陳必壯,張天然
(1.上海市城鄉建設和交通發展研究院,上海200040;2.上海市城市規劃設計研究院,上海200040)
城市交通調查和交通需求模型在中國已有30多年的發展歷程,經過不斷地研究和實踐,已取得不少成果。本文結合實際工作經驗,分析現狀中國城市交通調查的體制保障、技術問題,交通需求模型的研發技術、應用現狀,并預判中國城市交通調查和模型的發展趨勢,提出發展對策建議。
隨著中國城市交通規劃行業的快速發展,交通調查作為交通規劃定量分析的基礎工作,日趨受到重視,其必要性也得到認可。各種交通規劃項目幾乎都會被要求進行有關調查,或者使用已有調查數據作為依據。過去一些調查和交通模型工作的產生,往往是出于某個重大工程項目的需要。例如,世界銀行貸款項目對交通需求分析有標準要求,軌道交通線網規劃和工程項目對客流分析有規范標準等。隨著中國城市機動化的快速發展,城市交通問題面臨的挑戰越來越大,交通調查逐漸受到決策層的重視。綜合性的交通調查已經成為各城市綜合交通規劃工作必不可少的部分,調查數據也為其他交通專項規劃提供可靠的分析依據。
交通調查是開展城市交通規劃和各類交通研究的基礎,城市交通規劃需要滾動修編調整,交通調查更成為經常性工作,且隨著規劃和研究需要,交通調查從簡單的道路流量觀測、公交客流調查拓展至包括數項乃至數十項調查項目在內的綜合調查。近年來,北京、上海、廣州、天津等大城市均進行了大規模的綜合交通調查(見表1)。大調查從過去的10年一次逐步縮短為現在的5年,以適應中國城市快速發展的現狀。這種長效調查機制已成為一種工作規則,普遍被決策者和技術工作者接受。近幾年,中國不少城市紛紛開展綜合交通調查,包括寧波、南昌、西安、石家莊等副省級城市或省會城市,以及蕪湖、濰坊、紹興等地級市。一些城市也已開展數輪交通調查,例如烏魯木齊(1994年、1998年、2006年、2010年、2014年)。
中國城市交通規劃技術人員主要分為兩類:1)城市交通規劃行政主管部門設立的技術機構,擁有自己的技術隊伍;2)依靠有經驗的其他城市或境外的交通咨詢機構進行決策咨詢。城市規模較大、交通問題較為突出的城市,目前大都已經有專門的技術隊伍進行長期跟蹤分析,實現決策支持。近10年,一些城市也相繼成立交通研究機構,初步擁有自己的交通調查技術人員。
由于調查工作涉及方案設計、與交通模型的銜接等專業性技巧,加上調查組織實施難度較大,綜合交通調查通常要幾年甚至10年才開展一次,在研究機構中要專門維護調查隊伍穩定難度較大。因此,中國也開始出現專業調查公司,大致可以分為兩類:1)市場調查公司兼做交通調查;2)專門的交通調查公司。隨著中國交通調查市場的擴大,專業的調查公司將越來越多。

表1 中國部分大城市大規模交通調查年份Tab.1 Years of large-scale travel surveys in several large cities in China
隨著交通模型研究的不斷深化,對交通調查的數據也提出新要求。鑒于國際上對基于活動等新一代模型的實踐探索,中國部分城市也開始嘗試具有更強交通政策分析功能的新一代交通模型。不同交通模型構架對應的交通調查內容及方式方法有一定區別,因此,中國不少城市在近期的調查中做了一些新的探索。例如,天津市2011年居民出行調查采用以活動調查為主線的調查表,上海市交通白皮書編制工作的成本調查和大型居住區意愿調查(SP調查)。SP調查已在越來越多的交通調查中實踐并逐步提高調查質量,但是SP調查無論從內容設計還是技術方法與國外相比均有較大差距。
