现代城市交通工程应用技术综述

　　摘要：文章对我国近期城市交通基础设施建设及中远期现代化城市交通管理的基础理论、方法中起支撑作用的交通工程应用技术的现状、发展方向与目标及其研究途径与措施进行了对比分析，并就今后的研究方向提出了建议。

　　关键词：城市交通; 技术 ;研究

　　Abstract: the article on China's recent city transportation infrastructure construction and long-term modernization city traffic management basic theory, method of the traffic engineering application technology present situation, development direction and objectives and research ways and measures are analyzed, and the future research directions are suggested.

　　Key words: city traffic; technology; research

　　中图分类号：U491 文献标识码：A 文章编码：

　　一、引言

　　近几年来，随着我国国民经济发展迅猛，交通需求量增长很快，全国范围内的大中城市都基本上出现了严重的交通阻塞现象。在我国，出现城市交通全面紧张的原因主要有二个：(1)城市交通基础设施建设速度远远跟不上交通需求增长速度，城市交通设施运输能力不能满足交通需求而造成交通阻塞;(2)城市交通管理设施落后、管理水平不高，现有道路交通设施的运输能力得不到充分利用而造成交通阻塞我国国内经济发展很不平衡，沿海城市较内地城市发展要快，北京及部分沿海城市已初步建成了较完善的道路交通网络。但由于这些城市的交通管理设施落后，管理人员缺乏，管理水平不高，造成已形成的道路交通网络系统没有发挥其应有的运输效率，加重了城市交通的阻塞。

　　另一方面，由于我国以前对城市交通管理重视不够，城市交通管理法规还不够完善，执法部门执法不严，市民遵守交通法规的观念淡薄，交通违纪现象很普遍，时常造成人为的交通拥挤与阻塞。

　　总体来说，我国目前仍为发展中国家，绝大多数城市仍处于开发阶段，造成交通全面紧张的主要原因是城市交通基础设施建设速度远远跟不上交通需求的增长速度。加快我国城市交通基础设施的建设，尽快形成基本适应交通需求的城市交通网络系统是我国城市交通建设的当务之急。

　　本文着重讨论在我国近期城市交通基础设施建设及中远期现代化城市交通管理的基础理论、方法中起支撑作用的交通工程应用技术的现状、发展方向与目标及其研究途径与措施。具体包括三个方面：①城市交通信息系统;②城市交通需求预测系统;③城市交通应用软件系统。

　　二、城市交通信息系统

　　城市交通信息是进行城市交通研究的依据，进行城市交通基础设施规划、建设及城市交通管理的基础。城市交通信息极其丰富，种类繁多，就其时效性可分为实时交通信息及历史交通信息，就其性质可分为动态交通信息(车流的交通信息)及静态交通信息(交通设施的交通信息)。

　　1.械市交通信息系统发展与现状

　　(1)用于城市交通规划的交通信息系统

　　城市交通规划在城市的建设及发展过程中起着十分重要的作用，进行城市交通规划需要大量的城市交通信息，其中，最主要的交通信息包括：①居民、车辆、货物的出行特性及其分布;②交通流特征(交通量、车速)及其分布;③交通设施(道路网络、公共交通网络、交叉口控制设施、车站、码头分布);④社会经济信息(人口及其分布、居住分布、就业分布、土地利用及其分布)。这些交通信息在交通规划中是进行现状交通评价及未来交通预测的直接依据。国外经济发达国家比较重视这类交通信息的收集与积累。早在五六十年代，欧美发达国家当时处于城市交通基础设施建设时期，城市交通设施的规划与建设成为当时交通工程的研究重点，为了配合交通规划工作的全面展开，许多大中城市都相继进行了大规模的交通调查，并建立了标准化交通信息数据库，这些交通信息数据库在当时的大规模交通规划及后来的城市交通规划滚动、调整中起了极其重要的作用。一方面，这些交通信息数据库为交通规划及交通规划滚动中的交通评价、交通预测提供了坚实基础，使规划及规划滚动科学、合理，另一方面，这些规范化的交通信息数据库为没有进行大规模交通调查的城市提供了样板，这些城市可以不进行大规模交通调查而直接从规范化交通信息数据库中调用同类城市的交通信息进行类比，便可进行城市交通规划，不仅大大节省了调查经费，而且大大缩短了城市交通规划工作的周期，社会经济效益巨大。

