大數(shù)據(jù)支撐下的交通需求管理體系研究

熊 杰，陳 彪，李向楠，陳艷艷，郝世洋

(1.北京工業(yè)大學(xué)，北京市交通工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124；2.中國(guó)民航機(jī)場(chǎng)建設(shè)集團(tuán)公司，北京 100101；3.中國(guó)建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100044)

0 引言

中國(guó)城鎮(zhèn)化、機(jī)動(dòng)化持續(xù)快速發(fā)展使得大城市交通供需失衡現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，交通擁堵成為制約城市發(fā)展的瓶頸。解決城市交通擁堵問(wèn)題已是提高居民生活質(zhì)量、增強(qiáng)城市吸引力的關(guān)鍵。交通擁堵問(wèn)題的實(shí)質(zhì)是交通供給與需求不均衡造成的，主要表現(xiàn)為交通網(wǎng)絡(luò)的空間與時(shí)間維度的不均衡。傳統(tǒng)的解決方法主要是以供養(yǎng)需，是一種比較被動(dòng)的方法，而交通需求管理是一種主動(dòng)方法，側(cè)重通過(guò)交通需求的具體引導(dǎo)、調(diào)節(jié)與管理，降低道路交通負(fù)荷，使交通供需回歸平衡，達(dá)到緩解交通擁堵的目的。

自20 世紀(jì)末，中國(guó)許多城市先后興起了對(duì)交通需求管理的探索和實(shí)踐，大多通過(guò)價(jià)格策略、行政管制措施等統(tǒng)籌考慮綜合的、讓公眾理解的交通需求管理方案。而城市在需求管理政策的制定與實(shí)施方面仍然存在諸多問(wèn)題，表現(xiàn)為政策的針對(duì)性較差，行政管理手段過(guò)多，引導(dǎo)性、經(jīng)濟(jì)性、服務(wù)性的靈活的管理措施欠缺，缺乏從需求演變規(guī)律、公平性、經(jīng)濟(jì)性、公眾可接受程度等多個(gè)維度的綜合考量，導(dǎo)致政策只能在短期內(nèi)發(fā)揮一定成效，可持續(xù)性不強(qiáng)。因此，迫切需要進(jìn)一步挖掘出行需求特征與演變規(guī)律，豐富主動(dòng)式的需求管理手段，并對(duì)政策的執(zhí)行進(jìn)行長(zhǎng)期的跟蹤評(píng)價(jià)和反饋優(yōu)化，轉(zhuǎn)變對(duì)交通需求的理解并提出適應(yīng)的對(duì)策和措施[1]。

大數(shù)據(jù)、信息化的發(fā)展為城市交通研究提供了新的契機(jī)和科學(xué)的手段，也給交通系統(tǒng)帶來(lái)了深刻變革，主要表現(xiàn)為信息采集從單一數(shù)據(jù)來(lái)源向多部門數(shù)據(jù)整合發(fā)展，數(shù)據(jù)分析從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理向大數(shù)據(jù)深度挖掘發(fā)展，決策支持從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)向智能化決策支持發(fā)展，信息發(fā)布從被動(dòng)查詢服務(wù)向全面、主動(dòng)、個(gè)性化服務(wù)發(fā)展。交通信息服務(wù)模式的創(chuàng)新，極大影響了市民的出行習(xí)慣和出行選擇，也催生了服務(wù)企業(yè)的新業(yè)態(tài)，進(jìn)一步影響城市交通需求的時(shí)空分布，甚至?xí)绊懛?wù)業(yè)布局和城市布局的調(diào)整。因此，利用大數(shù)據(jù)與信息化技術(shù)充分挖掘居民出行行為并探索需求演變機(jī)理，進(jìn)而支撐交通需求管理政策的精準(zhǔn)化制定并對(duì)其實(shí)施效果進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，是當(dāng)前城市交通需求管理體系中尚待深入研究的關(guān)鍵課題。

1 交通需求管理概述

交通需求管理，從廣義上說(shuō)是指通過(guò)交通政策、管控措施與法規(guī)等的導(dǎo)向作用，促進(jìn)交通參與者選擇行為的變更，以減少機(jī)動(dòng)車出行量、減輕或消除交通擁堵；從狹義上說(shuō)是指為削減高峰時(shí)段一人乘車的小汽車通勤交通量而采取的綜合性交通政策[2]。其實(shí)質(zhì)是強(qiáng)調(diào)從源頭上對(duì)人的出行需求進(jìn)行引導(dǎo)和調(diào)控，達(dá)到交通生成與設(shè)施供應(yīng)的平衡；強(qiáng)調(diào)精細(xì)地設(shè)計(jì)與配置交通設(shè)施資源；強(qiáng)調(diào)對(duì)交通結(jié)構(gòu)的優(yōu)化管理，減少對(duì)小汽車出行的依賴；強(qiáng)調(diào)促進(jìn)公共交通優(yōu)先與步行和自行車交通保障，引導(dǎo)人們睿智、高效、安全的出行。

