河北省交通運(yùn)輸新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)總體架構(gòu)研究

吳會(huì)彩

（河北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

結(jié)合《交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)綱要》和《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》，搭建數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)，是提高河北省現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)同管控效率的重要手段。現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃系統(tǒng)智能化水平較低、協(xié)同決策支持尚不完善，文章對(duì)基于數(shù)字化的交通運(yùn)輸新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)總體架構(gòu)進(jìn)行探究，為交通強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略和綜合交通立體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃提供參考。

1 平臺(tái)架構(gòu)思路

由于河北省交通運(yùn)輸新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃涉及多個(gè)管理部門，包含不同種類的數(shù)據(jù)，因此需要借助智能化平臺(tái)對(duì)交通數(shù)據(jù)、交通分析、虛擬仿真、分析評(píng)價(jià)、結(jié)果展示進(jìn)行綜合交通數(shù)字化分析集成，借助綜合立體的交通網(wǎng)數(shù)字化與模型體系TIM，并通過“統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、統(tǒng)一的模型、統(tǒng)一的軟件、共享的平臺(tái)”的架構(gòu)思路，實(shí)現(xiàn)綜合交通問題解決方案跨部門協(xié)同與系統(tǒng)優(yōu)化，具體實(shí)現(xiàn)思路如下[1]。

1.1 統(tǒng)一的數(shù)據(jù)

與綜合交通相關(guān)的各職能部門，都有服務(wù)于自身業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)庫，但只是局部數(shù)據(jù)庫。由于河北省綜合交通系統(tǒng)的開放性與復(fù)雜性，以及部門數(shù)據(jù)庫的局限性，各職能部門用各自的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫分析同一個(gè)交通問題時(shí)，往往會(huì)得出不同的結(jié)論。因此，構(gòu)建統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)庫是實(shí)現(xiàn)河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)跨部門協(xié)同優(yōu)化的基礎(chǔ)。綜合立體交通網(wǎng)數(shù)字化與模型體系TIM 決定了綜合立體交通網(wǎng)數(shù)字化體系架構(gòu)的統(tǒng)一性。在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)層面實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)統(tǒng)一且覆蓋公路、鐵路、航道、航線、城市道路及綜合交通樞紐的數(shù)字化架構(gòu)，能為后續(xù)的綜合立體模型提供標(biāo)準(zhǔn)化、可計(jì)算的數(shù)據(jù)輸入[2]。

1.2 統(tǒng)一的模型

綜合交通應(yīng)用場(chǎng)景廣泛、復(fù)雜，相關(guān)綜合交通分析模型種類繁多，每一個(gè)模型都有特定的應(yīng)用場(chǎng)景與參數(shù)要求，各職能部門采用不同模型分析同一個(gè)交通問題，會(huì)得出不同的結(jié)論。因此，構(gòu)建統(tǒng)一、能反映跨部門協(xié)同關(guān)系的交通分析模型體系是實(shí)現(xiàn)河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)跨部門協(xié)同優(yōu)化的關(guān)鍵。綜合立體交通網(wǎng)數(shù)字化與模型體系TIM 的核心就是交通分析模型。TIM 技術(shù)通過整合綜合交通領(lǐng)域多年來的模型思想，建立一整套面向綜合立體交通網(wǎng)多網(wǎng)融合的交通分析模型體系。

1.3 統(tǒng)一的軟件

該平臺(tái)需要構(gòu)建自己的軟件模塊，通過軟件功能模塊的形式對(duì)數(shù)據(jù)和算法進(jìn)行集成整合，實(shí)現(xiàn)規(guī)劃流程中各獨(dú)立功能的模塊化運(yùn)行，并形成軟件模塊之間的一體化銜接機(jī)制[3]。因此，構(gòu)建交通分析軟件模塊是實(shí)現(xiàn)河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)跨部門協(xié)同優(yōu)化的重要任務(wù)。

1.4 共享的平臺(tái)

由于綜合交通系統(tǒng)具有一定的開放性與關(guān)聯(lián)性，某個(gè)部門采取某一措施可能會(huì)引起其他部門相關(guān)策略的改變，如高速鐵路的規(guī)劃與建設(shè)會(huì)影響公路相關(guān)通道的客流量，因此需要建立可以共享的虛擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃的跨部門協(xié)作。而綜合立體交通網(wǎng)數(shù)字化與模型體系TIM 技術(shù)能夠?qū)⒕C合立體交通網(wǎng)基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行全面集成，構(gòu)建面向綜合交通系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求，跨部門、跨區(qū)域、全方式、全過程一體化的分析軟件與集成平臺(tái)。

