基于多源數(shù)據(jù)融合的廈門市現(xiàn)狀交通模型構(gòu)建及應(yīng)用

孟永平

基于多源數(shù)據(jù)融合的廈門市現(xiàn)狀交通模型構(gòu)建及應(yīng)用

孟永平

（廈門市交通研究中心，福建 廈門 361012）

城市交通需求模型經(jīng)過不斷地研究和實踐，已取得不少成果，但當(dāng)前以傳統(tǒng)交通調(diào)查為基礎(chǔ)的現(xiàn)狀交通模型普遍存在維護(hù)更新難和精度不夠高的問題。本文借鑒廈門實踐經(jīng)驗，首先分析了現(xiàn)狀交通模型存在的維護(hù)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)融合等問題。其次，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”提出了基于多源數(shù)據(jù)校核融合的現(xiàn)狀交通模型構(gòu)建思路，并指出該模型在數(shù)據(jù)整合維護(hù)、數(shù)據(jù)融合分析、模型通俗化和可視化以及應(yīng)用拓展方面的優(yōu)勢。最后，提出了具有較強(qiáng)的實用性、綜合性和可持續(xù)性，能夠較好反映城市空間結(jié)構(gòu)和交通出行特征的現(xiàn)狀交通模型構(gòu)建方法，為其他城市提供參考依據(jù)。

多源數(shù)據(jù)；融合；交通模型；交通調(diào)查；交通出行特征

0 引 言

城市交通需求模型在我國已有40多年的發(fā)展歷程，經(jīng)過不斷地研究和實踐，已取得不少成果[1]。當(dāng)前主流現(xiàn)狀交通需求預(yù)測模型仍是以“四階段”模型為代表，重點分析交通產(chǎn)生與吸引、交通分布、交通方式劃分和交通量的分配，其主要參數(shù)標(biāo)定依據(jù)為交通大調(diào)查，其主要目的為構(gòu)建準(zhǔn)確反映現(xiàn)狀城市空間和交通特征的交通模型，為城市現(xiàn)狀交通改善、交通政策制定、大型活動交通組織等提供支持[2]。但交通大調(diào)查由于規(guī)模大，費用多，多數(shù)城市難以形成長期穩(wěn)定的機(jī)制；同時調(diào)查數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制和相互校核沒有形成統(tǒng)一共識，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)缺失，導(dǎo)致現(xiàn)狀交通需求模型維護(hù)和精度難以保障[3]。

然而，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+交通大數(shù)據(jù)”時代到來，可獲取的數(shù)據(jù)源越來越多，如機(jī)動車卡口數(shù)據(jù)、公交IC卡數(shù)據(jù)、車輛GPS數(shù)據(jù)、共享單車數(shù)據(jù)、手機(jī)信令數(shù)據(jù)等等，這些多源數(shù)據(jù)在一定程度上能對傳統(tǒng)交通大調(diào)查進(jìn)行很好的補充，為現(xiàn)狀交通需求模型維護(hù)和精度提升提供了可能[4, 5]。本文結(jié)合廈門實踐，對現(xiàn)狀交通模型存在的問題，多源大數(shù)據(jù)如何與現(xiàn)狀交通模型結(jié)合，現(xiàn)狀模型的維護(hù)和保障給出了相關(guān)對策和建議。

1 現(xiàn)狀交通模型狀況及存在問題

廈門市雖然結(jié)合2009年交通大調(diào)查初步構(gòu)建了現(xiàn)狀交通需求預(yù)測模型[6-8]，但當(dāng)時的交通需求預(yù)測模型更多是滿足近期重大交通專項規(guī)劃的定量分析需求，是明顯的目標(biāo)導(dǎo)向型模型，其精度和應(yīng)用范圍有限。2015年因軌道規(guī)劃建設(shè)需求，全市開展了新一輪交通大調(diào)查[9]，并對模型進(jìn)行維護(hù)更新，但主要作用依舊是服務(wù)于軌道規(guī)劃各階段相關(guān)客流預(yù)測，并未得到廣泛應(yīng)用。近年，“互聯(lián)網(wǎng)+交通大數(shù)據(jù)”時代到來，但我市現(xiàn)狀交通模型仍然沒有很好地得到應(yīng)用。分析其具體原因，主要存在以下幾個問題：