在當(dāng)前大數(shù)據(jù)與信息化技術(shù)迅速發(fā)展并不斷向行業(yè)滲透的背景下，城市交通需求管理理論體系又有了較大的豐富和拓展，主要表現(xiàn)為：

1）政策制定的要素拓展。

城市可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施是城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運(yùn)行，而大數(shù)據(jù)支撐下的城市交通需求管理發(fā)揮著指導(dǎo)并調(diào)控城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運(yùn)行的重要作用。在交通需求管理政策的制定中，應(yīng)綜合考慮經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會(huì)、環(huán)境、技術(shù)等因素，界定可持續(xù)發(fā)展的交通需求管理政策的內(nèi)涵，研究城市交通需求管理政策作為公共政策，在制定過(guò)程中的主體、客體以及政策制定的目標(biāo)、過(guò)程、環(huán)境及依據(jù)，確保政策的科學(xué)性和可實(shí)施性。

2）需求管理體系趨向復(fù)雜性與系統(tǒng)性。

隨著多源大數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、挖掘等一系列技術(shù)的發(fā)展和交通信息化進(jìn)程的加快，新形勢(shì)下交通需求管理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。以促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展、調(diào)控交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行作為政策目標(biāo)，在經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會(huì)、環(huán)境、技術(shù)等因素的約束下，通過(guò)信息化手段、大數(shù)據(jù)處理分析技術(shù)支撐相應(yīng)政策制定，輸出以城市可持續(xù)發(fā)展為導(dǎo)向的交通需求管理政策。然后，根據(jù)數(shù)據(jù)反饋的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行結(jié)果與公眾對(duì)政策的反應(yīng)進(jìn)行重新制定或者調(diào)整，建立政策制定及持續(xù)改進(jìn)工作機(jī)制。最終建立基于系統(tǒng)理論的以大數(shù)據(jù)技術(shù)、信息化手段為基礎(chǔ)的交通需求管理政策制定方法，具有多學(xué)科的復(fù)雜性和多維度的系統(tǒng)性。

3）決策依據(jù)與作用方式的改變。

新形勢(shì)下的交通需求管理應(yīng)充分借助大數(shù)據(jù)、信息化等技術(shù)深入挖掘居民出行行為機(jī)理、信息化時(shí)代下人的需求變化，以城市交通可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，從根源提出實(shí)現(xiàn)總量控制、出行空間均衡、出行時(shí)間調(diào)控、交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化的長(zhǎng)效發(fā)展策略等，充分發(fā)揮交通組織管理優(yōu)勢(shì)并引導(dǎo)供需，從而實(shí)現(xiàn)交通網(wǎng)絡(luò)的精準(zhǔn)化調(diào)控與匹配，改善整體交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率。

2 大數(shù)據(jù)背景下的交通需求管理體系

2.1 大數(shù)據(jù)對(duì)交通需求管理的支撐作用

隨著信息技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等的快速發(fā)展，數(shù)字城市與智慧城市接踵而來(lái)，也直接推動(dòng)了大數(shù)據(jù)時(shí)代的來(lái)臨。在交通領(lǐng)域，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集向電子化設(shè)備與高級(jí)應(yīng)用轉(zhuǎn)變，助力交通大數(shù)據(jù)的形成與發(fā)展。從傳統(tǒng)的感應(yīng)線圈和微波雷達(dá)等固定檢測(cè)、基于浮動(dòng)車的移動(dòng)檢測(cè)，向北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、智能手機(jī)、智能穿戴設(shè)備、IC卡等新型檢測(cè)手段，以及集約的交通傳感器布局和穩(wěn)定的多源數(shù)據(jù)融合方向發(fā)展。交通大數(shù)據(jù)為出行需求感知、預(yù)測(cè)及精準(zhǔn)服務(wù)提供了最基本的數(shù)據(jù)支撐，為解決城市交通供需不匹配問(wèn)題提供了新方法，也是交通需求管理政策精準(zhǔn)化制定與科學(xué)評(píng)估的重要保障。

目前，交通領(lǐng)域應(yīng)用較廣泛的數(shù)據(jù)源主要包括手機(jī)信令數(shù)據(jù)、公共交通IC 卡數(shù)據(jù)、浮動(dòng)車數(shù)據(jù)、公共汽車GPS數(shù)據(jù)、線圈或視頻檢測(cè)器數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)眾包數(shù)據(jù)等，結(jié)合先進(jìn)的數(shù)據(jù)融合、存儲(chǔ)、處理技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)出行的多維度感知、出行機(jī)理分析挖掘、出行研判等支持交通需求管理政策制定的前期工作。

