周军 | 共享服务理念下深圳市交通模型系统架构及应用设计

随着全球进入信息化和数字化时代，政府治理模式也发生着深刻变革。深圳市作为科技创新型城市，着力于加快推进智慧城市和数字政府建设进程，并打造支撑城市治理现代化体系的“城市大脑”。推行数据资源一体化、政府治理一体化、政务服务一体化是实现城市现代化治理的重要顶层设计，也是提升政府管理效率和能力的重要手段。城市空间是城市治理的重要内容，交通和土地协同关系是城市空间治理的核心难题，需要政府部门之间从基础数据、模型功能和应用场景等不同维度加强协同合作。因此，基于共享服务理念的交通模型系统建设对城市空间高质量治理具有重要意义。

国内交通模型的主流框架是宏-中-微观交通模型体系^[1-2]，学者的关注重点是模型技术结构改进、算法优化相关研究^[3-4]。近年来虽然交通模型领域开始研究共享服务，但是更多还是侧重于多源交通大数据的融合、挖掘、分析及短时的交通态势推演。即使自主研发的云计算交通模型可以实现以交通影响评价业务为代表的规划方案在线评估^[5-6]，但也存在建模过程精细化程度不足、模型精度不高等问题。

因此，如何在复杂交通大数据环境下兼顾交通模型建模精度和共享服务功能，成为当前城市交通模型系统建设的难点。本文以深圳市交通仿真系统三期工程为例，探索建立以共享服务为核心理念的交通模型系统架构，同时以法定图则修编、城市更新规划两类面向城市存量开发阶段的规划场景为案例，开展交通土地在线协同系统应用设计，实现交通模型的多场景、多用户共享服务目标。

深圳是国内最早开始建设交通仿真系统的城市之一。2004—2006年，围绕城市交通综合治理工作并以动态数据采集与实时路况监测为研发重点，交通仿真系统一期工程建成集信息采集、交通仿真、公用信息、信息服务4个平台于一体的交通公用信息平台。2011—2014年，以支持规划编制与管理为建设目标，交通仿真系统二期工程建立了交通与土地利用一体化的评估技术方法，最终建成集数据管理平台、数据挖掘分析系统、一体化交通模型体系、多用户交通模型应用系统、交通与用地协同分析查询系统于一体的全市交通仿真平台。

交通仿真系统一、二期工程的交通模型构架主要是实现多源交通大数据的平台整合以及本地化的模型标定功能。面向新时期规划编制与管理需求，交通仿真系统三期工程需要更多考虑模型研究的空间尺度、应用场景、共享服务等核心需求，模型的整体框架也需要结合这些需求进行重新设计。

1）加强对多尺度空间多种交通方式的规划决策支撑。

都市圈成为未来大城市增长的新模式，交通模型需要考虑跨市域的区域空间尺度。区域层面应能够支撑深圳市干线铁路、城际铁路等重大对外交通设施规划；市域层面应能够支撑邻深地区城市轨道交通、城市道路、公共汽车等城市交通接驳衔接研究以及全市物流枢纽布局相关规划；分区层面应能够支撑法定图则、城市更新、土地整备等中微观尺度的多种交通方式与用地协同化规划。同时在碳中和背景下，城市交通发展模式转型要求创新模型评估内容，加强交通噪声、碳排放影响评估。

2）加强法定图则修编与城市更新规划等规划场景的交通模型在线评估。

深圳市已经进入存量开发主导的城市发展阶段，城市更新规划和法定图则修编是当前破解发展空间不足的重要规划手段，亟须依托交通模型系统为法定图则修编、城市更新两类规划场景提供交通模型在线评估工具。

3）加强模型不同用户的共享服务功能。

交通模型共享服务对象是规划编制与管理人员，要求能够为规划方案编制与决策提供及时的交通模型工具评估和模型运算结果查询两方面服务。为实现大数据环境下的高效共享服务目标，交通模型系统架构设计应实现“底层数据-中间模型-上层服务”自下而上的信息化流程再造。

面向粤港澳大湾区、深圳市域、分区多空间尺度的规划编制、规划协同和规划评估的总体要求，构建以交通模型系统为核心、以模型共享服务为导向全流程集成的交通仿真系统，实现多空间尺度交通与用地规划智能化、可视化评估与快速共享，为新时期深圳市空间治理与决策提供科学支撑。

针对交通大数据体量大、类型多、多源异构的特点以及规划业务快速支撑的要求，交通模型系统采用深圳市政务云平台进行部署，从多源数据融合、模型参数定制挖掘、交通模型体系构建、规划方案在线评估4个方面进行集成设计，打通多源数据支撑模型构建、模型在线共享服务的技术全链条(见图1)。