（1）維護(hù)機(jī)制有待改進(jìn)[10]。交通調(diào)查耗時耗資，建立交通模型耗時耗精力，還需過硬技術(shù)作保障，但往往還不能立即得到應(yīng)用效果，導(dǎo)致很難有部門會主動開展維護(hù)工作。交通數(shù)據(jù)整合困難，數(shù)據(jù)資源分散，跨區(qū)域，跨部門的信息共享缺乏長效機(jī)制。必須尋求機(jī)制保障，切實轉(zhuǎn)變交通模型為單一項目臨時性服務(wù)的態(tài)勢，促成交通模型與大數(shù)據(jù)建設(shè)納入城市信息化中長期發(fā)展規(guī)劃，建立長期使用和維護(hù)機(jī)制。

（2）應(yīng)用還須進(jìn)一步提升。模型必須從專業(yè)走向通俗，要切實適應(yīng)當(dāng)?shù)匾?guī)劃建設(shè)管理需求，構(gòu)建通俗化的交通模型應(yīng)用和展示界面，提升地方一般性應(yīng)用的可操控性，增強(qiáng)模型在實際應(yīng)用中的響應(yīng)能力。

（3）大數(shù)據(jù)融合技術(shù)有待提高。傳統(tǒng)基于抽樣數(shù)據(jù)的建模方法存在以偏概全的弊端，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)”時代的到來，以及大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，可獲取的數(shù)據(jù)源越來越多，因此亟需探索多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，彌補傳統(tǒng)調(diào)查方式無法長時間連續(xù)調(diào)查及細(xì)粒度分析的缺陷。通過多源數(shù)據(jù)相互校核驗證，提升交通模型的精確程度。

2 基于多源數(shù)據(jù)的現(xiàn)狀交通模型構(gòu)建及應(yīng)用

2.1 現(xiàn)狀模型理論基礎(chǔ)

現(xiàn)狀交通模型仍然采用經(jīng)典的四階段模型[11]，即包括出行生成、出行分布、出行方式劃分和交通分配四個部分。出行生成，包括出行產(chǎn)生量和吸引量，目的為獲得對應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模、人口規(guī)模和土地利用特征下，各交通小區(qū)的出行總量，主要預(yù)測方法有家庭類別法、回歸分析法和增長率法等；出行分布，目的為獲得出行需求在城市不同空間位置的分布，主要預(yù)測方法有重力模型、增長率法等；出行方式劃分，目的為獲得各種交通方式上的交通量分擔(dān)率，主要預(yù)測方法有分類法、轉(zhuǎn)移曲線、隨機(jī)效用法等；交通分配，將每兩個交通分區(qū)之間的交通量，分配到交通網(wǎng)絡(luò)上，產(chǎn)生各個路段的交通流量，主要方法為全有全無法、系統(tǒng)最有法、用戶均衡法等。

為克服經(jīng)典四階段建模流程的顯著缺點（即四階段模型的依序進(jìn)行，上一階段模型的輸出結(jié)果作為下一階段模型的輸入數(shù)據(jù)，這必然導(dǎo)致最終結(jié)果與分析過程中一些參數(shù)的不一致），現(xiàn)狀交通模型引入帶有反饋機(jī)制的組合模型技術(shù)，即將交通分配后的出行阻抗（或服務(wù)水平）反饋至出行分布階段，使各模塊構(gòu)成一個相互聯(lián)系的有機(jī)整體，經(jīng)過迭代循環(huán)確保分配結(jié)果的合理性與穩(wěn)定性，從而真實反映出現(xiàn)狀交通系統(tǒng)的構(gòu)成及其復(fù)雜性。

2.2 現(xiàn)狀模型構(gòu)建思路

現(xiàn)狀交通模型仍然采用經(jīng)典的四階段模型為主骨架進(jìn)行本次建模工作。出行生成，采用交叉分類法和回歸分析法，推導(dǎo)各交通分區(qū)產(chǎn)生的交通量和吸引的交通量；出行分布，采用雙約束重力模型，推導(dǎo)出一個分區(qū)的交通量分別來自或到達(dá)哪個分區(qū)；出行方式劃分，總體上采用分層的結(jié)構(gòu)，步行方式采用轉(zhuǎn)移曲線法預(yù)先劃分，非步行OD再輸入巢式Logit（NL）模型中，推導(dǎo)出各方式的比例；交通分配，采用動態(tài)用戶均衡法，并引入反饋機(jī)制，將每兩個交通分區(qū)之間的交通量，分配到交通網(wǎng)絡(luò)上。