在交通數(shù)據(jù)感知方面，通過(guò)對(duì)海量多源異構(gòu)交通大數(shù)據(jù)的處理、融合、挖掘，可以從宏觀上掌握交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，并準(zhǔn)確獲取城市交通出行信息，如利用互聯(lián)網(wǎng)+交通眾包數(shù)據(jù)探查交通擁堵?tīng)顩r的時(shí)空分布，這些信息可幫助出行者合理制定出行計(jì)劃達(dá)到交通自組織的效果，也可為政府制定路徑誘導(dǎo)、錯(cuò)峰出行等方面的交通需求管理政策提供數(shù)據(jù)支持。另一方面，利用公共交通IC卡數(shù)據(jù)、手機(jī)信令數(shù)據(jù)等多源交通大數(shù)據(jù)可以從微觀層面上提取個(gè)體門到門全過(guò)程出行鏈信息。通過(guò)對(duì)海量出行鏈信息的整合又可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)一系列出行需求分析，例如出行時(shí)空分布挖掘、通勤出行辨識(shí)、工作地居住地模糊識(shí)別等，其分析結(jié)果可從公共交通系統(tǒng)優(yōu)化、城市功能布局等方面為交通需求管理提供支持。圖1 為基于出行鏈數(shù)據(jù)得到的北京市公共汽車出行時(shí)間分布。

基于數(shù)據(jù)感知與需求分析結(jié)果，一方面可以實(shí)時(shí)掌握路網(wǎng)中各路段的供需平衡狀況，并對(duì)當(dāng)前交通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)水平進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，進(jìn)而通過(guò)探查網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)瓶頸點(diǎn)與瓶頸時(shí)段進(jìn)行運(yùn)營(yíng)狀況與運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)分析，為城市交通的客觀評(píng)價(jià)與持續(xù)改進(jìn)提供重要的數(shù)據(jù)支持，也使交通需求管理政策的制定更有針對(duì)性；另一方面，基于大數(shù)據(jù)分析可進(jìn)一步探索出行需求演變機(jī)理，具體可基于精細(xì)化人群或區(qū)域分類對(duì)不同類別的出行行為建模，結(jié)合多智能體仿真可對(duì)不同人群或區(qū)域?qū)崿F(xiàn)在出行方式或路徑選擇上的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，相關(guān)技術(shù)可以為交通需求管理政策實(shí)施后的效果預(yù)判奠定基礎(chǔ)。

2.2 信息化對(duì)交通需求管理的影響

大數(shù)據(jù)與信息化關(guān)系密切，相輔相成，二者均為城市交通現(xiàn)代化發(fā)展中不可分割的重要組成。具體表現(xiàn)為：大數(shù)據(jù)是信息化的重要產(chǎn)物，其相關(guān)技術(shù)也是信息化發(fā)展水平的客觀體現(xiàn)；而信息化則為大數(shù)據(jù)的產(chǎn)生與獲取提供了眾多技術(shù)平臺(tái)。例如，通過(guò)IC卡交易系統(tǒng)可實(shí)時(shí)獲取海量乘客的公共汽車、地鐵刷卡數(shù)據(jù)，以便準(zhǔn)確掌握公共交通出行需求；公共汽車GPS系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)回傳車輛的位置、速度等運(yùn)行數(shù)據(jù)，為運(yùn)營(yíng)企業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控、在線調(diào)度以及輔助決策提供支持；智能手機(jī)的普及使手機(jī)運(yùn)營(yíng)商掌握海量出行個(gè)體的位置信息，使門到門全過(guò)程出行鏈感知成為可能。

此外，隨著信息化建設(shè)的深入，互聯(lián)網(wǎng)普及率不斷增長(zhǎng)，人們的生活、工作以及交通需求也發(fā)生了巨大變化?；ヂ?lián)網(wǎng)通過(guò)與交通行業(yè)或交通領(lǐng)域合作直接影響城市交通，例如，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)+停車、互聯(lián)網(wǎng)+網(wǎng)約車、互聯(lián)網(wǎng)+車輛分時(shí)租賃等方式，使城市停車、租車、打車問(wèn)題也得到較大改善；另一方面，互聯(lián)網(wǎng)還可通過(guò)工作、醫(yī)療、教育、購(gòu)物等活動(dòng)對(duì)城市交通產(chǎn)生間接影響，通過(guò)客貨流出行轉(zhuǎn)化的方式有效控制出行需求，同時(shí)對(duì)出行目的地、出行時(shí)間、方式與路徑選擇均可能產(chǎn)生影響。表1 總結(jié)了信息化時(shí)代下的若干代表性互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)對(duì)出行需求的影響。

圖1 北京市公共汽車出行時(shí)間分布Fig.1 Distribution of bus travel time in Beijing

鑒于信息化建設(shè)對(duì)出行需求的深刻影響，未來(lái)在交通需求管理中更應(yīng)注重主動(dòng)式信息服務(wù)對(duì)出行需求的引導(dǎo)作用，即充分依托信息化平臺(tái)的大數(shù)據(jù)資源，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、呼叫中心、VMS 可變信息板、手機(jī)和PDA等移動(dòng)終端、交通廣播等視頻音頻裝置為出行者提供安全、便捷、可靠的出行信息服務(wù)，讓公眾切身感受到交通信息服務(wù)的便利，同時(shí)科學(xué)引導(dǎo)出行需求，達(dá)到提升交通網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)營(yíng)效率的目的。要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，應(yīng)該從定量層面深入探討不同交通信息或信息服務(wù)方式對(duì)出行時(shí)間、出行方式和路徑選擇等方面的影響；此外，還應(yīng)重點(diǎn)完善城市交通信息化的總體發(fā)展框架，最大限度地發(fā)揮其功能和作用，提升交通行業(yè)信息化管理與服務(wù)水平，最終實(shí)現(xiàn)信息資源的深度整合利用，促成信息化與交通需求管理的深度融合與協(xié)同發(fā)展。

