河北省交通運輸新型基礎設施規劃平臺總體架構研究

吳會彩

（河北省交通規劃設計研究院有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

結合《交通強國建設綱要》和《國家綜合立體交通網規劃綱要》，搭建數字化、網絡化、智能化的新型基礎設施規劃平臺，是提高河北省現有基礎設施協同管控效率的重要手段。現有基礎設施規劃系統智能化水平較低、協同決策支持尚不完善，文章對基于數字化的交通運輸新型基礎設施規劃平臺總體架構進行探究，為交通強國戰略和綜合交通立體網絡建設規劃提供參考。

1 平臺架構思路

由于河北省交通運輸新型基礎設施規劃涉及多個管理部門，包含不同種類的數據，因此需要借助智能化平臺對交通數據、交通分析、虛擬仿真、分析評價、結果展示進行綜合交通數字化分析集成，借助綜合立體的交通網數字化與模型體系TIM，并通過“統一的數據、統一的模型、統一的軟件、共享的平臺”的架構思路，實現綜合交通問題解決方案跨部門協同與系統優化，具體實現思路如下[1]。

1.1 統一的數據

與綜合交通相關的各職能部門，都有服務于自身業務的數據庫，但只是局部數據庫。由于河北省綜合交通系統的開放性與復雜性，以及部門數據庫的局限性，各職能部門用各自的業務數據庫分析同一個交通問題時，往往會得出不同的結論。因此，構建統一的、標準化的數據庫是實現河北省新型基礎設施規劃平臺跨部門協同優化的基礎。綜合立體交通網數字化與模型體系TIM 決定了綜合立體交通網數字化體系架構的統一性。在基礎數據層面實現結構統一且覆蓋公路、鐵路、航道、航線、城市道路及綜合交通樞紐的數字化架構，能為后續的綜合立體模型提供標準化、可計算的數據輸入[2]。

1.2 統一的模型

綜合交通應用場景廣泛、復雜，相關綜合交通分析模型種類繁多，每一個模型都有特定的應用場景與參數要求，各職能部門采用不同模型分析同一個交通問題，會得出不同的結論。因此，構建統一、能反映跨部門協同關系的交通分析模型體系是實現河北省新型基礎設施規劃平臺跨部門協同優化的關鍵。綜合立體交通網數字化與模型體系TIM 的核心就是交通分析模型。TIM 技術通過整合綜合交通領域多年來的模型思想，建立一整套面向綜合立體交通網多網融合的交通分析模型體系。

1.3 統一的軟件

該平臺需要構建自己的軟件模塊，通過軟件功能模塊的形式對數據和算法進行集成整合，實現規劃流程中各獨立功能的模塊化運行，并形成軟件模塊之間的一體化銜接機制[3]。因此，構建交通分析軟件模塊是實現河北省新型基礎設施規劃平臺跨部門協同優化的重要任務。

1.4 共享的平臺

由于綜合交通系統具有一定的開放性與關聯性，某個部門采取某一措施可能會引起其他部門相關策略的改變，如高速鐵路的規劃與建設會影響公路相關通道的客流量，因此需要建立可以共享的虛擬平臺，實現河北省新型基礎設施建設規劃的跨部門協作。而綜合立體交通網數字化與模型體系TIM 技術能夠將綜合立體交通網基礎理論與關鍵技術進行全面集成，構建面向綜合交通系統業務需求，跨部門、跨區域、全方式、全過程一體化的分析軟件與集成平臺。

2 平臺系統架構

基于“統一的數據、統一的模型、統一的軟件、共享的平臺”的架構思路，該平臺以河北省交通道路網絡為基礎，通過對河北省出行與貨物運輸需求、網絡運輸交通流、綜合交通網絡結構等現實交通系統參與對象進行數字化抽象，經分析模型模擬現實交通系統的演化規律與供需平衡機理，從宏觀、中觀、微觀多層視角，對公路、鐵路、水運、航空、管道等多方式綜合交通運輸網絡及單一方式交通運輸網絡展開分析，解析客運及貨運交通需求分布規律，分析各方式運量分擔情況，展示不同階段系統演化趨勢，實現在數字設備中對現實綜合交通系統的虛擬化構建與映射。