調查新技術的應用包括兩個方面:1)改進傳統調查方法,采用新的技術手段獲取數據;2)采用新的數據采集手段,獲得人工調查無法獲取的海量數據。隨著信息技術的不斷進步,交通調查技術得到較大改進。例如,傳統的居民出行調查地址和交通小區編碼方法已經轉變為電子地圖定位,甚至是手持電子地圖直接定位,從而省去數據錄入工作;手機調查雖然無法調查各種出行方式,但對于分析判斷人群在空間中的移動具有很大優勢,高采樣率可以最大限度地降低擴樣誤差。線圈、牌照識別、高速公路收費車輛數據、IC卡等海量數據采集技術的應用,為車速、交通量、公交乘行OD、車輛行駛OD與路徑等交通特征分析提供了常態化數據,這是以往傳統人工調查無法獲得的。這些數據從一個方面比較完整和準確地反映出交通特征,但即使是所有海量數據綜合起來,也不能完整反映整個交通系統的特征。有些數據只能依靠傳統的人工調查方法獲得。因此,如何利用這些海量數據,對傳統調查數據進行多元化的信息融合校核是中國特大城市正在積極探索的課題。
雖然交通調查的必要性越來越受到各個城市的認可,但實施一次交通調查需要較大的經費支持,實施調查的牽涉面較廣。調查組織實施單位往往要耗費大量的協調精力才能順利完成一個綜合性交通調查。一些城市已經多年未進行交通調查,調查經費難以落實,實施調查與否更多地取決于決策者的主觀判斷;有些城市的體制沒有理順,部門間職責不清,存在競爭關系,數據相互保密,調查無法全面開展。這些問題都需要有效的法律體制來保證。
自1962年《聯邦資助公路法案》(Federal-Aid Highway Act)開始,美國交通授權法案[1]要求5萬人口以上城鎮化地區的交通項目必須建立在持續、合作、全面的城市交通規劃程序基礎上,并由都市規劃組織(Metropolitan Planning Organization,MPO)負責執行。同時規定全國1.5%的年度交通建設費用必須用于調查、規劃和未來建設計劃的經濟分析。
中國也應該設立相關法律,明確規定不同類型城市的交通調查周期、經費和來源、牽頭單位的一般要求、參與單位的職責以及數據的共享服務機制等。住房城鄉建設部2010年頒布的《城市綜合交通體系規劃編制導則》(城建[2010]80號)中已明確要有交通調查和模型作為重要技術支撐文件,正在編制的軌道交通客流預測國家標準也明確了交通調查和模型的地位和作用。但這些都是技術層面的要求,對調查和模型如何規范化和法制化沒有提出要求。
盡管中國已有很多城市進行了交通調查,但調查內容、工作流程等方面具有較大差異。這主要是由于調查目的不同決定交通模型構建的具體要求不同,此外,調查經費和資源整合受到限制也導致上述差異。住房城鄉建設部已發布《城市綜合交通體系規劃交通調查導則》(建城[2014]141號),各城市宜根據實際情況制定調查方案。相關規范也在制訂中,為進一步規范調查提供技術保障。
調查數據的質量控制是調查實施成功與否的關鍵,也是調查工作標準化的重要組成部分,如不同規模、不同特征城市的居民出行調查抽樣率,調查數據的相互校核等。中國城市交通調查對質量的控制很重視,但通過何種手段真正地控制質量還沒有共識。各城市應加強交流,分享經驗,進一步提高質量控制的標準。調查數據的綜合性校核是調查成果最終發布的重要環節。中國具有長期維護交通模型和交通調查技術隊伍的城市對該工作相當重視。咨詢機構對其他城市的模型專項,一般也對調查數據有一個較為規范和完整的校核過程。但其他項目,例如咨詢機構為各地級市層面做的綜合交通規劃項目,相應的調查數據校核工作會相對簡化,總體校核水平仍有待提高。對綜合性交通調查結論發布前的技術校核過程應一視同仁。
交通的最大特點是空間性,而描述空間地理特征是地理信息系統(GIS)的專長,因此,GIS與交通模型的結合是學科及技術發展的自然結果[2]。GIS和交通模型的結合具有以下三點優勢:
1)提高數據維護效率。