表1 信息化對(duì)出行需求的影響Tab.1 The impact of informatics on travel demand

圖2 傳統(tǒng)交通需求管理體系框架Fig.2 Framework of traditional TDM system

2.3 大數(shù)據(jù)下的交通需求管理體系框架

2.3.1 傳統(tǒng)交通需求管理體系

傳統(tǒng)交通需求管理體系框架如圖2 所示。一方面，通過(guò)人工計(jì)數(shù)、問(wèn)卷調(diào)查的方法獲取現(xiàn)有的交通數(shù)據(jù)，利用四階段法等傳統(tǒng)交通預(yù)測(cè)方法預(yù)測(cè)交通需求，進(jìn)而指導(dǎo)城市交通規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行，之后通過(guò)交通調(diào)查的方式回到傳統(tǒng)交通數(shù)據(jù)獲取；另一方面，基于小樣本交通數(shù)據(jù)制定交通需求管理政策，調(diào)控交通需求，從而影響交通運(yùn)行。

2.3.2 大數(shù)據(jù)下的交通需求管理體系

1）體系框架。

大數(shù)據(jù)下的交通需求管理體系如圖3 所示。一方面，基于現(xiàn)有的交通運(yùn)行狀態(tài)，利用新技術(shù)收集動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)構(gòu)建多源化交通數(shù)據(jù)庫(kù)，并利用多智能體仿真、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)交通需求預(yù)測(cè)，從而指導(dǎo)當(dāng)前多層次交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃與建設(shè)，最終實(shí)現(xiàn)多層次交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與運(yùn)行。另一方面，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)既不斷豐富了多源交通數(shù)據(jù)庫(kù)，又可參與并實(shí)現(xiàn)多層次交通網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)。針對(duì)評(píng)價(jià)中出現(xiàn)的主要問(wèn)題，有側(cè)重地進(jìn)行交通需求管理政策制定與預(yù)評(píng)估，而多源化交通大數(shù)據(jù)又對(duì)政策的制定提供了有力支撐，最終通過(guò)政策的實(shí)施實(shí)現(xiàn)多種交通需求的動(dòng)態(tài)調(diào)整與滾動(dòng)優(yōu)化。

光譜衍射效率可以根據(jù)圖的縱坐標(biāo)的光強(qiáng)衍射強(qiáng)度與基準(zhǔn)光強(qiáng)度的相對(duì)比值,可得到在特定波長(zhǎng)下的光譜衍射效率,其計(jì)算公式為其中I0為原始光譜的總強(qiáng)度,I(為經(jīng)衍射后的光譜強(qiáng)度,Imin為噪聲強(qiáng)度[8]。運(yùn)用MATLAB對(duì)衍射強(qiáng)度信息編程計(jì)算,最終得到光譜衍射效率,其部分光譜衍射效率如圖9所示。

2）技術(shù)支撐。

為實(shí)現(xiàn)上述大數(shù)據(jù)下的交通需求管理體系，并指導(dǎo)城市交通網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)運(yùn)行及調(diào)整，需要一系列大數(shù)據(jù)處理挖掘技術(shù)作為支撐，目前研究較為廣泛的技術(shù)有深度學(xué)習(xí)技術(shù)與多智能體仿真技術(shù)。

①深度學(xué)習(xí)技術(shù)。

深度學(xué)習(xí)的概念源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。含多隱層的多層感知器就是一種深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)。深度學(xué)習(xí)通過(guò)組合低層特征形成更加抽象的高層表示屬性類別或特征，以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式特征表示。例如，利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)可實(shí)時(shí)分析城市交通量，利用時(shí)間序列法進(jìn)行城市交通流的短時(shí)預(yù)測(cè)，從而調(diào)整信號(hào)燈配時(shí)、縮短車輛等待時(shí)間、提升城市道路運(yùn)行效率。城市級(jí)的人工智能大腦可實(shí)時(shí)掌握城市道路上通行車輛的軌跡信息、停車場(chǎng)的車輛信息以及小區(qū)的停車信息，能夠提前預(yù)測(cè)交通量變化和車位數(shù)變化，合理調(diào)配資源、疏導(dǎo)交通，實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)、火車站、汽車站、商圈的大規(guī)模交通協(xié)同調(diào)度，提升整個(gè)城市的運(yùn)行效率，為居民暢通出行提供保障。