2 平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

基于“統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、統(tǒng)一的模型、統(tǒng)一的軟件、共享的平臺(tái)”的架構(gòu)思路，該平臺(tái)以河北省交通道路網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，通過對(duì)河北省出行與貨物運(yùn)輸需求、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸交通流、綜合交通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等現(xiàn)實(shí)交通系統(tǒng)參與對(duì)象進(jìn)行數(shù)字化抽象，經(jīng)分析模型模擬現(xiàn)實(shí)交通系統(tǒng)的演化規(guī)律與供需平衡機(jī)理，從宏觀、中觀、微觀多層視角，對(duì)公路、鐵路、水運(yùn)、航空、管道等多方式綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)及單一方式交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)展開分析，解析客運(yùn)及貨運(yùn)交通需求分布規(guī)律，分析各方式運(yùn)量分擔(dān)情況，展示不同階段系統(tǒng)演化趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)在數(shù)字設(shè)備中對(duì)現(xiàn)實(shí)綜合交通系統(tǒng)的虛擬化構(gòu)建與映射。

河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)虛擬交通系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。在虛擬交通系統(tǒng)基礎(chǔ)上，結(jié)合新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃需求，提出以基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫、交通分析模型庫、平臺(tái)軟件模塊庫和備選預(yù)案策略庫為基礎(chǔ)的框架結(jié)構(gòu)。該平臺(tái)規(guī)劃架構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)合“交通優(yōu)化的思維”，基于國(guó)家發(fā)展目標(biāo)與供需平衡的綜合交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)展定位，能夠?qū)C合交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)劃、綜合交通運(yùn)輸組織、交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行管理、交通系統(tǒng)安全保障、交通政策法規(guī)制訂等方案對(duì)綜合交通系統(tǒng)產(chǎn)生的影響進(jìn)行定量化、可視化的綜合評(píng)估與系統(tǒng)優(yōu)化，也可以對(duì)公路、鐵路、水運(yùn)、航空、管道五大運(yùn)輸方式及城市交通等跨部門跨行業(yè)協(xié)作及的政府決策方案進(jìn)行論證分析，實(shí)現(xiàn)綜合交通系統(tǒng)跨部門協(xié)同和無縫銜接，提高政府的決策支持效率與管理水平[4]。

圖1 河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)虛擬交通系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

3 平臺(tái)框架體系

以大數(shù)據(jù)、人工智能和“互聯(lián)網(wǎng)+”等新一輪革命性技術(shù)為支撐，并結(jié)合虛擬仿真相關(guān)技術(shù)，構(gòu)建面向河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的虛擬綜合交通系統(tǒng)，能夠?yàn)楹颖笔⌒滦突A(chǔ)設(shè)施規(guī)劃與建設(shè)的決策、管理提供重要的參考；結(jié)合河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃的實(shí)際需求，平臺(tái)功能可分為基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫、交通分析模型庫、系統(tǒng)軟件模塊庫和備選策略方案庫4 大部分，平臺(tái)功能框架體系如圖2 所示。

圖2 河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)功能框架體系圖

3.1 基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫

基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫是新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)功能框架的基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)構(gòu)建、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)容災(zāi)等4 大基本功能，可為后續(xù)交通量化分析提供必要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫是通過對(duì)多源交通大數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、加工和融合形成的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)庫，涵蓋所有服務(wù)于新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃的交通大數(shù)據(jù)，包括經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展數(shù)據(jù)、綜合交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)、分方式交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和重要通道與樞紐運(yùn)輸量數(shù)據(jù)等。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建立能夠確保數(shù)據(jù)在融合、交互、協(xié)同過程中的完整性、有效性、安全性，確定標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)格式。基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用能夠滿足復(fù)雜交通系統(tǒng)分析的實(shí)際需求，為服務(wù)于后續(xù)交通分析模型庫、系統(tǒng)軟件模塊庫和備選策略方案庫提供服務(wù)，并為定量化、可視化、精細(xì)化的河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃與決策提供基礎(chǔ)支持。

3.2 交通分析基礎(chǔ)模型庫

交通分析基礎(chǔ)模型庫是新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)功能框架的重要內(nèi)核。若缺少交通分析基礎(chǔ)模型，新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃就缺少了交通優(yōu)化思維能力[5]。交通分析基礎(chǔ)模型庫能夠運(yùn)用科學(xué)、專業(yè)的交通分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)河北省綜合交通運(yùn)輸大量數(shù)據(jù)的計(jì)算分析，推進(jìn)綜合交通設(shè)施、服務(wù)與通信網(wǎng)絡(luò)融合構(gòu)建及特征分析。基于完善的交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫，結(jié)合交通需求預(yù)測(cè)模型、綜合交通網(wǎng)絡(luò)分配模型和交通網(wǎng)絡(luò)效能評(píng)估模型等多樣化的交通分析基礎(chǔ)模型庫，能夠制訂出更加行之有效的交通規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，滿足河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、綜合交通運(yùn)營(yíng)管理、相關(guān)交通政策制訂和交通安全保障等交通分析業(yè)務(wù)的需求。

