不足帶來的問題；同時，大數(shù)據(jù)帶來的從尋求因果關(guān)系到關(guān)聯(lián)關(guān)系、由標(biāo)準(zhǔn)化模式向自組織學(xué)習(xí)的思維方式轉(zhuǎn)變，使得發(fā)現(xiàn)錯綜復(fù)雜事物間的關(guān)系變成可能，從而可以研究開放、復(fù)雜環(huán)境下交通網(wǎng)絡(luò)各要素間的關(guān)系，改善原有封閉式模型帶來的弊端，更多地從多角度、多層次認(rèn)識交通規(guī)律，提高城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行效益。

智能交通技術(shù)通過信息交流與互動，使交通網(wǎng)絡(luò)和出行活動更為精明，通過交通大數(shù)據(jù)環(huán)境，為交通研究提供新的觀測手段與研究基礎(chǔ)，同時促進交通系統(tǒng)各要素的聯(lián)系與銜接，使城市交通呈現(xiàn)開放性、自適應(yīng)性、自組織性、動態(tài)性的復(fù)雜系統(tǒng)特征，推動交通理論研究向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

總之，以信息技術(shù)為手段，促進城市交通網(wǎng)絡(luò)不同對象的聯(lián)系與協(xié)同，使整個交通系統(tǒng)更加優(yōu)化，使人的需求更好地得到滿足，使交通系統(tǒng)更加安全、環(huán)保、可持續(xù)是中國城市交通的發(fā)展方向與目標(biāo)。

5 結(jié)語

從城市交通學(xué)研究目標(biāo)和對象來講，服務(wù)于人的需求，組織城市可持續(xù)運行，應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)社會公平和可持續(xù)發(fā)展，保護和改善生態(tài)和人居環(huán)境。研究城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行是提高城市運行效益的關(guān)鍵，未來城市交通需求管理應(yīng)當(dāng)更加注重指導(dǎo)城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運行，建立適應(yīng)中國國情的城市交通模型。

大數(shù)據(jù)時代為城市交通學(xué)的發(fā)展提供機遇，應(yīng)用信息技術(shù)改善城市交通是當(dāng)前的重要課題。

致謝本文根據(jù)第十屆中國智能交通年會發(fā)言主題整理修改。參加本文研究寫作的有中國城市規(guī)劃設(shè)計研究院吳子嘯、付凌峰，北京交通發(fā)展研究中心溫慧敏、張盈盈、高永、張彭，北京工業(yè)大學(xué)陳艷艷、邊揚、舒詩楠，北京市建筑設(shè)計研究院有限公司高渝斐，在此表示感謝。同時特別感謝同濟大學(xué)楊佩昆教授支持此稿的審改。

[1]汪光燾.論城市交通學(xué)[J].城市交通，2015，13(5)：1-10.Wang Guangtao.Discussion on Urban Transportation Science[J].Urban Transport of China,2015,13(5):1-10.

[2]徐循初.城市道路與交通規(guī)劃[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

[3]王煒，過秀成，等.交通工程學(xué)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2000.

[4]邵春福，魏麗英，賈斌.交通流理論[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[5]楊佩昆，吳兵.交通管理與控制(第2版)[M].北京：人民交通出版社，2005.

[6]程琳.城市交通網(wǎng)絡(luò)流理論[M].南京：東南大學(xué)出版社，2010.

[7]中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心.第36次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計報告[R].北京：中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心，2015.

[8]Simini F,González M C,Maritan A,Barabási A L.A Universal Model for Mobility and Migration Patterns[J].Nature,2011(484):96-100.

Opportunity for Urban Transportation Development in the Era of Big Data

Wang Guangtao
(The China Science Center of International EurasianAcademy of Sciences,Beijing 100107)

By reviewing the way of thinking and technical methods in urban transportation research,this paper points out the development opportunity for urban transportation science in the era of big data.The paper indicates that facing informatization development,researchers should study not only interrelation between informatization development and urban transportation,but also the development and operation of urban transportation network with informatization development.The role of travel demand management in guiding the development and operation of urban transportation network is discussed.Based on the application of transportation models,the paper elaborates the technical support of big data technology for better understanding individual behaviors,travel characteristics and evolution,traditional transportation models,and etc.The paper proposes to develop urban transportation models that tailor to the Chinese travel characteristic and promote the development of urban transportation science.Finally,the paper points out that applying information technology to improve urban transportation is a key topic at present.

urban transportation science;big data era;Internet;demand management

1672-5328（2016）01-0001-07

U491

A

10.13813/j.cn11-5141/u.2016.0101

2015-12-15

國家自然科學(xué)基金項目“我國城市交通公交優(yōu)先發(fā)展戰(zhàn)略研究”(71241007)、美國能源基金會資助項目“關(guān)于采用公交分擔(dān)率評估城市公交優(yōu)先發(fā)展實施的研究”(G-1310-19273)、美國能源基金會資助項目“生態(tài)城市建設(shè)的環(huán)境績效評估研究”(G-1310-19279)

汪光燾(1943—)，男，安徽休寧人，高級工程師，副主席，原建設(shè)部部長，第十一屆全國人大環(huán)資委主任委員。主要研究方向：城市發(fā)展、農(nóng)村建設(shè)、城鎮(zhèn)化。E-mail:utf_utf@126.com