②多智能體仿真技術(shù)。

多智能體系統(tǒng)是指至少由兩個(gè)或兩個(gè)以上智能體組成，在資源有限的情況下，智能體之間、智能體與環(huán)境之間通過(guò)相互交互、協(xié)商、合作共同完成單個(gè)智能體無(wú)法完成的既定任務(wù)的系統(tǒng)。由于在同一個(gè)多智能體系統(tǒng)中各智能體可以異構(gòu)，因此多智能體仿真技術(shù)對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)具有無(wú)可比擬的表達(dá)力，它為各種實(shí)際系統(tǒng)的研究提供了一種統(tǒng)一的框架和模型，因而可完成大的復(fù)雜系統(tǒng)的作業(yè)任務(wù)。多智能體仿真技術(shù)具有自主性、分布性、協(xié)調(diào)性，并具有自組織能力、學(xué)習(xí)能力和推理能力。采用多智能體系統(tǒng)解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題具有很強(qiáng)的魯棒性和可靠性，并具有較高的問(wèn)題求解效率，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣闊，具有潛在的巨大市場(chǎng)。目前，多智能體已經(jīng)用于智能機(jī)器人，網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化與智能化，協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)、交通控制和分布式智能決策等多個(gè)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用中。

相對(duì)于傳統(tǒng)的建模方法，復(fù)雜系統(tǒng)多智能體建模方法能夠更好地表征交通系統(tǒng)的復(fù)雜性和適應(yīng)性；采用自下而上的模擬方法，注重對(duì)系統(tǒng)中個(gè)體行為的模擬，更接近現(xiàn)實(shí)；可以考察不確定條件下的出行者決策特征。近年來(lái)，智能體仿真技術(shù)作為一門新興的技術(shù)，在交通領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛：一方面是利用多智能體系統(tǒng)的思想將一個(gè)交通系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)分解，形成多個(gè)智能體組成的系統(tǒng)，然后由各個(gè)智能體交互、協(xié)商共同完成復(fù)雜系統(tǒng)的任務(wù)，以達(dá)到系統(tǒng)的效益最優(yōu)，一般用于區(qū)域控制、誘導(dǎo)系統(tǒng)等；另一方面應(yīng)用是對(duì)交通行為個(gè)體進(jìn)行建模，進(jìn)而模擬交通流。在對(duì)交通個(gè)體行為進(jìn)行分析時(shí)，通常情況下會(huì)結(jié)合微觀交通仿真工具來(lái)驅(qū)動(dòng)智能體模型。通過(guò)引入智能體仿真技術(shù)，可以有效提高仿真系統(tǒng)的真實(shí)性和可靠性，從而更好地為研究者提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)和良好的仿真環(huán)境，更能滿足研究者的需求。

3 大數(shù)據(jù)與信息化背景下的交通需求管理政策制定

3.1 政策制定思路

圖3 大數(shù)據(jù)下的交通需求管理體系框架Fig.3 Framework of TDM system under big data

在具體政策制定與實(shí)施過(guò)程中，制定者由具體問(wèn)題出發(fā)，對(duì)不同區(qū)域與不同類型的出行者分別制定管理目標(biāo)以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化的政策調(diào)控，管理目標(biāo)仍可基于總量控制、分布調(diào)整、空間與時(shí)間調(diào)控、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等維度確定；進(jìn)而根據(jù)不同維度目標(biāo)，建立相對(duì)應(yīng)的需求管理措施并生成措施集合；在經(jīng)過(guò)方案初篩后，政策制定者利用大數(shù)據(jù)對(duì)篩選后的方案進(jìn)行實(shí)施前預(yù)測(cè)、比選，確定實(shí)施方案；最后基于實(shí)施后的交通大數(shù)據(jù)，對(duì)交通需求管理政策進(jìn)行事后評(píng)估，同時(shí)根據(jù)評(píng)估結(jié)果滾動(dòng)調(diào)整交通需求管理政策。

3.2 各維度的具體策略制定

從城市交通需求產(chǎn)生機(jī)理可以看出，人的出行活動(dòng)具有一定的彈性和可塑性，其具體程度由出行者屬性與出行活動(dòng)屬性共同決定。前者指出行者的性別、年齡、職業(yè)等，后者指出行起訖點(diǎn)、出行目的、出行時(shí)間、選擇路徑等[4]。交通需求管理政策制定的主要出發(fā)點(diǎn)就是利用出行的這一特性，針對(duì)出行的不同維度與不同屬性的出行者制定合適的需求管理策略，達(dá)到對(duì)出行行為進(jìn)行更有針對(duì)性的差別化干預(yù)和引導(dǎo)的目的，更好地實(shí)現(xiàn)交通供需在空間與時(shí)間上的平衡。具體來(lái)講，可以從5 個(gè)維度對(duì)出行進(jìn)行人為干預(yù)和引導(dǎo)，并研究制定相應(yīng)的交通需求管理政策。