　　如前节所述，我国目前状况与欧美发达国家60年代的状况相似，处于经济大发展时期，造成城市交通全面紧张的主要原因是城市交通基础设施的建设速度远远跟不上城市交通需求的增长速度，为了改变这一状况，一个大规模的城市交通规划、建设热潮正在全国展开。为了开展城市交通规划工作，我国已有近40个城市进行过大规模或较大规模的综合交通调查，无疑这些交通调查成果对相应城市的交通设施规划、建设起到重要作用。但从交通信息系统的角度来看，存在着许多不足，有待于进一步完善。如：①交通调查不规范。目前用于城市交通规划的交通调查很不规范，无论是调查的内容、调查的深度，还是对一些主要特征指标的定义均无统一的标准，造成城市之间的不可比性。如对居民“出行”的定义，就没有明确的标准，有的城市定义为居民在空间上移动500m或1000m为出行;有的城市定义为居民外出耗时3分钟或5分钟为出行，等等，使得居民平均日出行次数这个重要的特征指标无可比性。②调查成果没有形成数据库，利用率低。我国已有近40个城市进行过综合交通调查，调查的城市覆盖面很广，信息量极其丰富，如果能形成一个国家级的标准化交通信息数据库，为没有做过交通调查的城市提供类比分析的依据，必将能产生巨大的经济效益。但我国目前不仅没有形成国家级数据库，就连各城市本身也很少形成数据库，不少城市在交通规划结束后，交通调查资料就被遗失，待规划滚动时，需重新进行调查。有些城市，虽进行了大规模的综合交通调查，但在规划时，仅少量调查结果被应用，大部分被浪费。总体来说，目前我国的交通调查资料利用率很低。

　　⑧交通信息采集手段落后。我国目前城市交通信息的采集基本上还是用比较原始的人工方法，自动化程度很低。如交通流量、车速等信息的采集基本上还是用记数法，现代化的交通检测手段没有被普及;居民出行调查常采用家访法;土地利用、人口分布等信息用原始的图上量面积方法，扫瞄仪等现代化设备没有被广泛应用。

　　(2)GIS在城市交通信息系统中应用

　　GIS(GeographiclnformationSystem)是一种基于计算机软硬件支持的空间和空间属性数据库的地理信息系统，由于它的综合功能、广泛的应用领域及在决策中的综合效能，最近十多年得到了迅猛发展。特别是近几十年计算机软硬件价格下降及技术的进步，GIS在城市的规划建设和管理部门迅速推广应用，取得了巨大的社会经济效益，GIS同样也能成为城市交通规划、建设及城市交通管理的有力工具。

　　GIS是利用计算机软硬件的支持，对数据和信息(包括图纸和表格)按地理坐标和空间位置进行收集、输入、存贮、编辑、查询、检索、显示和管理，以及对这些信息进行统计和分析的综合技术。GIS一般包括四个子系统：①数据输入子系统。借助于一定的技术手段，如数字化仪、扫描仪等将图片数字化，或通过实地测量获得的数据以及空间物体的属性数据按一定的格式输入计算机，建立相关的地理数据库。②数据库管理系统。把空间数据以拓扑结构的形式组织、分类、整理、运算，并进行综合管理，为用户相应的操作、分析、显示等的空间和非空间的查询进行快速检索服务。⑧数据输出或显示子系统。利用计算机终端输出全部或选择性的部分数据或图形信息，为用户提供直观的图象和图形。④空间分析子系统。对这种空间信息根据用户咨询目的进行空间分析，建立空间事物的综合系统动力学模型，进行动态数学模拟及预测。

　　考察GIS的功能可以实现：利用GIS进行城市交通的规划、设计、建设、管理，能大大提高工作效率及成果水平，尤其是对城市交通规划。因为城市交通规划所要处理、分析的数据量巨大、数字模型复杂、规划成果或分析结果的表示要求多样化，利用GIS强大的数据慑人功能、数据管理功能、图形显示功能及空间分析功能，能使上述问题变得十分容易。可以说，GIS是进行城市交通规划的最有利的辅助工具，在我国当前大规模的城市交通规划建设时期，在城市交通规划中推广应用GIS，更具有特别重要的意义，必将产生巨大的社会经济效益。