在交通模型分析中經常需要參考大量的數據信息,包括分析區域的交通地理資料、居民出行資料和城市的社會經濟發展狀況。GIS強大的信息處理功能已經越來越多地被城市交通部門和規劃部門應用??梢岳肎IS的圖形及數據屬性處理功能、拓撲校驗功能,保證更高的數據質量,提高工作效率和水平。
2)提高模型輸入數據的精度。
交通模型分析資料中絕大部分是空間信息,分析過程中由于地理信息整理出現的誤差非常容易影響分析結果。在GIS工作環境下,交通小區劃分更加細致,各種模型輸入數據可以根據地理分析精確地細分計算到交通小區相應的地理空間,因此交通分析結果也更加接近實際情況。交通網絡通過各類航拍照片、衛片圖像的疊加,可以實現對現狀的高度擬合并更加準確地獲取網絡各類屬性。
3)便于調試模型和理解結果。
具備直觀的表現結果使模型師能夠更好更快地把握模型參數的調試方向。交通分析與評價的結果如何能夠表達出來讓決策者理解,也是交通需求分析中一個亟須解決的問題。GIS的豐富表現形式,將圖形圖像和數據銜接起來,能讓決策者更好地理解模型。
基于上述優勢,很多城市開始重視GIS在交通模型中的應用和開發,并初步嘗試建立交通信息平臺和交通模型一體化系統。
1)交通基礎設施網絡和交通小區的精細化。
國際上交通模型研究的空間范圍不斷延伸,交通小區數量不斷增加,輸入的交通系統種類和網絡越來越全。例如,紐約的交通模型能夠覆蓋紐約市、新澤西市和康涅狄格州的28個郡,面積2萬km2,人口2 000萬人,共劃分交通小區4 000個,公交線路約4 000條,近10萬個模型站點[3];大達拉斯地區的交通小區達到4 874個;此外,南加利福尼亞州政府聯盟(Southern California Association of Governments,SCAG)和圣地亞哥的模型交通小區均超過4 000個。隨著數據資料收集條件的改善,中國交通模型也開始逐漸細化,如上海市新一輪交通模型達到近5 000個交通小區。
2)交通需求的市場細分,考慮出行者的不同屬性和交通行為。
不同出行者具有不同的出行行為特征,傳統的交通模型未對此進行市場細分。隨著出行的多樣化,交通模型必然要進行市場細分,才能真實地反映實際交通狀態。例如,對人群按照年齡、職業、居住地區、收入等情況進行分類,對家庭進行有無車分類。交通個體的特征雖然存在差異,但難免要進行相應歸類研究。家訪調查對于出行目的的原始分類往往較多,有的甚至達到10類,但用于模型分析,中國一般不多于6類,相比國外的精細程度較低。
在中國城鎮化快速發展過程中,一些大城市中心區的發展已經趨于穩定,客觀上為交通模型的細化研究提供數據條件,同時也對模型精細化的結果提出更高要求??傊P途毣呀洺蔀榻甑陌l展方向,但總體水平與國外相比尚存在一定差距。
國際上先進的交通模型在功能上已經涵蓋土地、經濟、環境、能源等多個方面。一些用于工程可行性研究的交通模型能夠對重大交通基礎設施的類型選擇、規劃、建設和運營管理方案與成本、吸引客源、覆蓋范圍、動拆遷戶數、環境影響以及城市美觀等方面進行測試和評價。中國的交通模型盡管在城市交通規劃和建設中已經發揮重要的技術支撐作用,但總體上與國際先進水平相比還有較大差距。
近年,交通問題日益凸顯,有必要對各項交通戰略規劃以及緩解交通擁堵的措施進行量化研究,從宏觀層面的戰略規劃、道路設施規劃等項目到微觀層面的信號燈設置、交叉口拓寬等項目均對模型提出特定需求。交通政策效果的量化評價更需要交通模型具備這些功能。從實際的工作經驗來看,單一層面的模型無法滿足規劃、政策、建設和管理等一系列決策分析的需要。因此,中國交通模型也逐漸向多個層面發展。例如,上海市正在開展的綜合交通模型體系即為多層面模型。
