城市交通工程应用技术研究的论文

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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：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。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13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 ：attthe 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：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；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：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；出行分布预测，代表性预测模型有增长率法及重力模型法；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；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，十年来，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。1)“四阶段”模式并不完全符合我国当前城市交通发展状况。“四阶段”城市交通规划、预测模式的特点是以现状分析为基础进行模型参数标定并预测未来的交通需求，这种预测方法对已具规模的城市，特别是发展已趋于稳定的城市十分有效，因而在国外发达国家的城市交通规划滚动中被广泛采用。我国目前属于发展中国家，城市化进程发展很快，绝大部分城市处于开发时期，城市的远期规模及布局与现状相差很大，完全套用“四阶段”模式必然会造成预测的偏差及规划的失误。2)我国尚未形成规范化的城市交通预测及规划系统。城市交通预测及规划以城市规划为前提，城市规划的各项控制参数及用地指标是城市交通预测及规划的依据。城市交通规划及城市规划均有不同的层次。城市交通规划一般可分为城市交通发展战略规划、城市综合交通规划、城市交通近期治理规划及城市交通滚动规划等几个层次，城市规划也可分为城市发展战略规划(纲要)、城市总体规划、城市分区规划等。不同层次的交通规划对规划的内容、预测的深度、精度要求不一样，对作为前提条件的城市规划资料的要求也不一样。目前，我国还没有形成城市规划一交通预测一城市交通规划协调系统。一方面，城市交通规划与城市规划不协调。某些城市在进行详细的城市综合交通规划时，仅用城市发展战略规划为依据，尽管进行了相当详细的交通需求预测，但由于预测基础比较薄弱，预测结果的可信度很低。而有些城市在进行纲要性的城市交通发展战略规划时，以详细的城市分区规划资料作为基础，进行相当复杂的交通需求预测，以此为基础的城市交通发展规划有“头重脚轻”之感。城市交通规划，城市交通需求预测技术及作为基本依据的城市规划之间尚未形成一一对应的协调系统。另一方面，国内多数城市的城市交通规划与城市规划分别进行，很少真正形成城市交通规划对城市规划的反馈作用，有些城市的交通规划只起到了根据城市总体规划(或分区规划)中的土地利用布局规划，进行交通需求预测，对城市规划提出的道路网络进行交通质量评价而已，没有真正起到城市交通的规划作用及对城市规划(特别是土地利用布局、城市发展方向)的反馈作用。3)专项预测技术未成熟。为了吸引外资，加速城市的开发过程城市政府部门往往在进行城市规划时拨出部分土地作为开发区，供外商投资开发，有些城市的开发区达整个城市发展区域面积的10左右，开发区的土地利用性质在城市规划中往往没有规定，如何科学地预测开发区的交通需求，目前仍未解决。随着“改革、开放”的深入，城市流动人口增长很快，部分城市的流动人口已超过常住人口的25，流动人口产生的交通需求在总交通需求所占的比例，远远超过此数。但目前尚无科学预测城市流动人口总量、出行分布规律的方法。最近几年，大运量轨道交通(地铁及轻轨)作为缓解城市客运交通紧张状况的有效手段倍受重视，但目前尚无公认的大运量轨道交通线路客流预测方法，一些城市在进行地铁或轻轨线路的可行性论证时，往往根据轨道交通线路的立项要求进行框算并未真正做到交通需求预测。因此，各专项预测技术有待于进一步完善。(2)城市交通运行特征预测技术城市交通运行特征指标道路交通量及其时空分布、车速、交叉口排队和延误等，它们是交通设计中设施规模的确定、交通规划中路网方案的评价、交通控制中控制策略的制定、交通管理中管理措施的制定的直接依据，尤其在现代城市交通管理中特别重要。