图1 共享服务理念下的交通模型系统建设思路

针对规划决策需求进一步丰富数据挖掘分析和可视化查询内容，最终构建7层次系统架构和5个核心子系统，实现“多源交通大数据接入融合-模型参数与规划决策指标挖掘-交通模型体系构建-交通模型共享服务”全流程集成设计。交通模型系统总体架构见图2。

图2 交通模型系统总体架构

1）设施层：采用深圳市政务云平台、本地服务器协同部署。为落实全市信息化平台基础设施一体化、集约化建设要求，综合数据管理平台、数据挖掘分析系统、交通决策支持可视化平台部署在全市统一的政务云平台。由于采用的交通模型软件需要物理密钥连接服务器端口，交通模型体系、交通土地在线协同评估系统采用本地服务器部署，通过政务内网实现深圳市政务云平台与本地服务器的联通。

2）数据层：综合数据管理平台作为模型构建基础，实现多源交通大数据自动接入和管理。平台功能包括数据同步存储、数据清洗转换、数据融合管理、数据监控和服务监控等功能。

3）支撑层：数据挖掘分析系统为模型参数标定和规划决策指标挖掘提供支撑。模型参数标定模块支持四阶段模型各模块算法参数标定，规划决策指标挖掘模块支撑城市基础指标、交通设施评估、交通运行评估、居民出行特征、专题指标评估5类指标挖掘。

4）中枢层：多层次一体化交通模型体系是整个系统的核心，发挥连接底层数据、服务上层应用的中枢作用。为提高重要高频规划场景的评估效率，各层次模型均新增应用模型，最终形成区域、市域、分区三个层次“基础+应用”的交通模型体系。其中，区域层次构建重大对外交通设施评估应用模型，市域层次构建道路交通、城市轨道交通2个评估应用模型，分区层次构建法定图则、城市更新、重大枢纽布局3个评估应用模型。

5）服务层：基于交通土地在线协同系统和交通决策支持可视化平台提供规划方案在线评估、规划决策指标在线查询两方面共享服务。交通土地在线协同系统支持规划方案调整后的交通需求评估、道路交通评估、城市轨道交通评估、交通环境评估；交通决策支持可视化平台支持现状与规划指标以及城市总体需求预测结果的查询，并提供自定义查询、生成评估报告等个性化查询服务。

6）应用层：为区域重大对外交通设施规划、城市轨道交通与城市道路规划、分区法定图则修编与城市更新规划提供决策支撑，同时系统通过接口形式可以为其他政府职能部门、规划编制单位提供服务，实现专业交通模型在跨部门、跨专业中的共享服务。

7）用户层：主要为深圳市规划和自然资源局各业务处室及其下属的各区管理局、深圳市城市更新和土地整备局等单位提供服务，并为深圳市交通运输局、深圳市公安局交通警察局等其他相关政府职能部门与交通规划行业的专业同行提供按需共享服务。

为规划方案提供在线评估是交通模型共享服务理念的直观体现。交通土地在线协同系统针对法定图则修编、城市更新规划两类业务场景开展交通模型在线评估应用设计。

城市更新按方式分为综合整治、功能改变、拆除重建3种，其中，拆除重建类城市更新一般涉及用地功能、开发强度调整。而法定图则修编是针对居住、产业等社会经济发展诉求对规划范围内的用地开发总规模、用地结构及用地布局进行研究。

城市更新规划与法定图则修编均以地块作为空间单元开展规划研究，但两者评估范围、评估年限、交通改善措施、评估内容等存在差异。城市更新规划评估范围大多小于50 hm²，涉及地块较少，评估年限取决于项目建成年限；交通改善措施以低等级道路改善、道路节点优化为主；评估内容侧重用地开发对周边道路、城市轨道交通等的交通影响评估。法定图则修编的评估范围一般为3~5 km²，包含较多地块，规划年限一般为远期2035年；交通改善措施可能涉及城市轨道交通调整、较高等级道路交通调整等改善措施；评估内容侧重交通承载力评估。

交通小区大小是选择在线评估底层模型的关键因素，深圳市交通模型体系中的区域交通模型、市域交通模型和分区交通模型交通小区大小分别为84.6 km²，0.6 km²和0.1 km²。法定图则修编、城市更新规划均是以地块为最小研究单元，面积较小，分区交通模型适宜作为在线评估的底层模型。