隨著中國城市交通建設的不斷發展,一些特殊問題需要由專門的交通模型來量化分析,例如上海世博模型、上海虹橋樞紐模型和北京奧運會模型。其中,上海虹橋樞紐規劃是一個規模龐大和交通復雜的樞紐設計,樞紐內既包括長途汽車、鐵路與航空運輸的換乘,又包含多種交通方式的集散需求,以及停車容量限制、車道邊等具體的交通設計與集散方式結構的關系研究等;此類大型交通樞紐的需求模型并沒有成功經驗可參考。此外,軌道交通專項模型對客流預測的詳細程度要求較高。由于中國城市交通系統的復雜性,軌道交通模型目前最具挑戰性的環節是與其他交通方式的換乘模型。如何應用已有的技術方法及經驗積累解決此類問題,對交通工程師而言確實是很大的挑戰。
傳統的大規模交通調查具有較大的局限性。首先,時間間隔較長不利于趨勢分析;其次,人工調查受到人力、物力限制,很難獲得充足的樣本量,需通過較好的擴樣校核技術才能得到相對可靠的結果。隨著信息技術的發展,各大城市逐漸掌握更多的數據采集方式。例如,出租汽車GPS數據可以獲取每日路段車速、擁堵等信息;地鐵IC卡數據可完整記錄乘客的站間OD信息。出租汽車GPS數據、高架和地面道路的線圈數據、交叉口數據等一系列多元數據給交通模型的校核和數據來源提供有力保障。然而,面對大量多元化數據,如何從現象探究交通行為的本質,如何將數據合理應用于交通模型,將是一個極大的挑戰。
城市交通規劃模型的維護是一項長期工作,需根據城市發展建設情況對模型的基礎輸入數據進行更新,確保模型分析結果的準確性[4]。只有建立一套基礎數據更新的長效機制,才能準確地更新模型參數,更好地把握城市各階段的交通發展狀況。
雖然中國一些大城市已經初步建立定期進行交通大調查的機制,但仍存在不少問題。第一,定期進行交通大調查的城市數量不多,大多數地級市和部分省會城市對交通調查和模型的重視程度不夠。第二,交通調查以外的數據,例如人口、崗位、用地、經濟、交通網絡等反映社會經濟特征的基礎數據,依賴統計、規劃、國土、交通、教育等相關主管部門的支持[5]。受管理體制、數據統計方式等多方面因素制約,數據獲取存在共享壁壘,且數據口徑很難統一,準確性難以保障。例如,人口數據經過人口普查,可能與之前公布的數據存在較大出入,交通調查的校核基準以及交通模型的結果需要被動地進行調整。
北京、上海、廣州、深圳、天津、武漢等大城市已廣泛應用交通模型定量分析出行需求及特征,并輔助評價和測試交通規劃方案,但仍主要采用基于出行的四階段模型。發達國家交通行為模型逐漸轉向交通系統的有效利用和交通需求管理政策的效果評價,交通需求模型是交通需求管理政策實施的事先量化評價基礎。交通需求模型的發展,大致可以分為基于出行(trip based)、基于出行鏈(tour based)和基于活動(activity based)的研究方法三個層次。
城市交通系統的特點之一是人的參與。由于人行為的復雜性,無論采用何種數學模型也無法完全重現人在交通系統中的活動。無論采用何種交通模型結構,都應以提高模型對交通系統運行描述的詳細程度和交通行為模擬的準確程度為目標。這也將是今后中國交通模型發展的主要目標。基于活動的交通需求模型已經在美國得到廣泛應用,而代表中國最高建模水平的城市都在持觀望態度。造成這一結果的原因是多方面的,其中一個重要原因是基于活動的需求特征難以把握;其他原因包括國際上應用還不成熟、沒有現成的開發模式可借鑒,自主開發缺少平臺和研發能力等。另外,城市建設變化快、出行特征變化大也是模型技術工作者不想將模型做得過于復雜的客觀原因。
隨著社會經濟的快速發展,中國許多大城市的交通形勢日益嚴峻,機動化交通需求持續增長與道路空間資源短缺的矛盾不斷加劇。從發達國家的經驗來看,解決交通問題的思路應由單純地增加道路供給向設施供給與調控交通需求并重的方向轉變。中國許多大城市已經意識到交通政策的重要性,相繼展開了相關研究和探索。