　　GIS的发展已有30年的历史，但其突破性的进展是在计算机高度发达后的80年代末期，并已在发达国家得到广泛应用。GIS在交通工程中的应用始于80年代，交通工程GIS系统的特殊性在于依靠宏观的GIS地理信息系统的一切环境外，还必须具有交通工程特有的基础数据库系统以及处理一般交通工程问题的能力，如交通需求预测、车流路径选择、道路通行能力分析、交通质量评价、交叉口交通信号配时及延误、排队分析等。

　　交通工程GIS发展最快的是美国，近几年来已有上百个交通工程GIS软件问世，由美国凯力浦(Caliper)公司开发的TransCAD交通工程GIS软件系统，可以说明是GIS在交通工程应用的一大突破，并且由于其使用方便、性能稳定、价格低廉等优点而被广泛应用。利用TransCAD进行纽约肯尼迪国际机场综合交通规划、管理就是GIS在交通工程中应用的一个成功的例子。

　　我国GIS的技术开发和研究起步较晚。1987年由国家计委和中国科学院建立的资源与环境国家重点实验室标志着我国GIS研究的开始。1988年结合世界银行贷款的三个中等城市(洛阳、沙市和常州)的城市建设项目建立城市规划管理信息系统，标志着我国城市地理信息系统开发的开始。但GIS在城市交通规划及交通工程方面的应用，在我国几乎还是空白。

　　(3)用于现代化交通管理的城市交通信息系统

　　城市交通信息系统不仅在城市交通规划、建设中起着十分重要的作用，它同样是进行城市交通现代化管理的基础，倍受西方发达国家的重视。在这些国家，城市交通工程建设已进入现代化的交通管理阶段，其主要工作为两个方面：①城市交通需求管理(TDM)。通过交通需求的管理，减少不必要的出行量，降低道路交通负荷以缓解交通状况。②城市交通系统管理(TSM)。通过交通系统管理，提高现有交通设施的运输能力及运输效率，以缓解交通紧张状况。而进行交通需求管理及交通系统管理的基础，都是城市交通信息(特别是实时、动态交通流信息)的获取与传递。发达国家非常重视城市交通信息系统，投入了大量的财力、物力、人力进行研究与开发。如欧共体12国正在研制的基于卫星通讯的现代化智能车一路一运输环境系统DRIVE研究计划中，就投入了大量的资金对交通信息系统进行研究。，在研究经费达1亿欧洲货币单位的DRIVE计划一期工程中，有近1/3的研究项目为道路交通信息RTI(Road Traffic lnformation)的研制与开发，包括道路交通信息的获取、传送、管理及数据库系统建立。研究经费达4亿欧洲货币单位的DRIVE计划二期工程，其研究主题就是现代化交通信息系统(DRIVE Ⅱ：ATT—The Advanced Transport Telematics)。研究计划包括了交通需求管理信息系统、旅行交通信息系统、集成化城市交通管理信息系统、集成化城际交通管理信息系统、驾驶员救援与合作驾驶信息系统、货运与车队管理信息系统及公共交通管理信息系统的建立、信息采集技术、传送技术及硬件设备开发。

　　我国目前处于大规模建设时期，城市交通基础设施的规划、建设是我国当前的当务之急，但由于经济发展的不平衡，我国部分沿海城市将率先进入现代化行列，城市现代化交通管理技术的研究与开发应尽早开展。我国目前对在城市现代化交通管理中起基础作用的交通管理信息系统尚未开展研究，应引起有关部门的重视。

　　2.城市交通信息系统发展目标

　　适应我国当前大规模城市交通基础设施建设的要求，要统一城市交通规划的交通调查标准，建立全国性交通调查数据库，供未进行过大规模交通调查的城市在进行交通规划时类比、参考。同时，要建立标准化的城市交通规划GIS系统，积极在国内推广应用，并开展现代化城市交通管理信息系统的研制，争取达到国际80年代初同行业的先进水平。

　　3.城市交通信息系统研究内容

　　(1)规范化城市交通调查内容、调查技术、调查方法研究

　　研究城市交通规划的规范化调查项目、调查内容、调查方法及调查技术;研究不同层次规划(远景城市发展战略规划、中长期城市综合交通规划、近期城市交通治理规划、城市交通滚动规划)的调查内容及调查方法;建立规范化交通调查指南。

