【城市智能交通創(chuàng)新發(fā)展】城市交通理論創(chuàng)新與研究進(jìn)展---陳小鴻

同濟(jì)大學(xué)交通運(yùn)輸工程學(xué)院 陳小鴻 教授

　　1.城市交通理論創(chuàng)新的必要性
　　現(xiàn)在中國(guó)城市交通存在一些非常突出的不均衡、不充分問(wèn)題?？梢愿爬樗膫€(gè)方面。
　　第一，工序的失衡，這種失衡不僅僅涉及交通需求和交通設(shè)施的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)際上還涉及到空間和交通的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
　　第二，交通設(shè)施運(yùn)行效率低下，即使結(jié)合現(xiàn)在快速發(fā)展的大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)等等，交通設(shè)施的運(yùn)行效率還是相當(dāng)?shù)拖?，這種低下不僅僅是在運(yùn)行效率上，還涵蓋了大量的投資、建設(shè)問(wèn)題。
　　第三，在經(jīng)歷了高速發(fā)展之后，城市服務(wù)、城市交通服務(wù)中的公平性和服務(wù)均等化問(wèn)題日益突出。尤其在最新一些大城市開始重新修編到2035年城市總體規(guī)劃的時(shí)候，都把公平性和服務(wù)均等化以及通過(guò)交通可達(dá)性給城市居民在就業(yè)和居住方面更多的平等選擇機(jī)會(huì)設(shè)立為一個(gè)主題。
　　第四，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和信息技術(shù)對(duì)城市交通規(guī)劃建設(shè)和綜合治理帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)，交通矛盾不僅僅是交通擁堵，實(shí)際上已經(jīng)向更大范圍擴(kuò)展。我們國(guó)家有最強(qiáng)大的移動(dòng)支付和電商平臺(tái)，在城市交通當(dāng)中，客運(yùn)和貨運(yùn)需求在表現(xiàn)的形態(tài)上出現(xiàn)了一些轉(zhuǎn)變。例如，大量年輕人的網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物使得物品的出行由快遞小哥騎著一個(gè)助動(dòng)車所完成。
　　所以，從這幾個(gè)方面來(lái)對(duì)應(yīng)一下研究城市交通理論和方法，會(huì)發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在的諸多現(xiàn)在已經(jīng)沒(méi)有辦法回應(yīng)的問(wèn)題?，F(xiàn)有的城市交通理論和方法可以歸納為以下三個(gè)階段：
　　第一個(gè)階段，小型汽車出行以后，研究處于理論儲(chǔ)備期，主要以小規(guī)模抽樣調(diào)查與經(jīng)驗(yàn)性的研究為主，之后是一直存在的主流——以小機(jī)車交通作為主要對(duì)象，以道路作為主體所形成的理論體系，包括交通系統(tǒng)管理、交通控制等等。到了現(xiàn)在的階段，任何一個(gè)城市實(shí)際上都不是單一的交通模式。大量交通方式以及相互作用，就形成了典型的多模式的交通結(jié)構(gòu)，這樣的交通結(jié)構(gòu)用原來(lái)的車路或者人、車、路的概念是沒(méi)有辦法應(yīng)對(duì)的。
　　從既有的研究到新的研究有一些非常大的變化，就時(shí)代背景而言，中國(guó)城市的交通問(wèn)題研究由原來(lái)人、車、路通信能力為核心，以供需平衡作為主要標(biāo)識(shí)，是服務(wù)交通設(shè)施大規(guī)模建設(shè)的研究。如今倡導(dǎo)的存量規(guī)劃，以增量為主向存量轉(zhuǎn)化，有序建設(shè)和適度開發(fā)更多關(guān)于建設(shè)與運(yùn)行的融合，包括我們的理論對(duì)象，從交通流與交通設(shè)施，再到交通服務(wù)和交通網(wǎng)絡(luò)的相互作用。對(duì)于主動(dòng)、安全規(guī)劃，更重要的是整個(gè)城市與交通的運(yùn)行，要以我們政策和相應(yīng)的技術(shù)手段來(lái)引導(dǎo)這樣的需求。
　　因此交通研究的核心內(nèi)容也從單一的交通物理設(shè)施網(wǎng)絡(luò)，走向多方式符合網(wǎng)絡(luò)整體構(gòu)建與運(yùn)行調(diào)控。城市交通理論與方法的運(yùn)用場(chǎng)景已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了設(shè)施建設(shè)的服務(wù)目標(biāo)，而是既要解決建設(shè)問(wèn)題，更要面向短期甚至是管理調(diào)控。我們對(duì)學(xué)科的認(rèn)識(shí)不能單純認(rèn)識(shí)到工程的學(xué)科，而是綜合運(yùn)用工程、社會(huì)、法律等學(xué)科綜合交叉而形成新的城市交通體系。
　　第三個(gè)問(wèn)題是傳統(tǒng)的城市交通研究都是長(zhǎng)期依附于交通運(yùn)輸研究，也就是把城市內(nèi)的交通問(wèn)題和城市之間的交通問(wèn)題作為一類，實(shí)際他們有很大區(qū)別。從本質(zhì)上而言，城市交通更多的是社會(huì)公共服務(wù)，而城市之間的交通運(yùn)輸，更多是一個(gè)物質(zhì)生長(zhǎng)活動(dòng)，因此也就引申出它的目標(biāo)和使用者的需求不一樣，對(duì)象和設(shè)計(jì)的主體也不一樣，尤其是體現(xiàn)在運(yùn)作的機(jī)制和組織模式。城市道路和公路，無(wú)論是建設(shè)資金來(lái)源還是運(yùn)作場(chǎng)景維護(hù)的模式，由于目標(biāo)、性質(zhì)不一樣，實(shí)際上都是不同的。