圖4 大數(shù)據(jù)支撐下的交通需求管理政策制定思路Fig.4 Policy-making in TDM under the support of big data

1）出行總量控制維度。

在城市交通需求的總量控制方面，從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度，應(yīng)堅(jiān)持貫徹“以公共交通為導(dǎo)向的開(kāi)發(fā)(TOD)”的城市發(fā)展理念，對(duì)用地進(jìn)行合理規(guī)劃、布局和調(diào)整；從中短期角度，目前許多城市施行的小汽車搖號(hào)、尾號(hào)限行等政策均屬于該維度范疇。值得一提的是，現(xiàn)階段還應(yīng)充分利用信息化背景下的互聯(lián)網(wǎng)+思維，結(jié)合個(gè)體出行目的對(duì)出行需求進(jìn)行有針對(duì)性得調(diào)控，從而消除或轉(zhuǎn)移不必要的出行需求，達(dá)到控制出行總量的目的。具體措施包括提倡家庭辦公、在線教育、電話會(huì)議，發(fā)展網(wǎng)上購(gòu)物、遠(yuǎn)程醫(yī)療等。

2）出行分布調(diào)整維度。

該維度旨在通過(guò)城市TOD 布局規(guī)劃、一定程度上的混合土地利用以及建立多核心城市等手段調(diào)整居民出行分布，尤其是通過(guò)產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整通勤起訖點(diǎn)分布，達(dá)到縮短居民出行距離的目的。城市布局形態(tài)調(diào)整是該維度實(shí)施中的重點(diǎn)，具體包括人口布局、崗位分布、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)布局、土地功能布局等，因此涉及的城市數(shù)據(jù)眾多，且一般為靜態(tài)數(shù)據(jù)。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的推進(jìn)，未來(lái)的工作重點(diǎn)應(yīng)著眼于各項(xiàng)數(shù)據(jù)的整合，并融合信息化手段進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，盡可能達(dá)到使出行需求分散化、均勻化、就近化的效果；同時(shí)能夠準(zhǔn)確識(shí)別相對(duì)集中且長(zhǎng)距離的出行需求，有針對(duì)性地配置快速公共交通資源，使調(diào)整交通需求分布與優(yōu)化交通結(jié)構(gòu)相結(jié)合。

3）出行空間均衡維度。

該維度指通過(guò)對(duì)路徑誘導(dǎo)、信息推送等手段對(duì)出行路徑進(jìn)行引導(dǎo)，使出行需求在路網(wǎng)空間上達(dá)到均衡分布的效果。該維度研究基于對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和交通信息的準(zhǔn)確把握，強(qiáng)調(diào)主動(dòng)式信息服務(wù)技術(shù)、大數(shù)據(jù)處理學(xué)習(xí)下的路徑優(yōu)化決策技術(shù)以及可視化技術(shù)。具體措施包括路況信息推送、VMS 信息發(fā)布策略、智能化路徑推薦、控制與誘導(dǎo)協(xié)同、區(qū)域擁堵收費(fèi)等。

4）出行時(shí)間均衡維度。

該維度的核心即引導(dǎo)居民錯(cuò)峰出行，并輔以必要的信息服務(wù)。與空間均衡維度類似，時(shí)間均衡維度也要以網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與出行動(dòng)態(tài)感知為基礎(chǔ)，并需要基于大數(shù)據(jù)深度挖掘的網(wǎng)絡(luò)旅行時(shí)間短時(shí)預(yù)測(cè)技術(shù)，為公眾的錯(cuò)峰出行提供科學(xué)準(zhǔn)確的信息與決策支持。具體措施有彈性上下班、信息預(yù)測(cè)與推送、分時(shí)段擁堵收費(fèi)等。

5）交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化維度。

交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化維度對(duì)應(yīng)出行需求中的出行方式或方式組合選擇，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用價(jià)格策略、激勵(lì)措施等引導(dǎo)出行者改變出行方式，從而達(dá)到優(yōu)化交通結(jié)構(gòu)、提高出行共享水平、平衡道路資源分配、提高社會(huì)公平性的目的。該維度的相關(guān)研究較多，涉及的理論與技術(shù)也較為廣泛，其核心思想為提升公共交通服務(wù)水平、保障步行和自行車交通發(fā)展、倡導(dǎo)公共交通優(yōu)先與綠色出行，與此同時(shí)增加小汽車擁有與使用成本。該維度下的代表性技術(shù)主要包括公共汽車線網(wǎng)優(yōu)化布局調(diào)整、綜合交通系統(tǒng)一體化、公共汽車智能化調(diào)度技術(shù)等，涉及的優(yōu)化決策技術(shù)均需以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以準(zhǔn)確感知海量個(gè)體全過(guò)程出行鏈為前提，以信息化手段為支撐。具體措施包括公共交通系統(tǒng)優(yōu)化、智能化調(diào)度、HOV政策、多種交通方式銜接、停車收費(fèi)等。

