打造以TIM為核心的技術(shù)體系

■ 文｜東南大學(xué) 王煒 趙德 華雪東 王建

綜合交通體系高質(zhì)量發(fā)展需要決策分析技術(shù)、工程建造技術(shù)和系統(tǒng)管理技術(shù)三大關(guān)鍵技術(shù)的支撐。在我國(guó)，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的工程建造技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但決策分析技術(shù)和系統(tǒng)管理技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程建造技術(shù)。譬如，我國(guó)近期建設(shè)的高速鐵路、高速公路、地鐵、橋梁隧道等大型工程，建造的工程質(zhì)量世界領(lǐng)先，但這些設(shè)施建設(shè)的決策過(guò)程科學(xué)性不足，建成后的系統(tǒng)運(yùn)行管理現(xiàn)代化、智能化水平相對(duì)落后，造成交通基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量很高，但交通功能很低、系統(tǒng)功能很弱的尷尬局面。

交通基礎(chǔ)設(shè)施的工程建造，有BIM（Bui lding Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)體系的支撐，而實(shí)現(xiàn)我國(guó)綜合交通體系的高質(zhì)量發(fā)展，突破決策分析技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)的技術(shù)瓶頸，需要打造以“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬仿真等新一輪革命性技術(shù)為依托的綜合交通信息模型體系TIM（Transportation Information Modeling）。

TIM技術(shù)構(gòu)架

類(lèi)似于工程建造與城市建設(shè)領(lǐng)域的BIM、城市信息模型CIM（City Information Modeling）技術(shù)，綜合交通信息模型體系TIM主要服務(wù)于綜合交通體系的決策分析與系統(tǒng)管理。TIM的研究覆蓋城市交通、城際交通、城市群交通、跨區(qū)域綜合運(yùn)輸?shù)确秶?，是綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐技術(shù)，是一個(gè)“數(shù)據(jù)共享、模型共享、預(yù)案共享、軟件共享”的資源共享平臺(tái)。

TIM的技術(shù)框架應(yīng)集成交通數(shù)據(jù)、交通分析、虛擬仿真、分析評(píng)價(jià)、結(jié)果展示等功能，打造“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、分析模型庫(kù)、平臺(tái)軟件庫(kù)、場(chǎng)景預(yù)案庫(kù)”的資源共享平臺(tái)。其中，TIM的分析模型庫(kù)應(yīng)包括：綜合交通系統(tǒng)“多網(wǎng)合一”網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ腕w系，交通運(yùn)輸、國(guó)土資源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境相互作用機(jī)理模型體系，綜合交通系統(tǒng)各出行方式或運(yùn)輸方式相互作用機(jī)理模型體系、綜合交通網(wǎng)絡(luò)交通運(yùn)行特征模型體系、綜合交通體系出行效率或運(yùn)輸效率評(píng)估模型體系、綜合交通體系經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估模型體系、綜合交通體系能源消耗與碳排放評(píng)估模型體系等。

在此基礎(chǔ)上，依托上述TIM技術(shù)框架與核心模型，形成我國(guó)完全自主的平臺(tái)軟件，并配備BIM或CIM擴(kuò)展接口。TIM解決前期決策與后期運(yùn)維管理問(wèn)題，BIM或CIM解決施工建設(shè)階段的模塊化建設(shè)與信息控制問(wèn)題，TIM與BIM或CIM聯(lián)合，解決綜合交通體系高質(zhì)量發(fā)展問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多區(qū)域、多部門(mén)、多方式、全過(guò)程的數(shù)字化協(xié)同管理。

綜合交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，必須在規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行與管理的全過(guò)程中堅(jiān)持各運(yùn)輸方式統(tǒng)籌兼顧、融合發(fā)展，形成公鐵水航、管道及城市道路統(tǒng)籌兼顧、融合發(fā)展的一體化綜合立體交通體系。綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺(tái)（即綜合交通大腦）為完善網(wǎng)絡(luò)布局、推動(dòng)各運(yùn)輸方式一體化融合、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供了平臺(tái)，而TIM技術(shù)則為綜合交通大腦的搭建提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。因此，建立綜合交通信息模型體系TIM，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建、交通需求融合分析、交通網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真等技術(shù)瓶頸的突破，已成為我國(guó)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)一體化融合的當(dāng)務(wù)之急，對(duì)實(shí)現(xiàn)我國(guó)綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展具有重要推動(dòng)作用。