河北省新型基礎設施規劃平臺虛擬交通系統架構如圖1 所示。在虛擬交通系統基礎上，結合新型基礎設施建設規劃需求，提出以基礎設施數據庫、交通分析模型庫、平臺軟件模塊庫和備選預案策略庫為基礎的框架結構。該平臺規劃架構的設計結合“交通優化的思維”，基于國家發展目標與供需平衡的綜合交通網絡發展定位，能夠對綜合交通網絡建設規劃、綜合交通運輸組織、交通網絡運行管理、交通系統安全保障、交通政策法規制訂等方案對綜合交通系統產生的影響進行定量化、可視化的綜合評估與系統優化，也可以對公路、鐵路、水運、航空、管道五大運輸方式及城市交通等跨部門跨行業協作及的政府決策方案進行論證分析，實現綜合交通系統跨部門協同和無縫銜接，提高政府的決策支持效率與管理水平[4]。

圖1 河北省新型基礎設施規劃平臺虛擬交通系統架構示意圖

3 平臺框架體系

以大數據、人工智能和“互聯網+”等新一輪革命性技術為支撐，并結合虛擬仿真相關技術，構建面向河北省新型基礎設施規劃的虛擬綜合交通系統，能夠為河北省新型基礎設施規劃與建設的決策、管理提供重要的參考；結合河北省新型基礎設施規劃的實際需求，平臺功能可分為基礎設施數據庫、交通分析模型庫、系統軟件模塊庫和備選策略方案庫4 大部分，平臺功能框架體系如圖2 所示。

圖2 河北省新型基礎設施規劃平臺功能框架體系圖

3.1 基礎設施數據庫

基礎設施數據庫是新型基礎設施規劃平臺功能框架的基礎，能夠實現數據構建、數據存儲、數據處理、數據容災等4 大基本功能，可為后續交通量化分析提供必要的基礎數據支撐。基礎設施數據庫是通過對多源交通大數據進行提取、加工和融合形成的標準化數據庫，涵蓋所有服務于新型基礎設施建設規劃的交通大數據，包括經濟社會發展數據、綜合交通網絡數據、分方式交通網絡數據和重要通道與樞紐運輸量數據等。

基礎數據庫的建立能夠確保數據在融合、交互、協同過程中的完整性、有效性、安全性，確定標準化的數據格式。基礎數據庫的應用能夠滿足復雜交通系統分析的實際需求，為服務于后續交通分析模型庫、系統軟件模塊庫和備選策略方案庫提供服務，并為定量化、可視化、精細化的河北省新型基礎設施建設規劃與決策提供基礎支持。

3.2 交通分析基礎模型庫

交通分析基礎模型庫是新型基礎設施規劃平臺功能框架的重要內核。若缺少交通分析基礎模型，新型基礎設施建設規劃就缺少了交通優化思維能力[5]。交通分析基礎模型庫能夠運用科學、專業的交通分析模型，實現對河北省綜合交通運輸大量數據的計算分析，推進綜合交通設施、服務與通信網絡融合構建及特征分析。基于完善的交通基礎設施數據庫，結合交通需求預測模型、綜合交通網絡分配模型和交通網絡效能評估模型等多樣化的交通分析基礎模型庫，能夠制訂出更加行之有效的交通規劃設計方案，滿足河北省新型基礎設施建設、綜合交通運營管理、相關交通政策制訂和交通安全保障等交通分析業務的需求。