交通政策能否量化評價取決于交通模型能考慮哪些因素。例如,若將傳統的出行時間考慮在模型中,則有可能評價多種交通方式在不同服務水平(運行時間)下的出行行為;若在時間的基礎上考慮出行的貨幣費用,以廣義成本的概念計算出行成本,則有可能評價擁擠收費、停車收費、公交票價等一系列與經濟手段相關的政策。此外,還有可靠度、舒適性、交通信息服務等一系列影響出行行為的因素,可能很難被一個模型全部涵蓋。交通政策的形式具有多樣性,如小汽車牌照拍賣、擁擠收費、停車收費、公交票價、燃油價格等定價政策,P&R,公交專用車道、各種交通方式之間的換乘效率提高等新交通服務模式,貨車管制及各項政策的組合使用等。
廣義的交通政策包含交通規劃的概念,狹義的交通政策作為交通規劃的重要組成部分,需要用交通模型來量化分析,而這些交通政策目前很難使用交通模型來有效分析。特別是當幾種交通政策組合使用時,現有交通模型會顯得無能為力。例如,若擁擠收費和公交票價政策同時實施,則要求道路交通分配模型和公交分配模型結合起來分析,給交通建模帶來很大挑戰。
城市交通規劃模型是在大量基礎數據調查和參數標定基礎上建立的。模型參數在很大程度上決定了模型輸出結果。一方面,在經濟快速發展的今天,居民出行行為的不斷變化是生活水平提高的必然結果,因此交通行為的參數變化較快;另一方面,新型交通設施的建設使得交通模型參數缺乏經驗參考。過去,中國城市軌道交通建設量低,軌道交通需求預測無據可依。如今中國已開始大規模建設城市軌道交通,建成基本軌道交通網絡的城市可為軌道交通出行特征和參數標定提供經驗數據,也為之前的交通需求分析工作提供很多經驗和教訓。但是,現代有軌電車等新型交通方式的規劃建設由于缺乏既有客流數據經驗支撐,給需求預測帶來很大挑戰。
城市交通規劃模型的建立和維護工作內容繁雜、時間跨度長、工作成果不明顯,往往得不到認可,使得模型工作人員缺乏成就感,或者是迎合急功近利的思想,工作不夠踏實、缺乏長遠職業訴求。實際上,一個好的交通模型師需具有廣博的知識,包括城市規劃、數理統計、運籌學、社會經濟學、交通工程學、計算機等多門學科;另外需有豐富的工作經驗,需要經歷交通調查、數據分析、需求分析、交通網絡建模、模型參數標定、模型應用等多個工作環節。用人單位應具備良好的政策和制度,完善人才培養、重視人才發展、防止人才流失。
許多城市對交通模型的定量分析結果十分重視,但是對于交通模型分析結果往往持可有可無的態度。更有甚者將模型作為說明某些主觀方案合理性的工具,隨意調整模型的輸出結果。這一現象應從三個方面解決:1)交通模型需客觀、科學地反映交通系統的實際情況,若交通模型輸出的結果不盡合理,久而久之便難以被決策者重視,地位難以確立;2)交通模型工作者需堅持科學的工作態度,不應根據項目需要或領導意愿隨意調整模型結果;3)交通模型工作者需拓展自身的研究視角,豐富專業知識,增加對模型中各種敏感性因素的分析測試。
隨著ITS技術的發展,交通信息的采集手段和來源越來越豐富,為交通模型獲得更加全面的數據提供支撐。這些數據的相互校驗、融合處理將是未來中國城市交通模型的工作重點。同時,調查采集數據的手段趨向自動化,例如,手機調查用于樞紐、大型吸引點,牌照識別用于車輛出行OD與路徑,GPS用于車速,視頻數據用于交通量,IC卡用于軌道交通及公交客流與OD等。人工調查的工作量將逐漸減少,但居民出行調查等傳統調查項目在相當長的時間內仍無法替代。
交通信息化手段發展之初已經開始使用大數據。大數據的主要特點是數據規模巨大、覆蓋面廣、采集手段自動化、能夠反映人或物的空間位置和聯系、具有較細的空間分辨率和時間分辨率等。大數據甚至被認為可能顛覆傳統調查和模型的技術框架。然而,大數據也存在缺點:很多數據需要清洗,清洗的規則有時并不明確,例如如何定義線圈數據的異常值;數據要反映傳統定義的特征,需要做一定的假設和推斷,這也是大數據處理的關鍵技術,例如手機調查往往依靠停留時間的設定來定義人的一次出行,未必能與傳統的居民出行調查結果完全吻合;數據具有片面性,并不能完整地反映現實,各種信息化手段采集的數據都需要和傳統調查數據進行融合分析,才能全面地解析城市交通并建立交通模型。