除了在分配階段引入校核反饋機(jī)制外，本次現(xiàn)狀模型構(gòu)建充分考慮廈門市城市空間結(jié)構(gòu)和居民出行特征。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、需求模型和分配階段均充分考慮多源大數(shù)據(jù)校核融合，采取分層差異化構(gòu)建思路，既保障了現(xiàn)狀模型的精度又很好地反映了城市空間和城市交通運行特征[12, 13]，具體技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 基于多源數(shù)據(jù)融合的現(xiàn)狀交通模型構(gòu)建技術(shù)路線圖

2.3 與傳統(tǒng)現(xiàn)狀交通模型差異

（1）整合全市交通數(shù)據(jù)，形成數(shù)據(jù)齊全且可續(xù)的綜合交通大數(shù)據(jù)庫

建立并統(tǒng)一管理包含交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、地理要素圖形、交通模型等數(shù)據(jù)，可方便進(jìn)行查詢和統(tǒng)計的交通數(shù)據(jù)庫，利用GIS空間分析技術(shù)平臺，融合土地利用及開發(fā)強(qiáng)度、人口崗位、卡口數(shù)據(jù)、公交IC卡等多方數(shù)據(jù)，可為交通模型迅速提供模型輸入數(shù)據(jù)。通過對歷史數(shù)據(jù)的積累，更好地把握交通的發(fā)展動態(tài)，為廈門市交通的發(fā)展和決策提供數(shù)據(jù)支撐。

目前已匯集了資源規(guī)劃局、交警、交通局、執(zhí)法局、公交集團(tuán)、軌道集團(tuán)等相關(guān)部門關(guān)于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市用地、交通卡口、公交、軌道等眾多數(shù)據(jù)[14]，并與移動和聯(lián)通公司合作，獲取手機(jī)信令數(shù)據(jù)，同時每年開展大規(guī)模的居民出行入戶調(diào)查和核查線交通流量，獲取城市居民出行特征信息和城市各主要片區(qū)之間的交通聯(lián)系情況。在此基礎(chǔ)上，整合并統(tǒng)一管理了包含城市社會經(jīng)濟(jì)、交通靜態(tài)數(shù)據(jù)、交通運行數(shù)據(jù)及居民出行等數(shù)據(jù)的綜合交通大數(shù)據(jù)庫，如圖2所示。

圖2 廈門市綜合交通大數(shù)據(jù)構(gòu)成圖

（2）城市出行特征與多源數(shù)據(jù)校核融合，真實反映城市交通系統(tǒng)運行規(guī)律

根據(jù)傳統(tǒng)四階段建模思路，結(jié)合廈門實際情況及需求，針對島內(nèi)外（不同組團(tuán)）不同情況，采用分層模型的思想，滿足廈門市交通分析及宏觀決策需求，充分利用多源數(shù)據(jù)校核，使得現(xiàn)狀交通需求模型具有反饋機(jī)制及擴(kuò)展性，能真實反映出廈門市交通系統(tǒng)的構(gòu)成及其復(fù)雜性。

充分考慮城市空間和居民出行特征，對不同組團(tuán)在出行生成和方式劃分方面均進(jìn)行了差異化處理。由于島內(nèi)外的交通產(chǎn)生率及吸引率有明顯的區(qū)別，因此采用分層模型的思路，將本島及島外四區(qū)分別進(jìn)行分析，島內(nèi)及島外分別進(jìn)行交叉分類統(tǒng)計分析、回歸分析；建立島內(nèi)、跨島、本島分層出行方式劃分模型并進(jìn)行標(biāo)定，以便更好地反映島內(nèi)外人群出行特征的差異和出租車、網(wǎng)約車、摩托車等在島內(nèi)外使用便捷性的差異。

