未來城市交通技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新
——“交通7+1論壇”第五十二次會(huì)議

彭宏勤，張國(guó)伍

(1.北京交通大學(xué) 中國(guó)綜合交通研究中心,北京100044；2.中國(guó)交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程專業(yè)委員會(huì),北京100044)

“交通7+1論壇”第五十二次會(huì)議于2018年9月29日下午在北京召開.參加會(huì)議的有院士傅志寰，論壇核心專家段里仁、王慶云、張國(guó)伍、毛保華、王江燕，主題發(fā)言人郭繼孚、周學(xué)松、吳建平、何東全，以及汪壽陽(yáng)、顧文選、郭小碚、沙洪江、姚明德、張建平、榮朝和、趙堅(jiān)、李春燕、項(xiàng)續(xù)朗、苑寶義、陳穎等專家學(xué)者、政府部門決策者、企業(yè)界管理者共50余人.會(huì)議的主題為“未來城市交通技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新”.會(huì)議由北京交通發(fā)展研究院承辦，毛保華、張國(guó)伍、王江燕主持.

郭繼孚：我的主題是未來的預(yù)約交通系統(tǒng).

城市交通系統(tǒng)的突出特點(diǎn)是巨系統(tǒng)和開放性.因此，影響城市交通的因素是多方面的，它們來自社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、交通設(shè)施水平、組織管理水平、土地利用分布、政策法規(guī)、價(jià)格體系等.

交通系統(tǒng)的復(fù)雜性，決定了城市交通問題既是經(jīng)濟(jì)學(xué)問題也是社會(huì)學(xué)問題，同時(shí)還是行為學(xué)問題和運(yùn)籌學(xué)問題.

我認(rèn)為導(dǎo)致城市交通出現(xiàn)隨機(jī)、無序、低效現(xiàn)象的原因是供需不平衡，是供需信息不對(duì)稱、不透明.以信息技術(shù)為推動(dòng)力，以人工智能為支撐，基于需求響應(yīng)的新交通理念，使未來交通工具能在更大范圍進(jìn)行共享.在全方位信息化的基礎(chǔ)上，借助大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，未來的交通系統(tǒng)會(huì)變得更加透明、可控、有序、高效.

目前在歐洲大范圍推進(jìn)的MaaS系統(tǒng)，就是預(yù)約交通系統(tǒng)的初級(jí)階段和原形.MaaS系統(tǒng)核心理念是通過信息化技術(shù)，整合多種交通工具，將出行者所有出行環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)從出發(fā)地到目的地之間的無縫銜接和一站式服務(wù).

已有約40款MaaS的手機(jī)APP，能綜合多種方式的全程出行.部分APP如IncenTrip，通過內(nèi)嵌激勵(lì)機(jī)制誘導(dǎo)和干預(yù)出行.其后臺(tái)系統(tǒng)可根據(jù)出行者在APP上預(yù)約的出行時(shí)間，構(gòu)造模型進(jìn)行運(yùn)算，給出獎(jiǎng)勵(lì)措施，誘導(dǎo)出行者調(diào)整出行時(shí)間，避開高峰和瓶頸.

搭建以預(yù)約為核心的交通系統(tǒng)，需要建立全覆蓋的交通信息實(shí)時(shí)感知系統(tǒng)和強(qiáng)大的交通云，由超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)需求響應(yīng)、需求干預(yù)、編制時(shí)刻表，使得交通系統(tǒng)能夠保持在最優(yōu)狀態(tài)下運(yùn)行.

在未來場(chǎng)景中，需求干預(yù)是關(guān)鍵，可通過交易機(jī)制、信用機(jī)制、競(jìng)價(jià)機(jī)制、激勵(lì)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)干預(yù).未來交通系統(tǒng)的效益體現(xiàn)在通過預(yù)約和干預(yù)，削減高峰出行量，同時(shí)滿足社會(huì)公眾的出行需求.