　　所以，研究城市交通學(xué)科需要調(diào)整整個(gè)的思維模式，首先城市交通是城市最基礎(chǔ)、最關(guān)鍵的元素，而且這樣的學(xué)科應(yīng)該是出于自然科學(xué)和社會(huì)科學(xué)中間的交叉性的學(xué)科，而城市交通學(xué)所面對(duì)的是城市交通復(fù)合型網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然我們城市新的特征里面還要關(guān)注到以城市群，以周邊城市相互之間的作用，包括信息化發(fā)展和大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)城市交通的雙重影響。這種雙重影響不僅僅是技術(shù)手段，也對(duì)人的行為模式也產(chǎn)生了影響。
　　大數(shù)據(jù)不僅是設(shè)施效率的影響，很多時(shí)候體現(xiàn)在對(duì)人的需求和人的行為模式的影響。要面對(duì)這樣的新技術(shù)，新的業(yè)態(tài)和新的服務(wù)，不僅僅從技術(shù)上應(yīng)對(duì)，同時(shí)還要?jiǎng)?chuàng)新城市交通的社會(huì)治理，也就是城市交通治理新的理論和新的方法。
　　2.城市交通理論的創(chuàng)新——城市交通學(xué)框架
　　為什么要建立新框架？因?yàn)橛衅谙薜囊?guī)劃和有期限的工程設(shè)計(jì)與城市長(zhǎng)期運(yùn)行和有機(jī)更新是一對(duì)矛盾同時(shí)又是必須要處理的問(wèn)題。
　　就上海的例子而言，上海城市規(guī)劃最核心內(nèi)容就是建設(shè)用地的零增長(zhǎng)和負(fù)增長(zhǎng)。那么給我們帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)建設(shè)用地不再增長(zhǎng)，整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和擴(kuò)張不是不是城市交通建設(shè)主要內(nèi)容的時(shí)候，我們的交通規(guī)劃和管理還要做什么和還能做什么？如果仍然用原來(lái)的概念，那就無(wú)事可做。前面提到的四大方面的問(wèn)題顯然不是這樣。由此提出了交通理論的創(chuàng)新，以及城市交通學(xué)所研究的第一類問(wèn)題，即城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與運(yùn)行。
　　首先，需要理解的是什么是城市交通網(wǎng)絡(luò)？什么是城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與運(yùn)行？構(gòu)建與運(yùn)行是一個(gè)不可分割的整體，即城市網(wǎng)絡(luò)不能單純理解為交通網(wǎng)絡(luò)、交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。城市交通網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)行是以滿足人的需求組織城市高效運(yùn)行為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)城市復(fù)合網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)構(gòu)建和運(yùn)行管理。也就是網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)調(diào)整，組織與控制優(yōu)化和行為機(jī)制的調(diào)整，為人和物在城市的移動(dòng)提供完整高效的服務(wù)。城市交通網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)各種手段進(jìn)行動(dòng)態(tài)構(gòu)建、管控，以及調(diào)整服務(wù)能力和服務(wù)狀態(tài)的復(fù)合網(wǎng)絡(luò)。因此把城市交通網(wǎng)絡(luò)定義為交通基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)、交通運(yùn)輸組織網(wǎng)絡(luò)、交通信息傳播網(wǎng)絡(luò)的總和。
　　交通網(wǎng)絡(luò)的基本要素，是一系列的設(shè)施再加上運(yùn)輸?shù)慕M織。這樣的運(yùn)輸組織和對(duì)于基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)行管控的過(guò)程，使得我們能夠動(dòng)態(tài)的形成當(dāng)下城市交通服務(wù)所需要的個(gè)類交通服務(wù)的組織。在這樣的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與運(yùn)行，作為城市交通學(xué)主要的研究對(duì)象，網(wǎng)絡(luò)的需求是可以調(diào)節(jié)的，網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施是可以動(dòng)態(tài)組織的。這種組織是通過(guò)運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)的控制是能夠動(dòng)態(tài)形成的。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中政策、經(jīng)濟(jì)、法律、信息等等能夠?qū)π枨筮M(jìn)行時(shí)空上的調(diào)整，同時(shí)技術(shù)上動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和使用功能的定義，也能對(duì)我們的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。

