规划科技进步奖一等奖 | 超大城市智能交通一体化关键技术

导读

中国城市规划学会科技奖是规划领域首个专享的社会科技奖，专门奖励规划领域的科学技术成果和规划科技人才，是学会的最高科技奖励。2022年度中国城市规划学会科技进步奖授奖项目共31项，其中一等奖4项，二等奖9项，三等奖18项。“中国城市规划”微信公众号将陆续介绍授奖项目。

本文字数：4015字

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深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司的张晓春团队凭借数实一体化孪生融合技术、快慢一体化推演预测技术、多模态一体化协同治理技术等关键技术及应用示范获得2022年度中国城市规划学会科技进步奖一等奖。

项目名称：超大城市智能交通一体化规划及应用示范

主要完成人：张晓春、林涛、邵源、孙超、林钰龙、朱建辉、谢武晓、韩广广、徐丹、张永捷、洪倩雯、黄愉文、吴丹红、陆超、张俊峰

主要完成单位：深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司

一

技术研发背景

当前我国初步形成了近700座城市的综合交通网络，为全国4亿多辆机动车、9亿城镇居民每天20亿次城市出行需求和上亿吨物资运输配送提供了有力保障。但我国大城市仍普遍面临城市交通出行规模大、交通网络运行复杂、交通拥堵加剧等挑战，智能交通是解决上述城市交通问题的重要手段，也是对城市交通规划的延伸与支持，对保障我国大城市交通高效运转、秩序管理、安全运维和出行服务具有重要作用。

图1 超大城市交通发展现状

新时期，我国智能交通进入到高质量一体化发展的新阶段，其业务治理需求从过去以单一空间静态数据为主，关注车辆运行为主的中长期离线观测，单系统碎片化被动式管理转向关注空间、业务、全过程跨领域多维动静态数据融合，人车个体快慢一体化推演预测，多模态多方式多业务全周期一体化协同治理。与此同时，新一轮科技革命带动了物联网、5G、人工智能、数字孪生等技术集群式创新突破，使得面向大城市复杂交通系统管控的感知-传输-计算-研判能力阶跃式快速迭代，为超大城市智能交通一体化能力构建和应用示范提供了源源不断的动力。

在此背景下，准确把握城市级大规模交通出行规律及运行态势，实现城市级智能交通一体化规划与治理应用，对城市交通整体式、智能化治理具有重要作用，其关键是突破“数据底座、模型仿真、协同治理”的智能交通一体化技术。

二

主要科学技术内容和科技创新点

本项目立足超大城市交通治理核心需求，围绕“问题难点-技术创新-应用实践”，以“数据底座、模型仿真、协同治理”为主线，突破了数实一体化孪生融合、快慢一体化推演预测、多模态一体化协同治理等创新技术，形成了一整套超大城市智能交通一体化关键技术及成套系统装备，推动了全国30多个城市交通治理应用示范，对我国大城市推进城市交通治理体系和治理能力现代化具有重要现实意义。

图2 项目总体思路

1

发明了多源多尺度交通全要素的数实一体化孪生融合技术

针对交通基础设施类型多、数据量大、多尺度空间数据模型调度慢，现有数据底座对数据与业务的沉淀不足等问题，融合几何模型和数据模型通过分段式交通拓扑建模形成可计算、可编辑的孪生空间，构建了交通基础设施全要素自动化建模及模型轻量化技术。研发多源多尺度交通全要素孪生体数据融合治理技术，融合空间数据、业务数据、全过程数据和跨领域新能源数据，突破了交通孪生体语义化与多维数据融合治理技术，实现对物理城市交通的空间统筹、业务载体与时间延展及跨领域融合协作。支持TB级多源异构静态数据，百万级动态实时数据，十亿级轨迹数据接入，数据秒级检索。

图3 动静态交通孪生体语义化建模

2

攻克了基于人车个体出行链的快慢一体化推演预测技术

针对现有四阶段模型基本原理与现实应用不适应、模型精细度不足，大规模路网短期运行状态预测精度不足等问题，自主研发建成国内首个基于出行链的宏观交通模型，考虑不同出行链多次出行的相互影响，通过细化不同人群出行需求、优化出行接驳选择等，构建精细化建模与模型自动调优技术，突破基于出行活动链的中长期态势演化技术，自动化建模+自动校核调试效率提升60%。建立了基于拥堵时空关联的大规模路网动态解耦技术，基于深度学习进行路网流量和速度的短时预测，以关键路段的可靠预测结果为约束条件，攻克了基于可靠约束的大规模路网实时在线推演技术，城市全路网状态研判响应时间小于5秒，准确率大于85%。

图4 快慢一体化的城市交通敏捷预测与可靠推演技术

3

构建了多模态交通资源一体化协同治理技术

针对交通运行时空变异性大、交通资源时空分配不均衡，且基础设施群运行风险识别与主动预防难等问题，建立“城市级-片区级-个体级”的时空多层次调控与运行潜力指数模型，并构建基于马尔可夫链的主动式预判调度技术，实现面向交通运行的时空调控管理和面向动态出行的柔性调度服务，出行时空多层次需求预测精度＞90%。建立基于设施群共性功能和运行强度特征的基本单元监测体系，突破运行荷载耦合作用下基础设施群状态推演与性能提升技术，构建了千万级动态信息库，基础设施运行状态不同粒度辨识准确率＞90%。