新增多源數(shù)據(jù)彌補了原有數(shù)據(jù)在出行分布、流動人口模型、對外交通模型、貨運交通模型和樞紐點模型應(yīng)用中的空白，同時加強(qiáng)了傳統(tǒng)“四階段”模型中各個階段的校核融合。結(jié)合現(xiàn)狀多源數(shù)據(jù)可推算實際各種出行方式的特征，具體如圖3所示。

圖3 多源數(shù)據(jù)應(yīng)用與各交通子模型對應(yīng)圖

（3）集成創(chuàng)新了多源交通數(shù)據(jù)綜合分析技術(shù)，搭建了現(xiàn)狀交通模型應(yīng)用平臺

現(xiàn)狀交通模型開發(fā)是一項專業(yè)性很強(qiáng)的工作，同時模型的價值又體現(xiàn)在廣泛和精細(xì)化的應(yīng)用上，切忌變成模型師自娛自樂的產(chǎn)品[15]。應(yīng)用的落腳點應(yīng)體現(xiàn)在好用和管用上，為普及交通模型在全國百萬人口以上大城市的應(yīng)用，必須從專業(yè)走向通俗。為此，在現(xiàn)狀交通大數(shù)據(jù)庫及現(xiàn)狀交通模型的基礎(chǔ)，開發(fā)了現(xiàn)狀交通模型應(yīng)用平臺。平臺共分為6個模塊，包括基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、出行生成、出行分布、方式劃分、交通分配和系統(tǒng)管理，主要功能為成果再現(xiàn)和簡要分析功能，可生成相應(yīng)報表，具體如圖4所示。

在平臺中整合了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)成果，包括人口、崗位、道路網(wǎng)絡(luò)、公交網(wǎng)絡(luò)、卡口、手機(jī)信令等綜合交通大數(shù)據(jù)。該平臺融合了現(xiàn)狀交通模型，可再現(xiàn)現(xiàn)狀交通模型，包括出行生成、出行分布、方式劃分和交通分配等成果，為城市交通運行評價、交通組織分析提供決策支持。

2.4 現(xiàn)狀模型應(yīng)用方向和成效

完善的現(xiàn)狀交通模型可為城市交通決策提供科學(xué)的定量化分析工具，提高城市規(guī)劃建設(shè)管理的科學(xué)分析水平?；诂F(xiàn)狀交通模型的廈門交通分析應(yīng)用平臺為各種交通規(guī)劃方案、交通組織方案提供多情景方案測試、分析評估提供支撐。廈門市現(xiàn)狀交通模型已經(jīng)應(yīng)用于多個交通擁堵改善、重大工程施工期間交通組織、重大活動期間交通組織、軌道運行狀況分析、開發(fā)地塊用地強(qiáng)度及交通承載力評估等項目中，對緩解城市交通擁堵、提高城市交通運行效率、提高市民生活質(zhì)量和幸福指數(shù)方面具有廣泛的社會效益。圖5通過現(xiàn)狀交通模型對廈門進(jìn)出島通道車輛進(jìn)行路徑追蹤，為進(jìn)出島通道誘導(dǎo)系統(tǒng)提供了支撐，有效緩解了進(jìn)出島通道壓力。

圖5 廈門市進(jìn)出島交通分析圖

3 結(jié)束語

城市現(xiàn)狀交通模型不僅能為城市交通工程設(shè)計、規(guī)劃、建設(shè)提供技術(shù)支撐，而且還能為政府部門分析交通現(xiàn)狀、預(yù)測近期交通趨勢、制定交通政策、優(yōu)化交通管理等工作提供重要的科學(xué)支持。

借鑒廈門實踐經(jīng)驗，本文在經(jīng)典“四階段”模型基礎(chǔ)上，提出了構(gòu)建基于多源數(shù)據(jù)融合的現(xiàn)狀交通模型方法。根據(jù)城市空間結(jié)構(gòu)和居民出行特征，采用分層模型的思想，建立了一套較為完善的交通模型構(gòu)建方法體系，以及一整套交通需求分析程序、方法、評價指標(biāo)體系；構(gòu)建了一套較為完善的交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，深度挖掘人口、崗位、用地、以及傳統(tǒng)的交通數(shù)據(jù)，并結(jié)合多源交通數(shù)據(jù)的分析，貫通整個四階段，將相關(guān)數(shù)據(jù)校核融合分析、相互驗證、并相互反饋。該套交通模型具有較強(qiáng)的實用性、綜合性和靈活性，能夠較好體現(xiàn)城市現(xiàn)狀交通運輸網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和各種交通出行特征。后續(xù)還有許多工作應(yīng)開展，尤其關(guān)注模型更新維護(hù)機(jī)制改進(jìn)、模型通俗化和可視化、模型應(yīng)用拓展以及大數(shù)據(jù)融合分析技術(shù)提升等。