欧美发达国家比较重视城市交通特征指标预测技术的研究，特别是这些国家的交通工程建设进入现代化城市交通管理与控制阶段后，已基本形成了较成熟的预测技术。如进行道路、交叉口流量预测的动态连续式交通分配技术，已经能模拟一天交通需求的变化以及高峰小时期间车流拥挤在邻近交叉口之间的互动影u向，在城市交通控制、线路诱导及交通规划中广泛应用。交叉口排队及延误预测的实变排队模型及同轴转换技术，能模拟一天不同交通需求下的排队及延误形成与消散的动态过程，被广泛用于交通控制及线路诱导系统。这些国家在通行能力的分析、行驶时间预测(车速与交通负荷相关关系)、交通事故预测等技术也有较多的研究。我国对城市交通特征指标预测方法的研究不多，通常借鉴国外的模型，但由于我国交通状况的特殊性，照搬国外模型有许多不足。国外发达国家的交通流中，小汽车流为主体，小汽车占90以上，国外的交通特征预测模型以小汽车流为基本车流，不完全适合于我国的多车种交通流。我国的道路交通基本上为机非混行， 自行车对机动车的行驶特性有很大影响，国外的预测模型不能考虑这一状况。因此，有必要提出一套适合我国交通特点的交通特征指标预测、分析技术。2城市交通预测系统发展目标在已有研究成果及众多城市交通规划实践的基础上，分析、研究我国市场经济条件下城市经济快速增长及城市交通需求发展规律，建立适合我国社会主义市场经济体制的城市交通需求预测理论体系，及城市规划一城市交通规划一交通需求预测配套技术。开展城市交通特征指标预测的研究，为最终形成现代化城市交通管理系统奠定基础。3城市交通预测系统研究内容(1)规范化城市交通需求预测技术研究研究常规的“四阶段”交通需求预测模式在我国的适用范围，研究在我国市场经济条件下的城市交通需求发生、吸引、分布规律及其预测模型，研究在机非混合交通条件下的城市交通网络交通分配理论、动态连续式城市交通需求网络分配方法及其在大规模交通网络上的实现问题。(2)城市规划与城市交通规划协调预测技术研究研究城市交通需求与城市土地利用之间的相关关系，不同层次城市交通规划所需的规范化城市发展基本指标及其与不同层次城市规划的对应关系。建立使城市交通规划真正能对城市规划起反馈作用的城市规划一交通需求预测一城市交通规划一城市规划一体化的规范化预测系统。(3)城市交通规划专项预测技术研究研究在“改革、开放”新形势下所出现交通问题的专项预测技术。如城市流动人员的总量、出行特征及其分布预测技术，城市开发区交通需求预测技术，地铁、轻轨线路的客流吸引范围、线路客流分布预测技术，地铁、轻轨线路与地面公共交通系统的客流换乘预测技术等。(4)城市交通技术经济评价方法研究研究城市交通规划方案或大型城市交通基础设施建设的技术经济评价指标体系及评价方法。(5)城市交通运行特征预测技术研究研究在我国混合交通条件下，适用于城市交通规划与城市交通管理的城市交通运行特征指标预测技术，包括城市道路、交叉口通行能力分析技术，道路交通量、车速及交叉口排队、延误预测技术，道路交通路阻函数、交通事故、交通污染预测技术等的开发。四、城市交通应用软件系统城市交通系统的规划、设计、运行、管理均需要进行大量基础数据的统计运算及复杂的网络分析，城市规模越大，城市现代化程度越高，交通系统分析的复杂程度也越大。一般来说，城市交通系统的规划、设计、运行管理均需要有相应的软件系统支持，否则其结果很难能想象是科学合理的。城市交通应用软件通常有三个方面：城市交通规划系统软件；城市交通管理系统软件；城市交通工程设计专项软件。1城市交通应用软件系统发展及现状(1)城市交通规划系统软件城市交通规划过程中，需对大量的调查数据进行统计分析，需进行高阶矩阵的运算、网络搜索及图象处理，没有计算机作为分析工具是很难进行大中城市的综合交通规划的。国外发达国家非常重视计算机、绘图仪、扫描仪等高科技产品在交通规划中的应用及其相应系统软件的开发。70年代以来，已有一大批交通规划软件投入应用，在交通规划中起了重要的作用。代表性的应用软件系统有：美国开发的utps、minutp、tranplan，其系统由网络分析、模型使用(“四阶段”预测模型)、矩阵运算、网络加载、图形显示等模块组成，通过控制文件组合各模块完成所需功能。加拿大蒙特利尔大学开发的emme2均衡模型数学软件包，该系统中网络分析、矩阵运算、函数计算为三大公用模块，它可以为各种交通模型(如交叉分类出行产生模型、熵模型、重力分布模型、转移曲线或概率出行方式划分模型等)提供支持，并且各模块为用户预留使用域。英国mva公司开发的trips系统，该系统除了具有tranplan系统的功能外，还能进行公共交通线网优化，特殊线路交通分析，od矩阵反推及实时更新等功能，并有良好的界面及图形输出功能。