图5 道路运行荷载与设施性态耦合的设施群一体化管控技术

三

与国内外同类技术比较

项目构建的数实一体化孪生融合技术、快慢一体化推演预测技术和多模态一体化协同治理技术等，经权威专家鉴定评审，多项关键技术指标经优于国内外同类技术水平。其中，基于出行活动链的中长期态势演化技术、基于可靠约束的大规模路网实时在线推演技术、运行荷载耦合作用下基础设施群状态推演与性能提升技术等关键技术达到国际领先水平。如在基于出行活动链的中长期态势演化方面，牵头编制了国内首部《基于出行链的城市交通建模技术导则》，构建68类出行链、超2000个模型参数，较四阶段模型自动化建模+自动校核调试效率提升60%，而国内其它城市普遍采用四阶段模型，出行种类仅10-20种，未见出行链模型成功案例，国外有片区级的出行链模型，未见大城市模型体系，模型参数相对较少。在基础设施群状态推演与性能提升方面，创新耦合道路运行荷载与基础设施结构机理特征等因素，构建了千万级动态信息库，基础设施群运行状态不同粒度辨识准确率＞90%，而国内外同类技术以百万级动态信息库为主，缺乏基础设施与城市运行数据的融合，难以提供大规模设施群的动态运行保障能力。

四

推广应用情况和应用前景

项目构建了“孪生底座、模型仿真、协同治理”的智能交通一体化规划治理技术体系，推动了以深圳超大城市为代表的城市中长期规划建设科学决策、交通拥堵短平快治理、实时交通管控和应急协同等多个领域应用实践。

具体应用实践上，一是支撑中长期规划建设科学决策方面，融合多源大数据推动机场、高铁站、港口等重大枢纽、战略通道空间布局协同，支撑轨道五期规划建设、西丽枢纽等重大枢纽、机荷高速改扩建创等一批重大基建的规划建设。二是支撑交通拥堵短平快治理方面，搭建交通拥堵“动态识别-快速改善-持续评估”全过程精准治理系统，支撑全面量化评价、成因精准识别、闭环治理评估，提供基于“平台+服务”的交通综合治理应用。三是支撑实时交通管控和应急协同方面，推动了国内单体规模最大、覆盖城市级全领域（覆盖海陆空铁、规建管运）的深圳交通运输一体化智慧平台（一期）项目建设，建立6大板块100多项交通综合监测指标，动态识别研判全市55个重大枢纽或热点区域及至少10类特殊事件的交通运行影响，实现安全应急预警和多部门协同联动，为保障大城市高效运转、秩序管理和安全应急提供了可靠支撑。

当前，项目成果已推广应用至广州、成都、武汉、苏州、湛江、南昌、长春、兰州等30余个城市，为不同城市的城市综合交通规划、重点片区开发建设、重要干道规划建设和综合客运枢纽管控等应用提供了重要支撑，有效推动了政府决策效率、城市运行效率和公众出行体验的提升。未来，项目技术将持续支撑城市交通数字孪生底座搭建、城市中长期态势推演和交通运行规律动态研判等数据、模型和平台共性能力建设升级，为超大城市、大城市和中小城市重大基建规划建设、重大政策制定评估、交通拥堵治理改善、实时动态交通管控和全链条出行服务等应用提供决策支持。

图6 全国推广应用情况

五

经济社会效益

项目的应用具有显著的社会经济效益。

一是经济效益方面。近三年，项目的相关研究成果支撑了智能交通规划设计、交通大数据决策支持系统开发、智慧交通系统工程集成建设等一大批项目落地实践，新增税收超3000万元。

二是社会效益方面。项目的数据模型等技术应用支撑了《广东省数字交通“十四五”规划》、《深圳市交通白皮书（2020版）》等多部重要政策文件出台，为城市交通发展提供了战略指引；推动了机荷智慧高速、妈湾智慧港口等一批新基建示范建设，带动了城市经济产业的发展；项目成果应用后，支撑了科技园片区综合交通治理、轨道公交短驳巴士开通、深圳北站公交接驳等，为深圳市等城市交通运行保障提供了有力支撑。深圳市道路高峰运行车速平均提升8%以上，公众平均出行耗时减少6%以上，大大改善了公众的出行服务体验。

六

知识产权情况及他人评价

项目攻克了智能交通一体化的核心技术，在大数据智能计算、出行活动链构建、实时在线仿真等技术领域，形成了国家发明专利35项、软件著作权20项、学术论文28篇等一系列自主可控的知识产权体系。

项目技术成果及应用情况获得省部级领导、相关部门以及同行肯定，荣获了2022年数字中国与智慧社会优秀案例等多项荣誉称号，并受央视《新闻联播》、《CCTV2》、深圳特区报、深圳商报等多家电视媒体、传统纸媒、互联网媒体等上百次报道，成为打造智能交通领域的“深圳名片”。其中，《CCTV2》报道深城交利用实时在线仿真平台实时还原交通状态，仿真精度达到93%，交通效率可提高10%以上。

图7 媒体宣传报告

项目构建了超大城市智能交通一体化的技术及应用体系，支撑了不同规模城市的交通治理探索与实践，对推进我国城市交通治理体系和治理能力现代化具有重要作用，也期待为新时期各大城市高质量发展提供有益路径。

供稿人：1张晓春，深圳市智慧城市科技发展集团董事长、深圳市城市交通规划设计研究中⼼股份有限公司首席科学家、全国⼯程勘察设计大师/教授级高级工程师；2孙超，深圳市城市交通规划设计研究中⼼股份有限公司智能研究院副院长、教授级高级工程师；3韩广广，深圳市城市交通规划设计研究中心股份有限公司智能研究院院长助理、中级工程师

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