雄安新區(qū)是最有可能實(shí)現(xiàn)預(yù)約出行的區(qū)域.雄安新區(qū)的主要思路是將未來的交通全部高度組織化.進(jìn)入雄安新區(qū)的人員，先到城市交換中心CEC，然后通過區(qū)內(nèi)交通系統(tǒng)到達(dá)區(qū)內(nèi)各處.區(qū)內(nèi)交通系統(tǒng)采用按需配置策略，高峰時(shí)軌道交通提供服務(wù)，非高峰時(shí)公共汽車提供服務(wù)，晚上由網(wǎng)約車提供服務(wù).雄安新區(qū)的目標(biāo)是綠色出行比例占90%，小汽車出行低于10%，成為不堵車的城市.

北京冬奧會(huì)的散場(chǎng)組織工作可以借鑒國(guó)內(nèi)外案例，通過合理調(diào)度和全方位資源組織，實(shí)現(xiàn)散場(chǎng)人員錯(cuò)時(shí)離開，避免修建不必要的設(shè)施，避免投資浪費(fèi).

有技術(shù)、信息和激勵(lì)手段的支撐，我們完全可以重構(gòu)和重新組織交通.在信息化條件下，預(yù)約交通系統(tǒng)是我們的未來.

周學(xué)松：我交流的主題是超級(jí)交通仿真系統(tǒng)的技術(shù).

復(fù)雜多模式的交通系統(tǒng)需要一個(gè)仿真平臺(tái)來為下一代城市交通大腦做堅(jiān)強(qiáng)支撐.阿里巴巴的城市交通大腦有很多信息采集平臺(tái)，主要解決了系統(tǒng)的可觀性.出行需求和供給的急劇不平衡、交通設(shè)施承載率過高、交通行為高度復(fù)雜等對(duì)交通仿真系統(tǒng)提出更高的要求.

交通仿真需要大數(shù)據(jù)的支持，需要理解和描述復(fù)雜行為，需要對(duì)需求、供給和行為進(jìn)行綜合考慮.超級(jí)仿真系統(tǒng)必須解決3個(gè)科學(xué)問題：如何融合管理多源大數(shù)據(jù)？如何仿真多層次多模式的交通系統(tǒng)？如何描述復(fù)雜行為？

鑒于路網(wǎng)復(fù)雜和中國(guó)式交通特殊性，我們應(yīng)該從宏觀、中觀、微觀三個(gè)方面著手打造有自主產(chǎn)權(quán)的仿真系統(tǒng).宏觀上實(shí)現(xiàn)全市路網(wǎng)的秒級(jí)決策，將供給和需求模擬出來；中觀上能看到交通流所具有的排隊(duì)、消散特性的演變動(dòng)態(tài)過程，能對(duì)多模式的交通系統(tǒng)進(jìn)行仿真；微觀上要建統(tǒng)一的平臺(tái)，對(duì)本地化的交通行為進(jìn)行仿真.通過5年的工作，建立北京超級(jí)交通仿真系統(tǒng).

系統(tǒng)由承擔(dān)宏觀交通仿真、中觀交通仿真和微觀交通仿真的仿真引擎，為仿真引擎提供網(wǎng)絡(luò)準(zhǔn)備和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備的模塊，以及綜合可視化平臺(tái)構(gòu)成.

交通網(wǎng)絡(luò)劃分為三層次.宏觀是整個(gè)大區(qū)域網(wǎng)絡(luò)；中觀細(xì)到每個(gè)路段，但不考慮每條路道上交通行為；微觀可以考慮到非常細(xì)的路道.我們把所有路道劃分成7 m的小格進(jìn)行超微觀的模擬.對(duì)于交通網(wǎng)絡(luò)上的各種交通方式，采用網(wǎng)絡(luò)表達(dá)方式予以描述.