3.3 系統(tǒng)軟件模塊庫

系統(tǒng)軟件模塊庫是新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)功能框架的重要支撐。系統(tǒng)軟件模塊庫是交通分析基礎(chǔ)模型庫的功能集成，也能為備選預(yù)案策略庫提供一體化集成服務(wù)[6]。河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃需要結(jié)合實(shí)際可量化數(shù)據(jù)，以交通分析軟件為輔助，以河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃需求實(shí)現(xiàn)為指引，構(gòu)建高度數(shù)字化、集成化的仿真軟件，提供切實(shí)、有效、可行的規(guī)劃方案。基于系統(tǒng)軟件模塊庫，河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃可結(jié)合基礎(chǔ)交通網(wǎng)絡(luò)及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展數(shù)據(jù)，進(jìn)行交通網(wǎng)絡(luò)分析、交通需求預(yù)測(cè)及交通運(yùn)行特征分析，并開展綜合效能評(píng)估，通過提供友好的人機(jī)交互，可靠的仿真功能，精確的評(píng)估指標(biāo)、分析報(bào)告和動(dòng)態(tài)直觀的可視化結(jié)果，為河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相關(guān)人員提供切實(shí)有效的交通規(guī)劃方案與建議。

3.4 備選預(yù)案策略庫

備選預(yù)案策略庫是新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)功能框架的保障，能夠?yàn)閰^(qū)域綜合交通系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展提供各類交通問題解決方案模板與流程設(shè)計(jì)。綜合交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)、管理控制、運(yùn)輸組織、安全保障等方案的制訂，需要跨部門、跨行業(yè)的協(xié)同，方案需要經(jīng)過反復(fù)調(diào)整、評(píng)估和優(yōu)化[7]。備選預(yù)案策略庫能夠面向綜合交通運(yùn)輸行業(yè)多部門，提供交通方案的“一鍵式”備選策略設(shè)計(jì)，滿足河北省不同部門、不同業(yè)務(wù)人員的工作要求，為綜合交通體系跨部門協(xié)作提供便利條件，保障新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)劃方案的落實(shí)與優(yōu)化。

基于交通仿真軟件庫，備選預(yù)案庫能夠?yàn)榉菍I(yè)人員提供面向業(yè)務(wù)策略的“一鍵式”仿真流程指引，幫助非專業(yè)人員完成某一項(xiàng)具體業(yè)務(wù)方案的交通仿真與分析評(píng)估，為不同部門的非專業(yè)人員提供便利。備選預(yù)案庫提供的多角度、個(gè)性化的備選策略，基本上能夠?qū)崿F(xiàn)綜合交通問題的全覆蓋，協(xié)助不同部門人員進(jìn)行跨部門協(xié)作的交通方案制訂。針對(duì)河北省交通運(yùn)輸新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃建設(shè)、交通管理控制、交通政策制訂等實(shí)際場(chǎng)景，整合交通分析功能模型，實(shí)現(xiàn)河北省全區(qū)域綜合交通組織協(xié)同、智能化交通管理控制，為河北省綜合交通體系發(fā)展、規(guī)劃、建設(shè)、管理等提供指導(dǎo)與建議。

4 平臺(tái)功能

4.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)互聯(lián)互通

該平臺(tái)能夠基于國(guó)家發(fā)展目標(biāo)與供需平衡的綜合交通發(fā)展定位，提供精準(zhǔn)的決策支持，優(yōu)化綜合交通樞紐布局規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)綜合交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)體系的高效運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)河北省及與周圍省之間立體交通網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。

4.2 規(guī)劃建設(shè)融合發(fā)展

交通規(guī)劃建設(shè)涉及多行業(yè)、多部門的協(xié)同合作，該平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)公路、鐵路、水路、航空和城市交通等綜合交通網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸方式的一體化融合發(fā)展，通過推動(dòng)綜合交通體系與郵政快遞、現(xiàn)代物流、旅游開發(fā)和裝備制造等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的一體化融合，推動(dòng)河北省新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃“三網(wǎng)一平臺(tái)一高地”建設(shè)。

4.3 規(guī)劃管理便捷高效

該平臺(tái)能夠完善綜合交通運(yùn)輸應(yīng)急保障體系，提高交通基礎(chǔ)設(shè)施安全水平，推進(jìn)河北省交通運(yùn)輸系統(tǒng)安全發(fā)展；加快既有交通設(shè)施智能化建設(shè)，提升綜合交通智慧發(fā)展水平；能夠?qū)C合交通環(huán)境與能耗等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，推進(jìn)綜合交通綠色發(fā)展，推動(dòng)河北省綜合交通網(wǎng)絡(luò)安全、便捷、高效、綠色發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展，推動(dòng)綠色低碳及“碳中和”等戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

5 結(jié)語

河北省交通運(yùn)輸新型基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃平臺(tái)基于“統(tǒng)一的數(shù)據(jù)、統(tǒng)一的模型、統(tǒng)一的軟件、共享的平臺(tái)”理念，主要由基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)庫、交通分析模型庫、系統(tǒng)軟件模塊庫和備選策略方案庫4 大模塊組成，能夠?qū)崿F(xiàn)跨部門協(xié)同與系統(tǒng)優(yōu)化，提升綜合交通運(yùn)輸?shù)闹悄芑郊盎A(chǔ)設(shè)施協(xié)同管控效率，以期該構(gòu)建思路能為交通運(yùn)輸新型基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)建設(shè)提供一定參考。此外，未來需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)技術(shù)創(chuàng)新、政策支持和管理機(jī)制等方面的深入研究，以推動(dòng)此類智慧交通平臺(tái)的持續(xù)完善與發(fā)展，為交通行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。