【城市智能交通创新发展】城市交通理论创新与研究进展---陈小鸿

同济大学交通运输工程学院 陈小鸿 教授

　　1.城市交通理论创新的必要性
　　现在中国城市交通存在一些非常突出的不均衡、不充分问题。可以概括为四个方面。
　　第一，工序的失衡，这种失衡不仅仅涉及交通需求和交通设施的对应关系，实际上还涉及到空间和交通的对应关系。
　　第二，交通设施运行效率低下，即使结合现在快速发展的大数据、移动互联技术等等，交通设施的运行效率还是相当低下，这种低下不仅仅是在运行效率上，还涵盖了大量的投资、建设问题。
　　第三，在经历了高速发展之后，城市服务、城市交通服务中的公平性和服务均等化问题日益突出。尤其在最新一些大城市开始重新修编到2035年城市总体规划的时候，都把公平性和服务均等化以及通过交通可达性给城市居民在就业和居住方面更多的平等选择机会设立为一个主题。
　　第四，经济发展和信息技术对城市交通规划建设和综合治理带来了新的挑战，交通矛盾不仅仅是交通拥堵，实际上已经向更大范围扩展。我们国家有最强大的移动支付和电商平台，在城市交通当中，客运和货运需求在表现的形态上出现了一些转变。例如，大量年轻人的网络购物使得物品的出行由快递小哥骑着一个助动车所完成。
　　所以，从这几个方面来对应一下研究城市交通理论和方法，会发现已经存在的诸多现在已经没有办法回应的问题。现有的城市交通理论和方法可以归纳为以下三个阶段：
　　第一个阶段，小型汽车出行以后，研究处于理论储备期，主要以小规模抽样调查与经验性的研究为主，之后是一直存在的主流——以小机车交通作为主要对象，以道路作为主体所形成的理论体系，包括交通系统管理、交通控制等等。到了现在的阶段，任何一个城市实际上都不是单一的交通模式。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结构，这样的交通结构用原来的车路或者人、车、路的概念是没有办法应对的。
　　从既有的研究到新的研究有一些非常大的变化，就时代背景而言，中国城市的交通问题研究由原来人、车、路通信能力为核心，以供需平衡作为主要标识，是服务交通设施大规模建设的研究。如今倡导的存量规划，以增量为主向存量转化，有序建设和适度开发更多关于建设与运行的融合，包括我们的理论对象，从交通流与交通设施，再到交通服务和交通网络的相互作用。对于主动、安全规划，更重要的是整个城市与交通的运行，要以我们政策和相应的技术手段来引导这样的需求。
　　因此交通研究的核心内容也从单一的交通物理设施网络，走向多方式符合网络整体构建与运行调控。城市交通理论与方法的运用场景已经远远超出了设施建设的服务目标，而是既要解决建设问题，更要面向短期甚至是管理调控。我们对学科的认识不能单纯认识到工程的学科，而是综合运用工程、社会、法律等学科综合交叉而形成新的城市交通体系。
　　第三个问题是传统的城市交通研究都是长期依附于交通运输研究，也就是把城市内的交通问题和城市之间的交通问题作为一类，实际他们有很大区别。从本质上而言，城市交通更多的是社会公共服务，而城市之间的交通运输，更多是一个物质生长活动，因此也就引申出它的目标和使用者的需求不一样，对象和设计的主体也不一样，尤其是体现在运作的机制和组织模式。城市道路和公路，无论是建设资金来源还是运作场景维护的模式，由于目标、性质不一样，实际上都是不同的。
　　所以，研究城市交通学科需要调整整个的思维模式，首先城市交通是城市最基础、最关键的元素，而且这样的学科应该是出于自然科学和社会科学中间的交叉性的学科，而城市交通学所面对的是城市交通复合型网络。当然我们城市新的特征里面还要关注到以城市群，以周边城市相互之间的作用，包括信息化发展和大数据技术对城市交通的双重影响。这种双重影响不仅仅是技术手段，也对人的行为模式也产生了影响。
　　大数据不仅是设施效率的影响，很多时候体现在对人的需求和人的行为模式的影响。要面对这样的新技术，新的业态和新的服务，不仅仅从技术上应对，同时还要创新城市交通的社会治理，也就是城市交通治理新的理论和新的方法。
　　2.城市交通理论的创新——城市交通学框架
　　为什么要建立新框架？因为有期限的规划和有期限的工程设计与城市长期运行和有机更新是一对矛盾同时又是必须要处理的问题。
　　就上海的例子而言，上海城市规划最核心内容就是建设用地的零增长和负增长。那么给我们带来一个问题，当建设用地不再增长，整个交通网络的建设和扩张不是不是城市交通建设主要内容的时候，我们的交通规划和管理还要做什么和还能做什么？如果仍然用原来的概念，那就无事可做。前面提到的四大方面的问题显然不是这样。由此提出了交通理论的创新，以及城市交通学所研究的第一类问题，即城市交通网络的构建与运行。
　　首先，需要理解的是什么是城市交通网络？什么是城市交通网络的构建与运行？构建与运行是一个不可分割的整体，即城市网络不能单纯理解为交通网络、交通基础设施网络。城市交通网络与运行是以满足人的需求组织城市高效运行为目标，通过对城市复合网络的动态构建和运行管理。也就是网络的结构调整，组织与控制优化和行为机制的调整，为人和物在城市的移动提供完整高效的服务。城市交通网络是通过各种手段进行动态构建、管控，以及调整服务能力和服务状态的复合网络。因此把城市交通网络定义为交通基础设施网络、交通运输组织网络、交通信息传播网络的总和。
　　交通网络的基本要素，是一系列的设施再加上运输的组织。这样的运输组织和对于基础设施和运行管控的过程，使得我们能够动态的形成当下城市交通服务所需要的个类交通服务的组织。在这样的网络构建与运行，作为城市交通学主要的研究对象，网络的需求是可以调节的，网络的设施是可以动态组织的。这种组织是通过运输网络和网络的控制是能够动态形成的。在这个过程当中政策、经济、法律、信息等等能够对需求进行时空上的调整，同时技术上动态的结构调整和使用功能的定义，也能对我们的服务网络进行实时的调整。