交通需求管理的五維度研究?jī)?nèi)容見(jiàn)表2。從中亦可看出，大數(shù)據(jù)與信息化技術(shù)在5 個(gè)維度中幾乎均有所涉及和滲透，對(duì)精準(zhǔn)化需求管理相關(guān)策略的制定起著重要的支撐作用。值得注意的是，5 個(gè)維度并非相互獨(dú)立，而是存在交疊，即某項(xiàng)需求管理措施也可能對(duì)應(yīng)多個(gè)維度。例如擁堵收費(fèi)政策可影響出行者的出行路徑選擇，進(jìn)而在出行空間均衡維度上作用于交通需求管理，但該政策也可能使出行者放棄小汽車出行甚至放棄出行，從該層面上講，該政策可同時(shí)屬于交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化維度或出行總量控制維度。另一方面，5 個(gè)維度之間亦存在相互關(guān)聯(lián)與影響，例如對(duì)出行總量進(jìn)行控制又可能改變出行者的出行行為，并進(jìn)一步影響個(gè)體在路網(wǎng)空間與時(shí)間上的分布效果。因此，對(duì)于上述維度的研究不可獨(dú)立進(jìn)行，而是要從系統(tǒng)科學(xué)的視角充分挖掘各維度之間的相互作用關(guān)系，并以大數(shù)據(jù)為支撐、信息化為手段，不斷實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)供需的動(dòng)態(tài)平衡。

4 大數(shù)據(jù)支撐下的交通需求管理政策績(jī)效評(píng)估

4.1 績(jī)效評(píng)估分類

考慮到每一項(xiàng)交通需求管理措施都有其自身的特點(diǎn)，不應(yīng)僅從效益方面進(jìn)行專項(xiàng)評(píng)價(jià)，應(yīng)選擇多個(gè)角度對(duì)交通需求管理措施的績(jī)效進(jìn)行綜合性評(píng)估。按照評(píng)估的內(nèi)容可以劃分為實(shí)施效益評(píng)估、成本評(píng)估、公平性評(píng)估、可接受性評(píng)估四個(gè)方面[5]。

實(shí)施效益評(píng)估指評(píng)估交通需求管理措施滿足居民出行需求、改善道路網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行質(zhì)量的程度，具體反映為出行總量變化、出行分布改變、出行方式變化和出行資源優(yōu)化等，其中每一種變化受交通需求管理措施影響的程度不盡相同，但都有相應(yīng)的效益指標(biāo)來(lái)體現(xiàn)。實(shí)施成本評(píng)估通常以居民出行平均費(fèi)用為指標(biāo)，該費(fèi)用可理解為出行全過(guò)程涉及的廣義費(fèi)用，包括內(nèi)部費(fèi)用(如機(jī)動(dòng)車運(yùn)行費(fèi)用)、外部費(fèi)用(如出行時(shí)間費(fèi)用、空氣污染費(fèi)用、延誤費(fèi)用、事故費(fèi)用)、社會(huì)費(fèi)用(如由于交通結(jié)構(gòu)變化而節(jié)省的道路建設(shè)費(fèi)用)，評(píng)估時(shí)應(yīng)針對(duì)各種交通需求管理措施的特點(diǎn)進(jìn)行具體分析。公平性評(píng)估主要指對(duì)公共資源與機(jī)會(huì)的合理分配的評(píng)估，評(píng)估對(duì)象主要包括構(gòu)建交通系統(tǒng)所耗費(fèi)的公共資源(如稅收、土地資源)，以及交通活動(dòng)產(chǎn)生的外部效應(yīng)(如噪聲、空氣污染、交通事故)對(duì)社會(huì)、自然環(huán)境以及人身安全的公平性影響；此外，公平性評(píng)估還包括人們獲取公共服務(wù)能力的差異化程度、對(duì)弱勢(shì)群體移動(dòng)能力的保障等方面?？山邮苄栽u(píng)估指擁有不同屬性的出行者對(duì)各項(xiàng)交通需求管理政策的接受程度，在保證整體利益的情況下盡可能使個(gè)體利益不受到損害是該項(xiàng)評(píng)估的關(guān)鍵。