構(gòu)建多層次的交通仿真軟件需要多源異構(gòu)數(shù)據(jù)中心統(tǒng)合管理各類輸入輸出數(shù)據(jù)，為北京交通計(jì)算圖提供數(shù)據(jù)服務(wù).北京交通計(jì)算圖的核心思想是：以交通傳統(tǒng)的多層次模型為骨架，統(tǒng)合不同來源、不同粒度的多源數(shù)據(jù)，通過“前饋分配+反向傳導(dǎo)”機(jī)制構(gòu)建數(shù)據(jù)間相互關(guān)系.利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，采用多次前推和后推過程，進(jìn)行多方位的校核，在數(shù)據(jù)正確的情況下，對(duì)需求進(jìn)行科學(xué)整理.

在宏觀交通仿真方面，系統(tǒng)采用將存儲(chǔ)的“基礎(chǔ)路徑樹集合”再優(yōu)化后形成“新的路徑樹集合”的方法實(shí)現(xiàn)秒級(jí)計(jì)算.在中觀方面，對(duì)北京市的交通模型進(jìn)行梳理，實(shí)現(xiàn)北京市宏觀、中觀、微觀三個(gè)層次模型體系緊密銜接，采用統(tǒng)一的理論框架進(jìn)行仿真和模擬.在微觀方面，采用路徑生成來捕捉亂換道、亂插隊(duì)行為，以支撐中國(guó)式不規(guī)則行為治理，并運(yùn)用移動(dòng)閉塞的原理來刻畫各種資源的占用，對(duì)并道、換道行為進(jìn)行準(zhǔn)確描述.

吳建平：關(guān)于無人駕駛，麥肯錫做過比較系統(tǒng)的預(yù)測(cè)和研究.根據(jù)他的等級(jí)劃分，我們現(xiàn)在處在在2.5或者3的水平，離真正的無人駕駛還有相當(dāng)?shù)穆烦?

在無人駕駛技術(shù)發(fā)展的過程中需要有持續(xù)的投入.不同等級(jí)無人駕駛技術(shù)都要有相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景，才能不斷獲得投入，以促進(jìn)技術(shù)發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展.

車頭間距的大小與駕駛員反應(yīng)時(shí)間密切相關(guān).現(xiàn)在的無人駕駛技術(shù)能將機(jī)器反應(yīng)決策時(shí)間縮減到百分之一秒，未來縮減到千分之一秒時(shí)基本上能實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的同步，使車頭間距縮短到1～2 m，道路通行能力將提高3～5倍.無人駕駛替代有人駕駛，可將人為造成的事故大幅度減少，極大提升道路交通安全性.

在未來無人駕駛+共享交通的時(shí)代，完全可由社會(huì)提供服務(wù)來滿足人們的出行需求.如果統(tǒng)籌車輛的使用，人們的購(gòu)車需求和停車需求會(huì)大幅度降低.人們的生活方式、出行習(xí)慣和工作習(xí)慣會(huì)發(fā)生巨大的變化，社會(huì)的公平性會(huì)得到極大的改善.

無人駕駛可以分為車輛具有感知和決策能力的無人駕駛與基于車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無人駕駛兩種.未來無人駕駛一定會(huì)走向兩種技術(shù)的融合，向既有聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐，也有自身智慧形成的方向發(fā)展.

為了使無人駕駛汽車滿足在道路上行駛的要求，無人駕駛汽車的測(cè)試研究廣受關(guān)注.不少汽車廠商當(dāng)前采用的是閉門測(cè)試或蠻力測(cè)試.為了降低測(cè)試代價(jià)和縮短測(cè)試周期，綜合測(cè)試應(yīng)運(yùn)而生.綜合測(cè)試是在大型測(cè)試場(chǎng)地上為無人駕駛汽車營(yíng)造各種復(fù)雜的場(chǎng)景，使無人駕駛汽車增強(qiáng)復(fù)雜環(huán)境下的適應(yīng)能力.

最新的測(cè)試方式為虛擬體系測(cè)試+實(shí)地體系測(cè)試.該測(cè)試方式是先對(duì)無人駕駛汽車進(jìn)行各種復(fù)雜仿真場(chǎng)景測(cè)試，然后放入測(cè)試場(chǎng)地實(shí)地測(cè)試，以進(jìn)一步縮短測(cè)試時(shí)間和降低測(cè)試費(fèi)用.