美国凯力浦公司开发的transcad系统，该系统是建立在gis基础上的城市交通规划及交通管理系统软件，具备常规的交通规划功能，并留有与其他专用软件的接口，用户可自编专门要求的软件在transcad系统下运行。我国在近十多年的城市交通规划实践中，一方面积极引进国外先进的城市交通规划系统软件，另一方面，根据我国的交通特点开发适合中国国情的规划软件，并已有较成熟的软件应用于我国的交通规划实践。如东南大学开发的statram软件系统是在与英国南安普顿大学联合研制的标准化交通分配与评价软件(statramstandard traffic assignment and assessment model)基础扩展而成的城市交通规划系统软件，该系统由三大部分组成：数据输入及文件建立模块。包括基本数据输入、网络输入及调整、数据文件建立、查询及查错处理功能。交通需求预测及规划模块。包括出行发生、吸引、分布、方式划分、交通分配的可供选择的多种模型、公共交通分析、交通质量分析、交叉口流量推算、建设项目优先排序等功能。成果输出模块。包括文表输出、屏幕图形输出、绘图仪图纸输出等功能。各功能通过控制文件实现，该系统在国内近十个城市的交通规划中应用。除东南大学外，中国城市规划设计研究院、同济大学、上海机械学院等也开发了不少应用软件，并在各自承接的城市交通规划实践中应用。尽管国内已有不少单位开发了城市交通规划软件，但总体来说，有很多不足。首先，国内城市交通规划软件的开发，多为低层次的重复， 目前国内很少有高层次的规划软件问世，绝大部分软件层次很低，许多单位在进行的都是相同内容的重复开发工作。其次，国内的规划软件系统不规范化，没有统一的标准，大部分软件功能不全，深度不够，很难在交通规划实践中推广应用。(2)城市交通管理系统软件欧美发达国家在基本完成了城市交通基础设施的建设以后，城市交通需求的继续增长，使得交通问题依然存在，这些国家把注意力集中在城市交通的现代化管理以提高城市交通网络的运输效率上。城市交通的现代化管理包括城市交通区域控制系统、线路诱导系统、智能化车路系统等，这些系统的行动均以相应的支持软件系统为基础。发达国家比较重视城市交通管理系统软件的开发。英国道路运输研究所(trrl)早在60年代末就开始研制城市交通的区域信号控制网络协调配时优化设计控制程序transyt(traffic network studyt001)，不久就被广泛应用，70年代trrl又研制出第二代的区域交通信号网络优化实时控制系统scoot(splitcycle offsetoptimizationtechnique)，并取代了transyt被广泛应用，其他不少国家也研制了不少城市交通区域控制软件，如澳大利亚研制的scats(sydneycoordinated adaptivetraffic system)系统就是较成功的一例。进入80年代后，发达国家除了在城市内继续推广区域交通控制系统的实施外，把更多的注意力集中到能产生更高运输效率的线路诱导系统、智能交通系统的开发及与已有城市区域交通控制系统的协调。如欧共体正在进行中的drive研究计划，美国、日本、加拿大正在研制中的智能化车路系统ivhs，都以信息传输、线路诱导、卫星导航、智能控制等为主要研制内容，而相应的控制软件开发是核心部分。我国城市交通管理的起步较晚，直到70年代末才在全国主要城市普及单点定周期交通信号机。80年代后期，国内许多城市相继从国外引进了一些区域交通控制系统，如北京引进了transyt7f和scoot，上海引进了scats，这些系统都是在国外现有系统的基础上，结合我国城市交通的具体情况适当加以改进而实现的。为了加速城市交通信号控制系统的国产化，有关部门在引进、吸收、消化的基础上，于1986年开始在南京合作开发第一套国产信号控制系统，并于1991年在南京主城区安装，通过了调试。总体来说，我国城市交通管理手段比较落后，相关软件开发很少，虽然已开展了城市区域交通控制方面的研究与开发，但在现代化交通管理的诱导系统、智能交通系统方面的研究与开发几乎是空白。(3)城市交通工程设计专项软件城市交通工程设计专项软件指解决某类型交通工程设施设计或交通分析的应用软件。国外这方面的软件很多，如美国专门用于各类道路通行能力分析的hcm软件系统，英国用于道路网络设计的saturn、traffiq软件及信号交叉口配时设计的oscady软件等。我国在这方面开发很少，成熟的软件更不多。2城市交通应用软件系统发展目标在引进、开发及国内众多城市交通规划实践的基础上，研制适合中国国情的系统性、可操作性很强的城市交通规划cad系统及gis系统，软件水平达到同类行业80年代国际先进水平，为各城市编制交通规划提供灵活、方便的系统支持。要研制适合我国混合交通特点的实用型城市交通