[1] 全波. 交通模型的價值[J]. 城市交通, 2017, 15 (1): 17-21.

[2] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 城市綜合交通體系規(guī)劃編制導(dǎo)則 (建城[2010]80號) [Z]. 北京: 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部, 2010.

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[5] 楊東援. 通過大數(shù)據(jù)推動綜合交通規(guī)劃理論變革[Z]. 深圳: 2016年中國城市交通規(guī)劃年會, 2016.

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[7] 廈門市城市規(guī)劃設(shè)計研究院. 2009年廈門市公交跟車調(diào)查分析報告[R]. 廈門: 廈門市城市規(guī)劃設(shè)計研究院, 2009.

[8] 廈門市城市規(guī)劃設(shè)計研究院. 2009年廈門市公交站點集散量調(diào)查分析報告[R]. 廈門: 廈門市城市規(guī)劃設(shè)計研究院, 2009.

[9] 廈門市城市規(guī)劃設(shè)計研究院. 2015年廈門市居民出行調(diào)查統(tǒng)計分析報告[R]. 廈門: 廈門市城市規(guī)劃設(shè)計研究院, 2015.

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[11] 陳必壯, 陸錫明, 董志國. 上海交通模型體系[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社, 2011.

[12] 廈門市交通研究中心. 廈門市現(xiàn)狀交通模型構(gòu)建 (一期) [R]. 廈門: 廈門市交通研究中心, 2018.

[13] 廈門市交通研究中心. 廈門市現(xiàn)狀交通模型動態(tài)維護(hù)更新[R]. 廈門: 廈門市交通研究中心, 2019.

[14] 廈門市交通研究中心. 廈門城市交通發(fā)展年度報告 (2016—2019年) [R]. 廈門: 廈門市交通研究中心, 2019.

[15] 馬林, 陸錫明, 楊東援等. 城市交通模型一席談[J]. 城市交通, 2008, 6 (1): 50-53.

Current Traffic Model in Xiamen Based on Multi-source Data Fusion, Construction, and Application

MENG Yong-ping

(Xiamen Transport Research Center, Xiamen 361012, China)

Following continuous research and practice, urban traffic demand models have achieved many favorable results. However, the current traffic models that rely on traditional traffic surveys have problems such as difficulty in maintaining and updating the data as well as insufficient accuracy. According to the practical experience in Xiamen, this study first analyzes the problems of maintenance, application, and data fusion of the current traffic model. Second, in accordance with the advent of the “Internet + Big Data” era, this work proposes current traffic-model construction ideas based on multi-source data checking and fusion and demonstrates that the model is undergoing development in the aspects of data integration and maintenance, data-fusion analysis, model popularization and visualization, and application. Finally, a current traffic-model construction method that is very practicable, comprehensive, and sustainable, which can better reflect the spatial structure of the city and the characteristics of traffic trips, is proposed. Thus, a reference model for other cities has been provided.

multi-source data; fusion; traffic model; traffic survey; transport trip characteristics

1672-4747（2020）04-0138-07

U491

A

10.3969/j.issn.1672-4747.2020.04.017

2020-02-24

孟永平（1980—），男，漢族，湖南長沙人，碩士，高級工程師，主要研究方向：交通戰(zhàn)略規(guī)劃、大運量公交系統(tǒng)規(guī)劃及交通需求預(yù)測，Email：myp24@163.com

孟永平. 基于多源數(shù)據(jù)融合的廈門市現(xiàn)狀交通模型構(gòu)建及應(yīng)用[J]. 交通運輸工程與信息學(xué)報，2020, 18(4): 138-144

（責(zé)任編輯：李愈）