打造以TIM為核心的技術(shù)體系

■ 文｜東南大學(xué) 王煒 趙德 華雪東 王建

綜合交通體系高質(zhì)量發(fā)展需要決策分析技術(shù)、工程建造技術(shù)和系統(tǒng)管理技術(shù)三大關(guān)鍵技術(shù)的支撐。在我國，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的工程建造技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了世界先進(jìn)水平，但決策分析技術(shù)和系統(tǒng)管理技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于工程建造技術(shù)。譬如，我國近期建設(shè)的高速鐵路、高速公路、地鐵、橋梁隧道等大型工程，建造的工程質(zhì)量世界領(lǐng)先，但這些設(shè)施建設(shè)的決策過程科學(xué)性不足，建成后的系統(tǒng)運(yùn)行管理現(xiàn)代化、智能化水平相對落后，造成交通基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量很高，但交通功能很低、系統(tǒng)功能很弱的尷尬局面。

交通基礎(chǔ)設(shè)施的工程建造，有BIM（Bui lding Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)體系的支撐，而實(shí)現(xiàn)我國綜合交通體系的高質(zhì)量發(fā)展，突破決策分析技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)的技術(shù)瓶頸，需要打造以“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬仿真等新一輪革命性技術(shù)為依托的綜合交通信息模型體系TIM（Transportation Information Modeling）。

TIM技術(shù)構(gòu)架

類似于工程建造與城市建設(shè)領(lǐng)域的BIM、城市信息模型CIM（City Information Modeling）技術(shù)，綜合交通信息模型體系TIM主要服務(wù)于綜合交通體系的決策分析與系統(tǒng)管理。TIM的研究覆蓋城市交通、城際交通、城市群交通、跨區(qū)域綜合運(yùn)輸?shù)确秶蔷C合交通運(yùn)輸系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展的重要支撐技術(shù)，是一個(gè)“數(shù)據(jù)共享、模型共享、預(yù)案共享、軟件共享”的資源共享平臺。

TIM的技術(shù)框架應(yīng)集成交通數(shù)據(jù)、交通分析、虛擬仿真、分析評價(jià)、結(jié)果展示等功能，打造“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、分析模型庫、平臺軟件庫、場景預(yù)案庫”的資源共享平臺。其中，TIM的分析模型庫應(yīng)包括：綜合交通系統(tǒng)“多網(wǎng)合一”網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｐ腕w系，交通運(yùn)輸、國土資源、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境相互作用機(jī)理模型體系，綜合交通系統(tǒng)各出行方式或運(yùn)輸方式相互作用機(jī)理模型體系、綜合交通網(wǎng)絡(luò)交通運(yùn)行特征模型體系、綜合交通體系出行效率或運(yùn)輸效率評估模型體系、綜合交通體系經(jīng)濟(jì)效益評估模型體系、綜合交通體系能源消耗與碳排放評估模型體系等。

在此基礎(chǔ)上，依托上述TIM技術(shù)框架與核心模型，形成我國完全自主的平臺軟件，并配備BIM或CIM擴(kuò)展接口。TIM解決前期決策與后期運(yùn)維管理問題，BIM或CIM解決施工建設(shè)階段的模塊化建設(shè)與信息控制問題，TIM與BIM或CIM聯(lián)合，解決綜合交通體系高質(zhì)量發(fā)展問題，實(shí)現(xiàn)多區(qū)域、多部門、多方式、全過程的數(shù)字化協(xié)同管理。

綜合交通網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，必須在規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行與管理的全過程中堅(jiān)持各運(yùn)輸方式統(tǒng)籌兼顧、融合發(fā)展，形成公鐵水航、管道及城市道路統(tǒng)籌兼顧、融合發(fā)展的一體化綜合立體交通體系。綜合交通體系虛擬仿真決策支持平臺（即綜合交通大腦）為完善網(wǎng)絡(luò)布局、推動各運(yùn)輸方式一體化融合、實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展提供了平臺，而TIM技術(shù)則為綜合交通大腦的搭建提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。因此，建立綜合交通信息模型體系TIM，實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建、交通需求融合分析、交通網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真等技術(shù)瓶頸的突破，已成為我國綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)一體化融合的當(dāng)務(wù)之急，對實(shí)現(xiàn)我國綜合交通運(yùn)輸系統(tǒng)高質(zhì)量發(fā)展具有重要推動作用。