3.3 系統軟件模塊庫

系統軟件模塊庫是新型基礎設施規劃平臺功能框架的重要支撐。系統軟件模塊庫是交通分析基礎模型庫的功能集成，也能為備選預案策略庫提供一體化集成服務[6]。河北省新型基礎設施建設規劃需要結合實際可量化數據，以交通分析軟件為輔助，以河北省新型基礎設施建設規劃需求實現為指引，構建高度數字化、集成化的仿真軟件，提供切實、有效、可行的規劃方案。基于系統軟件模塊庫，河北省新型基礎設施建設規劃可結合基礎交通網絡及經濟社會發展數據，進行交通網絡分析、交通需求預測及交通運行特征分析，并開展綜合效能評估，通過提供友好的人機交互，可靠的仿真功能，精確的評估指標、分析報告和動態直觀的可視化結果，為河北省新型基礎設施建設相關人員提供切實有效的交通規劃方案與建議。

3.4 備選預案策略庫

備選預案策略庫是新型基礎設施規劃平臺功能框架的保障，能夠為區域綜合交通系統高質量發展提供各類交通問題解決方案模板與流程設計。綜合交通網絡規劃建設、管理控制、運輸組織、安全保障等方案的制訂，需要跨部門、跨行業的協同，方案需要經過反復調整、評估和優化[7]。備選預案策略庫能夠面向綜合交通運輸行業多部門，提供交通方案的“一鍵式”備選策略設計，滿足河北省不同部門、不同業務人員的工作要求，為綜合交通體系跨部門協作提供便利條件，保障新型基礎設施建設規劃方案的落實與優化。

基于交通仿真軟件庫，備選預案庫能夠為非專業人員提供面向業務策略的“一鍵式”仿真流程指引，幫助非專業人員完成某一項具體業務方案的交通仿真與分析評估，為不同部門的非專業人員提供便利。備選預案庫提供的多角度、個性化的備選策略，基本上能夠實現綜合交通問題的全覆蓋，協助不同部門人員進行跨部門協作的交通方案制訂。針對河北省交通運輸新型基礎設施規劃建設、交通管理控制、交通政策制訂等實際場景，整合交通分析功能模型，實現河北省全區域綜合交通組織協同、智能化交通管理控制，為河北省綜合交通體系發展、規劃、建設、管理等提供指導與建議。

4 平臺功能

4.1 規劃設計互聯互通

該平臺能夠基于國家發展目標與供需平衡的綜合交通發展定位，提供精準的決策支持，優化綜合交通樞紐布局規劃，實現綜合交通運輸網絡體系的高效運行，實現河北省及與周圍省之間立體交通網絡的互聯互通。

4.2 規劃建設融合發展

交通規劃建設涉及多行業、多部門的協同合作，該平臺可實現公路、鐵路、水路、航空和城市交通等綜合交通網絡運輸方式的一體化融合發展，通過推動綜合交通體系與郵政快遞、現代物流、旅游開發和裝備制造等相關產業的一體化融合，推動河北省新型基礎設施規劃“三網一平臺一高地”建設。

4.3 規劃管理便捷高效

該平臺能夠完善綜合交通運輸應急保障體系，提高交通基礎設施安全水平，推進河北省交通運輸系統安全發展；加快既有交通設施智能化建設，提升綜合交通智慧發展水平；能夠對綜合交通環境與能耗等指標進行評價，推進綜合交通綠色發展，推動河北省綜合交通網絡安全、便捷、高效、綠色發展，促進經濟高質量發展，推動綠色低碳及“碳中和”等戰略目標的實現。

5 結語

河北省交通運輸新型基礎設施規劃平臺基于“統一的數據、統一的模型、統一的軟件、共享的平臺”理念，主要由基礎設施數據庫、交通分析模型庫、系統軟件模塊庫和備選策略方案庫4 大模塊組成，能夠實現跨部門協同與系統優化，提升綜合交通運輸的智能化水平及基礎設施協同管控效率，以期該構建思路能為交通運輸新型基礎設施平臺建設提供一定參考。此外，未來需要進一步加強對技術創新、政策支持和管理機制等方面的深入研究，以推動此類智慧交通平臺的持續完善與發展，為交通行業的可持續發展提供保障。