分区交通模型属于中观尺度交通模型，传统上以道路交通评估为主。而深圳市在高强度与高密度发展过程中道路承载能力有限，用地开发规模很大程度上取决于城市轨道交通承载力，因此要求分区交通模型能支撑中观尺度多种交通方式与用地协同评估。分区交通模型在完全继承市域交通模型基础上，细化分区范围内交通网络，采用改进后四阶段法建模，并基于手机信令、城市轨道交通和公共汽车刷卡、交通调查等多源交通大数据进行多种交通方式的校核与调整，最终构建能对道路交通、城市轨道交通、公共汽车交通等进行精细化评估的中观尺度多种交通方式基础模型。同时，为保证交通模型体系的逻辑自洽、数据一致，构建自上而下继承、自下而上反馈机制：市域交通模型通过特殊吸引点小区、外部小区的产生吸引矩阵与区域交通模型建立衔接关系；分区交通模型继承市域交通模型的基础网络和交通需求并细化，同时将更新后的基础网络、用地规划等反馈给综合数据管理平台，上层次模型在更新时再通过综合数据管理平台获取最新用地、基础网络数据，从而实现多层次模型的一体化衔接与动态更新。

根据业务需求特点，法定图则修编研究范围较大，编制过程中可能涉及的城市轨道交通调整、较高等级道路交通调整等交通改善措施对图则修编地区的对外交通可达性影响较大，导致出行空间分布、交通结构发生变化，因此选择分区交通基础模型支撑法定图则修编在线评估。城市更新研究范围较小，以低等级道路调整、道路节点优化等为主的交通改善措施的影响范围相对有限。为提高城市更新规划的评估效率，通过裁剪基础模型构建轻量级的城市更新应用模型进行支撑。模型采用建筑生成率法、福莱特法、交通方式转移法等简便算法进行交通生成、交通分布、方式划分等运算。面向法定图则修编评估的市域交通基础模型、分区交通基础模型和面向城市更新规划评估的城市更新应用模型的技术路线见图3。

图3 市域及分区交通基础模型与城市更新应用模型技术路线

法定图则修编在线评估功能更加灵活，但技术较复杂且模型运算较慢，用户可以采用交通小区划分、设置停车场出入口连接线、调整各等级道路走向、修改车道与通行能力属性、修改道路交叉口渠化与信号配时、调整轨道交通线路车站位置等措施，输出评估方案的出行需求总量、出行空间分布、交通结构、城市轨道交通客流量、道路交通服务水平等丰富指标。城市更新在线评估以评估地块周边为研究范围，为提高效率并减少技术难度，未开放交通小区划分、高等级道路与城市轨道交通调整等措施，用户可以调整用地开发量与功能结构、次支道路走向与属性、道路交叉口渠化与信号配时等信息，输出评估范围内的道路交通量、饱和度、车速、交叉口延误、排队等道路详细评估指标以及城市轨道交通客流量、断面满载率等指标。

交通土地在线协同系统采用基于B/S的云服务架构，分为用户端和服务端两大部分，技术框架见图4。其中，用户端以Web页面的形式为用户提供业务流程交互操作，例如评估申请、用地方案编辑、路网方案编辑、评估方案组合、评估结果展示、多方案比选等功能。服务端主要包括业务逻辑层、数据库层和后台服务层，实现方案审核、数据转换、交通模型调用、评估指标计算等功能。

图4 交通土地在线协同系统技术框架

1）业务逻辑层：核心业务处理层，主要支撑系统与外部业务系统的数据请求处理，实现信息移动化，包括数据格式转换模块和COM-API定制模块。

2）数据库层：前后端数据交互标准化层，通过建立模型基础网络、运算结果、模型参数存取的数据库标准，为前端用户编辑数据与底层模型网络数据的交互提供统一的平台，实现前端用户操作数据、底层模型网络数据以及评估成果数据的统一存取。

3）后台服务层：支撑用户端与服务端数据库层、业务逻辑层之间的交互，采用GIS图层服务接口实现用户端对分析范围内的路网、用地、小区等数据的展示与编辑需求，同时支撑用户权限和系统日志的管理需求。

交通土地在线协同系统功能流程设计见图5，具体包括用户登录、创建评估项目、规划调整措施、创建评估方案、提交评估请求、评估结果可视化、评估方案比选、评估结论8个部分。针对规划管理人员，系统功能流程简化为规划调整措施和创建评估方案两个步骤。系统以接口形式获取用地方案信息，用户可一键完成后续的评估流程。