3)在保證四邊簡(jiǎn)支類方形蜂窩夾芯壁長(zhǎng)不變情況下，增大類方形蜂窩夾芯壁厚，2種壁厚類型的類方形蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的固有頻率均呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢(shì)；當(dāng)壁厚t較小時(shí)，t對(duì)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)彎曲剛度作用較等效密度明顯，夾層結(jié)構(gòu)固有頻率呈上升趨勢(shì)；當(dāng)壁厚t增大到較大水平(t>0.02 mm)時(shí)，等效密度較彎曲剛度對(duì)固有頻率影響更顯著，此時(shí)夾層結(jié)構(gòu)固有頻率隨壁厚增大而減小。

我們應(yīng)該對(duì)無人駕駛汽車技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行深入研究，以制定未來交通控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與法律法規(guī)，指導(dǎo)未來道路基礎(chǔ)設(shè)施和未來交通管理系統(tǒng)的建設(shè).

針對(duì)未來交通系統(tǒng)中的無人駕駛，有許多需要仿真研究的問題.FLOWSIM軟件是一個(gè)有效的仿真系統(tǒng).FLOWSIM的核心思想是基于道路上每個(gè)交通參與者個(gè)體行為來建立行為模型.在模型庫(kù)建立時(shí)，挑選數(shù)百名駕駛員，通過采集各種環(huán)境下的響應(yīng)行為數(shù)據(jù)，為駕駛員建立駕駛行為模型.仿真系統(tǒng)中的每輛車都可以隨機(jī)產(chǎn)生跟車模型和換道模型，也可以指定某一輛車為無人駕駛車輛，并將無人駕駛控制模塊體系賦予該無人駕駛車輛，使其具有無人駕駛特性.

利用仿真系統(tǒng)，可以研究無人駕駛汽車與有人駕駛汽車之間的互動(dòng)，考察有人駕駛汽車的行為和動(dòng)作會(huì)引起無人駕駛汽車所產(chǎn)生的反應(yīng)，以及無人駕駛汽車特殊反應(yīng)會(huì)引起其他有人駕駛車輛的反應(yīng)情況.仿真分析還可以用來評(píng)價(jià)道路的間隔、能力的提升、平穩(wěn)度的提升、車流穩(wěn)定性的提升及對(duì)旅行時(shí)間的影響.

何東全：實(shí)現(xiàn)美好愿景是我們長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo).我們必須通過點(diǎn)滴工作的積累，才能逐漸達(dá)成遠(yuǎn)大的目標(biāo).

發(fā)展城市智慧，首先要打破數(shù)據(jù)孤島.當(dāng)前進(jìn)行大數(shù)據(jù)建設(shè)的部門或單位很多，但相通性不足.我認(rèn)為大數(shù)據(jù)必須是多源數(shù)據(jù)整合.大數(shù)據(jù)不是僅僅體現(xiàn)在數(shù)據(jù)量的大小，而是由數(shù)據(jù)源的多少?zèng)Q定大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的效率與效果.

我們?cè)诎l(fā)展城市智慧中的第1項(xiàng)工作是對(duì)城市底層數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘.城市底層數(shù)據(jù)包括道路網(wǎng)、各種各樣的城市空間、建筑輪廓、興趣點(diǎn)及住宅.我們挖掘信息的思路是根據(jù)需求做技術(shù)的匹配.為獲得城市底層數(shù)據(jù)，我們首先搭建了開放的系統(tǒng)，以便隨時(shí)納入新數(shù)據(jù).在實(shí)踐中，我們以多源數(shù)據(jù)(數(shù)衛(wèi)星影象、房屋服務(wù)商、城市測(cè)繪數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)、地圖APP等)為基礎(chǔ)，對(duì)城市建筑進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別.