表2 基于5個(gè)維度的交通需求管理研究?jī)?nèi)容Tab.2 Research contents of TDM in five aspects

值得一提的是，近年來(lái)對(duì)于交通需求管理政策的績(jī)效評(píng)估理念正在由傳統(tǒng)的交通規(guī)劃視角向可持續(xù)性城市移動(dòng)規(guī)劃視角轉(zhuǎn)變。其核心表現(xiàn)為規(guī)劃視角由交通轉(zhuǎn)向人的移動(dòng)，并由此帶來(lái)規(guī)劃目標(biāo)、規(guī)劃思想、規(guī)劃成果以及評(píng)估手段的一系列變化[6]。同時(shí)，可持續(xù)性城市移動(dòng)規(guī)劃也提出打破基于行政管理的邊界，注重以多方參與和多部門決策協(xié)調(diào)的方式制定服務(wù)于人的實(shí)際活動(dòng)的策略，并且還需要建立定期監(jiān)測(cè)、評(píng)估和報(bào)告規(guī)劃實(shí)施效果的制度以適時(shí)啟動(dòng)規(guī)劃完善程序?？沙掷m(xù)性城市移動(dòng)規(guī)劃可從移動(dòng)能力與水平、參與社會(huì)交往能力、弱勢(shì)群體移動(dòng)能力保障、發(fā)展交通的成本等四方面進(jìn)行度量，具體包含近20 項(xiàng)度量指標(biāo)，同時(shí)也提倡用盡可能少的交通提供更多的移動(dòng)性和更好的服務(wù)。可持續(xù)性城市移動(dòng)規(guī)劃的出臺(tái)和應(yīng)用體現(xiàn)了社會(huì)進(jìn)步對(duì)城市交通需求管理內(nèi)涵的推動(dòng)作用，同時(shí)也給城市交通提出了服務(wù)于居民生活質(zhì)量、社會(huì)福利等更高層次的目標(biāo)。

表3 績(jī)效評(píng)估指標(biāo)體系及大數(shù)據(jù)可行性分析Tab.3 Performance evaluation system and big data feasibility analysis

4.2 大數(shù)據(jù)對(duì)績(jī)效評(píng)估的支撐作用

隨著數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的發(fā)展與交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)服務(wù)水平的提升，交通需求管理政策績(jī)效評(píng)估指標(biāo)體系也不斷發(fā)展完善，越來(lái)越多無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)算法計(jì)算得到的動(dòng)態(tài)交通運(yùn)行指標(biāo)不斷被納入評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，而依托于大數(shù)據(jù)的支持，這些指標(biāo)的實(shí)時(shí)量化已成為可能。在需求管理政策的績(jī)效評(píng)估階段，經(jīng)常被利用的交通大數(shù)據(jù)可以分為七類：1)手機(jī)信令數(shù)據(jù)；2)IC卡數(shù)據(jù)；3)道路線圈與浮動(dòng)車數(shù)據(jù)；4)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；5)交通事故數(shù)據(jù)；6)視頻數(shù)據(jù)；7)輿情大數(shù)據(jù)(眾包數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷)；8)城市靜態(tài)數(shù)據(jù)(人口分布、崗位分布、土地布局等)。各項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)及相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐情況如表3所示。

值得注意的是，表3 中的很多指標(biāo)是作為反映需求管理政策績(jī)效成果的體現(xiàn)，并非簡(jiǎn)單的物理量，因此不能片面地總結(jié)其數(shù)值大小、交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與運(yùn)行情況的好壞，而是應(yīng)該在實(shí)踐中針對(duì)具體城市進(jìn)行具體分析，不斷尋找并調(diào)整符合當(dāng)前城市具體情況的最佳指標(biāo)值。

同時(shí)，由表3 也可以看出，當(dāng)前交通大數(shù)據(jù)可有效支撐交通需求管理政策評(píng)估中各項(xiàng)績(jī)效指標(biāo)值的獲取?；ヂ?lián)網(wǎng)+時(shí)代下先進(jìn)的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)交通大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，依托分布式海量大數(shù)據(jù)處理平臺(tái)Spark，Hadoop，Storm 等能夠?qū)崿F(xiàn)交通大數(shù)據(jù)計(jì)算的高效率，構(gòu)建城市交通大數(shù)據(jù)平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)多層次城市交通網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，指導(dǎo)交通需求管理政策的動(dòng)態(tài)制定和滾動(dòng)優(yōu)化。

5 結(jié)語(yǔ)

城市交通問(wèn)題的本質(zhì)是由交通供需關(guān)系的不平衡導(dǎo)致的，受城市土地、能源等方面的制約，交通管理政策的制定思路已由傳統(tǒng)的以供養(yǎng)需轉(zhuǎn)向?qū)Τ鲂行枨筮M(jìn)行人為誘導(dǎo)與調(diào)控。大數(shù)據(jù)和信息化的發(fā)展與行業(yè)滲透為精準(zhǔn)化交通需求管理政策制定提供了契機(jī)和新的解決思路。通過(guò)對(duì)大數(shù)據(jù)的融合、處理、挖掘與深度學(xué)習(xí)，可以準(zhǔn)確感知并預(yù)測(cè)城市海量個(gè)體的出行需求。本文針對(duì)出行需求特征從出行總量控制、出行分布調(diào)整、出行空間均衡、出行時(shí)間均衡以及交通結(jié)構(gòu)優(yōu)化5 個(gè)維度進(jìn)行交通需求管理研究，從而完善大數(shù)據(jù)支撐下的交通需求管理體系框架。在政策評(píng)價(jià)階段，強(qiáng)調(diào)結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多層次交通網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)績(jī)效評(píng)估，為新常態(tài)下的交通需求管理政策制定提供技術(shù)支持，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的交通需求管理政策動(dòng)態(tài)調(diào)整與滾動(dòng)優(yōu)化。