图1城市交通网络三大直接变量

　　在这样的概念下面我们所认识的城市交通网络既包含了功能网络也包括了设施组织网络，以及服务网络。因此具有了单一设施网络更加复杂的特性，如多工具、多模式的复合型，多元构成要素的一致性，时空的动态性，运行的复杂性和非线性，以及各类网络的交互性和可调性。
　　上海在延安路高架下形成了一个中央公交专用道，是有一条单项专用车道和一条专用71路的线路形成的服务网络。在这个过程当中设施本身并没有大的变化，只是把道路空间做了一个重新的功能区分，通过信号控制系统构建了依托于道路的公交优先的服务系统。
　　上海中环线因为交通事故中断12天，根据跟踪分析，可以观察到各个网络的关联作用。如下图，在这样的情形下，从我们的轨道交通一直到各类道路，各类系统实际上产生的效应是完全不同的。对于内环线，如果只是很小的流量的增长就会导致速度在很大范围内的变化。

图2流量与车速的关系图

　　3. 城市交通网络构建与运行研究的方法论
　　针对这样的框架，我们对交通网络构建和运行，提出未来一系列需要研究的科学问题。这个科学问题里面包括人和机构、行为规则的不确定性，我们所要做的研究就是要研究发展机理，对于网络状态的复杂性，我们要用一系列的动态事实数据研究这样的网络交通流的规律和机制，对于外部干预的协调性实际上更多的是研究在演化过程当中我们政策和各类干预的措施，对于设施和行为的双重影响。
　　比较乐观的是交通大数据的应用进展，实际上已经提供了一系列的技术手段，而且已经有了一些应用。例如，在深圳建立的城市交通综合评估技术和决策支持系统，以及车流运行和公交运行的动态跟踪。在上海建立的的道路和移动通讯数据相结合分析人口用地信息。这样信息可服务各类交通系统，包括现在分时租赁的交通站点对人岗位的覆盖，对POI热点覆盖等等分析。这样的进展对未来动态构建情况下的网络特征和网络服务提供了大量的手段。
　　4.总结
　　中国城市交通发展到现在，无论是问题还是发展阶段，以及扩展和建设能力和具有的技术手段，我们对城市交通以及城市交通网络、城市交通服务都需要重新理解。采用传统的关注于基础设施，关注基础设施能力研究的思路、研究的手段，甚至研究的技术都会被逐渐的移出我们的视野。
　　第一，要重新理解城市交通，重新理解城市交通网络构建和运行的要素关系，提高城市运行效率和质量，提供一个全方位高质量、公平的交通服务，是建立城市交通学的根本目的。
　　第二，技术的进展，譬如说成是互联网等等，提供了理解城市交通运行、获取城市交通运行规律新的手段，而且计算技术的发展对复杂网络动态交通数学模型的建立提供了新的机遇，我们在跟踪的像伦敦900多万人，德国8000万人一天活动轨迹的研究都已经成为现实，这样也为我们城市交通学提供了科学基础。
　　第三，城市交通学的理论核心是城市交通网络的构建和运行，对于这一点我要强调的是构建与运行是一对动态互补的关系，是整体分割的。制定交通政策通过干预网络的构建和运行，才能达到改善城市交通的状况。