案例分析

西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺

近年來，重慶、廣西等西部省（自治區(qū)、直轄市）積極參與共建“一帶一路”，基本形成由重慶、四川分別經(jīng)湖南、貴州、云南至廣西北部灣港的三條鐵路運(yùn)輸線路。

三條鐵路運(yùn)輸線路的建成為促進(jìn)西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、外貿(mào)增長和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級做出了重要貢獻(xiàn)。但既有通道仍存在交通運(yùn)輸瓶頸制約、競爭能力不強(qiáng)、物流成本偏高等突出問題。在此形勢下，國家發(fā)改委發(fā)布《西部陸海新通道總體規(guī)劃》，提出要統(tǒng)籌各種運(yùn)輸方式，圍繞建設(shè)大能力主通道和銜接國際運(yùn)輸通道，在鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸及樞紐、場站、港口等方面建設(shè)一批重點(diǎn)項(xiàng)目。

西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺可以對西部地區(qū)新建鐵路、新建公路和連通水運(yùn)等方案進(jìn)行虛擬仿真，定量分析方案實(shí)施前后的客貨運(yùn)量。決策支持平臺中的TIM技術(shù)由基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、分析模型庫、平臺軟件庫和場景預(yù)案庫四大部分組成，分別介紹如下。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺的綜合交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫基于OSM（OpenStreetMap）構(gòu)建，全網(wǎng)絡(luò)（含公鐵水航等）共有28，958個(gè)交通節(jié)點(diǎn)、46，882個(gè)路段和521個(gè)交通小區(qū)；人口分布數(shù)據(jù)基于LandScan數(shù)據(jù)平臺構(gòu)建，研究區(qū)域覆蓋人口總數(shù)超過2.90億；社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展數(shù)據(jù)從國家統(tǒng)計(jì)年鑒獲取，研究區(qū)域每年產(chǎn)生的GDP近15萬億元；重要路段/節(jié)點(diǎn)（如高速公路、高速鐵路、機(jī)場、港口等）的交通運(yùn)輸量數(shù)據(jù)從政府相關(guān)職能部門獲取，用于標(biāo)定和校驗(yàn)決策支持平臺。

分析模型庫交通分析模型是西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺的內(nèi)核，主要技術(shù)突破是實(shí)現(xiàn)從單一、同質(zhì)的交通網(wǎng)向多網(wǎng)、異質(zhì)的交通網(wǎng)轉(zhuǎn)換，分析模型具體包括：綜合交通網(wǎng)絡(luò)“多網(wǎng)合一”拓?fù)淠Ｐ汀⒖拓涍\(yùn)輸路段與樞紐交通阻抗分析模型、客貨運(yùn)輸優(yōu)勢運(yùn)距分析模型、多網(wǎng)競爭的方式組合與交通分配模型、效能評估虛擬仿真模型等。

平臺軟件庫西部陸海新通道虛擬仿真決策支持平臺集成了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持、交通需求分析、交通運(yùn)行分析、綜合效能評價(jià)、數(shù)字化人機(jī)交互5大模塊，涵蓋27種具體功能，能滿足110多種操作與分析需求，覆蓋綜合交通仿真分析的全過程，能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)快速獲取、決策方案快速生成、交通分析系統(tǒng)集成、實(shí)施效果虛擬仿真等定量化、可視化的決策支持。

場景預(yù)案庫備選預(yù)案庫面向綜合交通運(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)。以《西部陸海新通道總體規(guī)劃》中提及的重點(diǎn)項(xiàng)目為例，設(shè)立5個(gè)場景預(yù)案庫案例。平臺可以對任意對象的交通業(yè)務(wù)場景進(jìn)行一體化仿真分析，并定量化、可視化地給出該業(yè)務(wù)場景下不同運(yùn)輸方式（公鐵水航等）的客貨運(yùn)量變化與能源消耗、碳排放情況，為重大工程建設(shè)提供決策依據(jù)。