　　(2)城市交通规划信息数据库技术开发

　　开发城市交通规划信息数据库技术，收集国内已调查的城市交通信息资料，按城市性质、区域规模、人口规模等建立数据库，研究城市交通规划信息数据库的维护及更新技术。

　　(3)出行特征参数与城市性质、规模相关关系研究

　　广泛收集国内的城市交通调查资料，研究并建立居民出行特征参数(如居民平均日出行次数、各目的出行次数、交通方式比例)、车辆出行特征参数(如车辆平均日出行次数、平均出行距离)等与城市性质、城市规模的相关关系，供同类城市进行交通规划或规划滚动作类比、参考。

　　(4)适合中国国情的城市交通工程GIS系统开发

　　开发适合于我国城市交通工程的基本GIS系统，加强交通工程所特有的交通数据获取功能，增加交通分析功能(如网络分析功能、交通数据统计功能、交通需求预测功能、道路网络规划功能、公共交通线网规划功能)，建立交通工程标准数据库(如各种图示图例、道路规划标准、交通信号灯标准、交通状况标准等);研究已有的交通工程标准软件与GIS的接口技术或转换技术。

　　(5)现化城市交通信息系统

　　研究以城市交通系统管理(TSM)及城市交通需求管理(TDM)象的现代城市交通信息系统的结构、内容，研究静态交通设施信息、为主要服务对动态交通流信息、车辆与居民出行需求信息、公共交通线路运行信息、交通事故信息等系统的集成技术，以及线路诱导系统、城市交通管理系统、城市交通控制系统的集成技术。

　　三、城市交通预测系统

　　城市交通预测系统有二个预测内容：①城市交通需求预测，包括城市客货运量、车辆、行人的发生、分布、流量分配等宏观预测;②城市交通特征指标预测，包括交通量时空分布规律、道路容量、交通量、车速，交叉口排队、延误，交通事故等微观预测，它们都是进行城市交通规划、建设、管理与控制的基础，前者主要为城市交通规划、建设服务，后者主要为城市交通管理、控制服务。

　　1.城市交通预测系统的发展与现状

　　(1)城市交通需求预测技术

　　城市交通需求预测(或城市交通需求分析)是城市交通规划的主体部分，其目标是通过对现状交通需求与现状城市土地利用之间的相关关系分析，根据未来土地利用规划预测未来各类交通需求的发生、分布及其在城市交通基础设施上的分配，为城市交通基础设施的布局规划及规模设计提供决策依据。

　　欧美发达国家在50年代为了满足城市交通规划建设的需求，开始研究城市交通需求预测模型，至70年代已基本形成了很有代表性的“四阶段”城市交通需求预测模式，即交通需求预测分四个阶段：①出行发生预测，代表性预测模型有单位产生率法及交叉分类法;②出行分布预测，代表性预测模型有增长率法及重力模型法;③出行方式划分预测，代表性预测模型有转移曲线法及费用函数法;④出行分配预测，代表性预测模型有最短路交通分配法、概率多路径分配法。“四阶段”交通需求预测模式，在国际上一直占交通需求分析的主导地位，在当时欧美各国的城市交通基础设施的规划、建设中起了极其重要的作用。70年代以后，欧美发达国家的大规模城市建设已基本完成，交通工程重点逐步转移到城市交通的管理与控制，除了出行分配预测模型由于在交通管理中得到广泛应用而得到进一步研究外，对其他预测模型的研究渐渐受到冷落。

　　我国对城市交通规划及交通需求预测的研究起步较晚，80年代才开始较大规模的城市交通规划工作，多年来，已有约20个城市进行了较系统的综合城市交通规划。在我国城市交通规划界，研究活动最活跃的有三支研究队伍：东南大学运输工程研究所、中国城市规划设计研究院城市交通研究所及同济大学道路与交通工程研究所。他们在各自承接的城市综合交通规划实践中，已摸索出了一套符合中国国情的城市交通规划方法及城市交通需求预测技术，在当前我国的大规模城市交通基础设施规划建设中，起了很大的作用。

　　总体来说，我国目前的城市交通规划方法及交通需求预测方法，仍没有跳出“四阶段”模式，尽管根据我国实际交通状况对各阶段预测模型作了很大改进，但在整体运用上仍存在着许多不足，有待于进一步的完善。 城市交通是城市社会活动、经济活动的纽带和动脉，对城市经济发展和人民生活水平的提高起着极其重要的作用。要从根本上解决城市交通问题，就必须加快我国道路交通基础设施的现代化建设及现代化管理，而充分利用国际上成熟的交通工程应用技术，是加快实现我国交通现代化的基本途径。

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