在武漢市的項(xiàng)目中，我們對(duì)所有建筑物的功能、年代、樓高、層數(shù)等屬性進(jìn)行了標(biāo)注.信息獲取不是用傳統(tǒng)調(diào)研方式，而是采用大數(shù)據(jù)的方式來解決的.在挖掘建筑物的經(jīng)濟(jì)信息如建設(shè)年代時(shí)，用到了數(shù)值仿真和人工智能技術(shù).通過開發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，學(xué)習(xí)建筑師的判斷思路，進(jìn)行建筑物年代分析.通過房屋租賃信息，將建筑物的價(jià)格和成本全部挖掘出來.當(dāng)人工智能技術(shù)形成體系后，就可以快速更新和復(fù)制.在此基礎(chǔ)上，我們還進(jìn)行了碳達(dá)峰分析，計(jì)算每個(gè)建筑物的能耗與改造成本.

我們利用大數(shù)據(jù)技術(shù)將整個(gè)京津冀大區(qū)域所有交通網(wǎng)絡(luò)、所有污染源和工廠、建筑物立面、建筑物功能、哪些建筑需要供暖等多層次問題放在同一張圖上，為城市管理運(yùn)營(yíng)服務(wù).在新區(qū)規(guī)劃項(xiàng)目中，我們采用大數(shù)據(jù)的方式，來探討交通配置、基礎(chǔ)設(shè)施配置、所有建筑的功能及空間位置、公交覆蓋率、醫(yī)院覆蓋率.實(shí)時(shí)更新的系統(tǒng)能夠滿足城市規(guī)劃運(yùn)行管理的需要.

在某條河流的環(huán)保項(xiàng)目中，我們把河水的污染、各個(gè)水質(zhì)斷面的污染情況和周圍任何一個(gè)排放源進(jìn)行有效的銜接和關(guān)聯(lián).任何一個(gè)水質(zhì)斷面發(fā)生水質(zhì)變化，都可以通過系統(tǒng)快速判斷是哪里出了問題，確定怎樣快速解決問題.系統(tǒng)只需要水務(wù)部門將水質(zhì)斷面數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)和污染源數(shù)據(jù)整合后放在一張圖上即可.有了實(shí)時(shí)快速監(jiān)控系統(tǒng)，環(huán)境的監(jiān)控水平能實(shí)現(xiàn)較大的提升.

大數(shù)據(jù)和人工智能應(yīng)該在3個(gè)層面提供服務(wù)，即為政府的運(yùn)行和管理服務(wù)、為企業(yè)的運(yùn)行和管理服務(wù)及對(duì)每個(gè)用戶的服務(wù).為實(shí)現(xiàn)服務(wù)政府和企業(yè)的目標(biāo)，需要將先進(jìn)技術(shù)與政府需求有效整合，同時(shí)用普遍性的技術(shù)，打破傳統(tǒng)數(shù)據(jù)孤島和數(shù)據(jù)壁壘.

在制定城市建設(shè)規(guī)劃時(shí)，可以采用大數(shù)據(jù)的方式，將整個(gè)城市道路網(wǎng)監(jiān)控起來，通過大量人工智能的訓(xùn)練，判斷每一條道路對(duì)行人的友好性、對(duì)公交的友好性、擁堵程度、改造或拆遷量等，以解決基礎(chǔ)性的城市運(yùn)行管理問題.

在城市中，可以通過大數(shù)據(jù)挖掘的方式，形成一整套指數(shù)和導(dǎo)則，用于評(píng)估街道的便捷程度、安全性、舒適性、污染水平等.

做大數(shù)據(jù)，首先要強(qiáng)調(diào)綜合，要將多源數(shù)據(jù)搭建在同一個(gè)系統(tǒng)上.其次要強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)源和體系的開放，要不斷納入新的體系和數(shù)據(jù).

我認(rèn)為大數(shù)據(jù)發(fā)展的浪潮，一定會(huì)到來，但是過程可能會(huì)比較曲折和漫長(zhǎng).