案例分析

西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)

近年來(lái)，重慶、廣西等西部?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）積極參與共建“一帶一路”，基本形成由重慶、四川分別經(jīng)湖南、貴州、云南至廣西北部灣港的三條鐵路運(yùn)輸線路。

三條鐵路運(yùn)輸線路的建成為促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、外貿(mào)增長(zhǎng)和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)做出了重要貢獻(xiàn)。但既有通道仍存在交通運(yùn)輸瓶頸制約、競(jìng)爭(zhēng)能力不強(qiáng)、物流成本偏高等突出問(wèn)題。在此形勢(shì)下，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《西部陸海新通道總體規(guī)劃》，提出要統(tǒng)籌各種運(yùn)輸方式，圍繞建設(shè)大能力主通道和銜接國(guó)際運(yùn)輸通道，在鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸及樞紐、場(chǎng)站、港口等方面建設(shè)一批重點(diǎn)項(xiàng)目。

西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)可以對(duì)西部地區(qū)新建鐵路、新建公路和連通水運(yùn)等方案進(jìn)行虛擬仿真，定量分析方案實(shí)施前后的客貨運(yùn)量。決策支持平臺(tái)中的TIM技術(shù)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、分析模型庫(kù)、平臺(tái)軟件庫(kù)和場(chǎng)景預(yù)案庫(kù)四大部分組成，分別介紹如下。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)的綜合交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)基于OSM（OpenStreetMap）構(gòu)建，全網(wǎng)絡(luò)（含公鐵水航等）共有28，958個(gè)交通節(jié)點(diǎn)、46，882個(gè)路段和521個(gè)交通小區(qū)；人口分布數(shù)據(jù)基于LandScan數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建，研究區(qū)域覆蓋人口總數(shù)超過(guò)2.90億；社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)從國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒獲取，研究區(qū)域每年產(chǎn)生的GDP近15萬(wàn)億元；重要路段/節(jié)點(diǎn)（如高速公路、高速鐵路、機(jī)場(chǎng)、港口等）的交通運(yùn)輸量數(shù)據(jù)從政府相關(guān)職能部門(mén)獲取，用于標(biāo)定和校驗(yàn)決策支持平臺(tái)。

分析模型庫(kù)交通分析模型是西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)的內(nèi)核，主要技術(shù)突破是實(shí)現(xiàn)從單一、同質(zhì)的交通網(wǎng)向多網(wǎng)、異質(zhì)的交通網(wǎng)轉(zhuǎn)換，分析模型具體包括：綜合交通網(wǎng)絡(luò)“多網(wǎng)合一”拓?fù)淠Ｐ?、客貨運(yùn)輸路段與樞紐交通阻抗分析模型、客貨運(yùn)輸優(yōu)勢(shì)運(yùn)距分析模型、多網(wǎng)競(jìng)爭(zhēng)的方式組合與交通分配模型、效能評(píng)估虛擬仿真模型等。

平臺(tái)軟件庫(kù)西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺(tái)集成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持、交通需求分析、交通運(yùn)行分析、綜合效能評(píng)價(jià)、數(shù)字化人機(jī)交互5大模塊，涵蓋27種具體功能，能滿(mǎn)足110多種操作與分析需求，覆蓋綜合交通仿真分析的全過(guò)程，能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)快速獲取、決策方案快速生成、交通分析系統(tǒng)集成、實(shí)施效果虛擬仿真等定量化、可視化的決策支持。

場(chǎng)景預(yù)案庫(kù)備選預(yù)案庫(kù)面向綜合交通運(yùn)輸行業(yè)多部門(mén)提供交通方案的“一鍵式”備選策略設(shè)計(jì)。以《西部陸海新通道總體規(guī)劃》中提及的重點(diǎn)項(xiàng)目為例，設(shè)立5個(gè)場(chǎng)景預(yù)案庫(kù)案例。平臺(tái)可以對(duì)任意對(duì)象的交通業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)行一體化仿真分析，并定量化、可視化地給出該業(yè)務(wù)場(chǎng)景下不同運(yùn)輸方式（公鐵水航等）的客貨運(yùn)量變化與能源消耗、碳排放情況，為重大工程建設(shè)提供決策依據(jù)。