圖1城市交通網(wǎng)絡(luò)三大直接變量

　　在這樣的概念下面我們所認(rèn)識(shí)的城市交通網(wǎng)絡(luò)既包含了功能網(wǎng)絡(luò)也包括了設(shè)施組織網(wǎng)絡(luò)，以及服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。因此具有了單一設(shè)施網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜的特性，如多工具、多模式的復(fù)合型，多元構(gòu)成要素的一致性，時(shí)空的動(dòng)態(tài)性，運(yùn)行的復(fù)雜性和非線性，以及各類網(wǎng)絡(luò)的交互性和可調(diào)性。
　　上海在延安路高架下形成了一個(gè)中央公交專用道，是有一條單項(xiàng)專用車道和一條專用71路的線路形成的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中設(shè)施本身并沒(méi)有大的變化，只是把道路空間做了一個(gè)重新的功能區(qū)分，通過(guò)信號(hào)控制系統(tǒng)構(gòu)建了依托于道路的公交優(yōu)先的服務(wù)系統(tǒng)。
　　上海中環(huán)線因?yàn)榻煌ㄊ鹿手袛?2天，根據(jù)跟蹤分析，可以觀察到各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)作用。如下圖，在這樣的情形下，從我們的軌道交通一直到各類道路，各類系統(tǒng)實(shí)際上產(chǎn)生的效應(yīng)是完全不同的。對(duì)于內(nèi)環(huán)線，如果只是很小的流量的增長(zhǎng)就會(huì)導(dǎo)致速度在很大范圍內(nèi)的變化。

圖2流量與車速的關(guān)系圖

　　3. 城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建與運(yùn)行研究的方法論
　　針對(duì)這樣的框架，我們對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運(yùn)行，提出未來(lái)一系列需要研究的科學(xué)問(wèn)題。這個(gè)科學(xué)問(wèn)題里面包括人和機(jī)構(gòu)、行為規(guī)則的不確定性，我們所要做的研究就是要研究發(fā)展機(jī)理，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的復(fù)雜性，我們要用一系列的動(dòng)態(tài)事實(shí)數(shù)據(jù)研究這樣的網(wǎng)絡(luò)交通流的規(guī)律和機(jī)制，對(duì)于外部干預(yù)的協(xié)調(diào)性實(shí)際上更多的是研究在演化過(guò)程當(dāng)中我們政策和各類干預(yù)的措施，對(duì)于設(shè)施和行為的雙重影響。
　　比較樂(lè)觀的是交通大數(shù)據(jù)的應(yīng)用進(jìn)展，實(shí)際上已經(jīng)提供了一系列的技術(shù)手段，而且已經(jīng)有了一些應(yīng)用。例如，在深圳建立的城市交通綜合評(píng)估技術(shù)和決策支持系統(tǒng)，以及車流運(yùn)行和公交運(yùn)行的動(dòng)態(tài)跟蹤。在上海建立的的道路和移動(dòng)通訊數(shù)據(jù)相結(jié)合分析人口用地信息。這樣信息可服務(wù)各類交通系統(tǒng)，包括現(xiàn)在分時(shí)租賃的交通站點(diǎn)對(duì)人崗位的覆蓋，對(duì)POI熱點(diǎn)覆蓋等等分析。這樣的進(jìn)展對(duì)未來(lái)動(dòng)態(tài)構(gòu)建情況下的網(wǎng)絡(luò)特征和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供了大量的手段。
　　4.總結(jié)
　　中國(guó)城市交通發(fā)展到現(xiàn)在，無(wú)論是問(wèn)題還是發(fā)展階段，以及擴(kuò)展和建設(shè)能力和具有的技術(shù)手段，我們對(duì)城市交通以及城市交通網(wǎng)絡(luò)、城市交通服務(wù)都需要重新理解。采用傳統(tǒng)的關(guān)注于基礎(chǔ)設(shè)施，關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施能力研究的思路、研究的手段，甚至研究的技術(shù)都會(huì)被逐漸的移出我們的視野。
　　第一，要重新理解城市交通，重新理解城市交通網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和運(yùn)行的要素關(guān)系，提高城市運(yùn)行效率和質(zhì)量，提供一個(gè)全方位高質(zhì)量、公平的交通服務(wù)，是建立城市交通學(xué)的根本目的。
　　第二，技術(shù)的進(jìn)展，譬如說(shuō)成是互聯(lián)網(wǎng)等等，提供了理解城市交通運(yùn)行、獲取城市交通運(yùn)行規(guī)律新的手段，而且計(jì)算技術(shù)的發(fā)展對(duì)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)交通數(shù)學(xué)模型的建立提供了新的機(jī)遇，我們?cè)诟櫟南駛惗?00多萬(wàn)人，德國(guó)8000萬(wàn)人一天活動(dòng)軌跡的研究都已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，這樣也為我們城市交通學(xué)提供了科學(xué)基礎(chǔ)。
　　第三，城市交通學(xué)的理論核心是城市交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運(yùn)行，對(duì)于這一點(diǎn)我要強(qiáng)調(diào)的是構(gòu)建與運(yùn)行是一對(duì)動(dòng)態(tài)互補(bǔ)的關(guān)系，是整體分割的。制定交通政策通過(guò)干預(yù)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和運(yùn)行，才能達(dá)到改善城市交通的狀況。