图5 交通土地在线协同系统功能流程设计

1）用户端。

以Web页面为交互载体，基于交通土地在线协同系统功能流程设计，用户端分为首页、评估申请、评估管理、评估结果和项目审核5个版块。首页提供评估项目统计信息、状态以及评估的流程指引；评估申请版块为用户提供创建评估项目申请、查看项目审核状态功能；评估管理版块为用户提供用地规划方案、路网规划方案、城市轨道交通规划方案等在线编辑及仿真运算功能；评估结果版块提供方案评估结果可视化及方案比选等功能；项目审核版块为管理员用户提供评估项目审核通过或者驳回等功能。交通土地在线协同系统应用页面示例见图6。

图6 交通土地在线协同系统应用页面示例

资料来源：深圳市交通土地在线协同系统。

2）服务端。

服务端主要提供数据与地图服务接口、模型与方案数据中间件转换、平台数据存储管理、交通模型仿真调用等功能。数据与地图服务接口功能通过标准API接口及GeoServer发布的矢量切片服务为前端页面提供相应的数据服务接口；模型与方案数据中间件转换功能包含模型标准化数据库构建、路网格式转换、需求格式转换、成果格式转换、COM-API定制等模块，实现对用地、路网数据进行标准化抽象建模，建立用户规划方案与交通模型之间的中间件数据结构，实现规划方案与交通模型数据之间的双向自动化解析转换；平台数据存储管理功能以通用数据库为载体对模型标准化数据、用户方案数据、系统配置数据、系统管理数据进行分类存储与管理；交通模型仿真调用功能通过对商用交通模型软件进行二次开发，实现从用户规划方案到交通模型仿真结果输出的自动化调用，并将仿真结果保存至平台数据库中，供前端页面进行评估结果可视化展示时使用。

基于共享服务理念构建的交通土地在线协同系统是“互联网+交通模型”的创新应用实践，探索了交通专业模型由规划后端走向前台的技术路径。系统在技术框架、底层模型以及中间转换数据库构建方面具有以下特点。

1）引入B/S云服务架构，兼顾交通模型共享服务与数据安全。

交通模型的专业性、数据安全是阻碍其广泛应用的重要因素。引入B/S云服务架构，将系统分为用户端和服务端两大部分。用户端以Web页面的形式提供友好的交互操作体验，降低模型应用门槛，且无须用户在本地安装专业软件或客户端；服务端基于前端用户操作在后台调用模型仿真计算，避免对模型直接访问，在保证用户体验的情况下保障了模型数据安全。

2）构建中观尺度多种交通方式评估模型，支撑存量用地精细化规划评估。

存量用地规划要求能够对地块尺度的城市轨道交通、道路交通等多种交通方式进行交通承载力的综合评估。传统模型需利用宏中观模型联动评估，技术复杂、评估效率低。本文构建的分区交通模型在完全继承市域交通模型的基础上对分区范围进行精细化建模，并改进四阶段建模方法，涵盖城市轨道交通、道路交通等所有交通网络，实现了高效支撑存量用地精细化规划的中观尺度多种交通方式评估模型的技术路线重构。

3）构建标准化模型数据库，兼容对主流交通模型软件的调用。

软件版本差异性带来的调用接口变化影响系统的稳定性。在梳理规划常用操作的基础上，自行建立一套标准化模型中间数据库，实现对交通网络、交通小区等常用数据的标准化存储。中间数据库作为桥梁，负责存储前端用户操作信息，并负责将前端操作传输给底层模型及读取运算结果。在软件接口发生变化的情况下，仅需将中间数据库与模型接口进行适配，确保系统能够兼容目前主流交通模型软件，保障了系统的稳定性和可拓展性。

共享服务是交通模型在政府规划决策中持续发挥作用的重要发展方向。为实现复杂交通数据环境下模型高效共享服务的目标，本文以深圳市交通仿真系统三期工程为例，实现了“底层数据-中间模型-上层服务”自下而上的信息化流程再造，构建了以数据平台为基底、以数据挖掘分析系统为支撑、以交通模型为中枢核心、以交通土地在线协同系统与交通决策支持可视化平台为应用服务的集成化仿真系统架构。交通土地在线协同系统是交通模型共享服务的直接载体，以法定图则修编、城市更新规划为例开展在线评估设计，介绍了规划场景应用需求、底层模型设计、系统技术框架、主要功能以及系统特色。交通模型的实用性是深圳市交通模型系统不断发展的重要动力，未来将进一步探索交通模型对更多规划场景的在线评估服务，并结合新技术的进步不断改进模型的技术方法，让其在城市空间协同治理方面发挥更大的作用。

《城市交通》2023年第4期刊载文章

作者：周军，马亮，杨超，陈明威