大數據是數據而非方法體系。因此,僅僅依靠大數據本身無法在分析方法論上創新。如何結合傳統模型體系,探索大數據環境下的交通分析體系是一項新工作。大數據時代,交通模型分析賦予信息技術以靈魂,能夠保證規劃理論和知識通過信息技術得到更有效的應用。大數據革命的目的并非取代傳統的分析方法,而是使兩者相互促進,從表象和原理兩個方面幫助人們進一步解析復雜的世界。
在實際應用過程中,需要有針對性地對重點問題進行分析,單一的綜合交通模型難以適應各個層面交通規劃的要求,亟須建立多層次、全方位的模型體系,體現綜合交通規劃與專項規劃的銜接,依據解析程度不同分為宏觀、中觀、微觀,靜態與動態,局部區域、市域與跨行政區的地區性模型等。各個層次的交通模型相互關聯,需要具有相互反饋機制,如道路交通模型和公交模型的相互反饋體現為路網社會車輛對公共汽車行駛速度的影響。
針對四階段方法存在的固有缺陷,國內外均加強對基于出行行為模型的研究[4]。而行為模型機理復雜,短期內既有模型較難實現完全轉變。因此,近期重點是優化既有四階段模型,細化出行生成階段的個體分類,細分出行分布的區域范圍。遠期要開發具有自主知識產權、能夠自由擴展的交通模型平臺,開發基于活動的交通需求模型。
針對城市可持續發展的要求,建立交通與用地一體化模型,綜合考慮城市環境、用地及交通,模擬相關政策的效果。在交通模型與土地利用的互動中,不僅能對交通模型中輸入的土地利用有深刻的理解,更重要的是獲取輸出結果的分析、解讀及其對規劃的反饋;解讀和反饋不僅局限于交通領域本身,而應與土地利用和城市規劃充分結合。同時考慮到人的社會經濟活動,將城市規劃和社會經濟發展結合起來。
GIS技術能夠快速便捷地計算交通網絡、區域之間的各項指標,例如交通小區的人口和崗位、各類用地面積、各類道路的長度等,并采用空間統計學的方法揭示路段擁堵的相互關聯因素。交通需求模型和GIS技術的結合,將是今后各大城市模型系統的發展方向。
圍繞正在開展的交通智能化工作,探索動態交通仿真模型的應用,為城市交通系統的動態管理決策提供科學依據。
住房城鄉建設部發布的《城市綜合交通體系規劃交通調查導則》(建城[2014]141號)規定各種調查項目的調查內容,但并未規定各類交通規劃至少需要哪些調查項目,也沒有規定具體實施的強制要求。因此,一些項目編制單位為節約成本,減少或不進行交通調查,導致對現狀交通特征的把握缺乏科學性。隨著中國交通模型工作隊伍的不斷擴大,模型工作的流程方法也五花八門。國家有關部門或學術團體應盡快出臺指導性工作手冊,供技術工作者參考。同時,對不同類型的交通規劃項目,也要制定模型分析的具體標準,包括哪些項目需要模型分析,以及分析的指標和深度。
越來越多的中國大城市開始重視城市交通調查和交通模型工作,并在一定程度上支撐了城市交通規劃、建設、運營和管理的決策。但目前的交通調查和交通模型尚未形成技術規范和標準,交通調查和交通模型的理論與技術,交通模型的深度和廣度均與交通決策要求存在較大差距,交通調查和交通模型的專業化人才隊伍建設不夠,這些都制約了城市交通研究技術的發展和城市交通的科學決策。中國城市交通調查和交通模型的技術發展與規范化進程需要對現狀和未來發展趨勢進行深入總結,需要在制度建設、人才培養、應用管理層面更加專業、科學的態度。
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