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国际观察 | 英国《Transport analysis guidance(交通分析指南)》解读及启示

Web based《Transport Analysis Guidance》(《交通分析指南》,以下简称WebTAG)是英国交通部在其官方上发布的有关交通运输评估的指南和工具包。所有需要政府批准或投资的道路和公共交通相关项目(涵盖从需求管理措施到重大工程项目的所有项目)都需要参考WebTAG进行分析。针对不同层级项目团队成员(高级管理者,项目经理和从业人员)的需求,WebTAG分为管理者指南和技术人员指南两个部分。本文通过解读英国《交通分析指南》,重点梳理了技术人员相关的建模和分析两大部分内容,期望为国内交通模型发展提供参考借鉴。

 

 

01 英国交通分析指南解读

 

 

1.概述
 
(1)WebTAG简介

 

《交通分析指南》(以下简称TAG)是英国交通部在其官方网站上发布的有关交通运输评估分析的理论和方法集合,由一系列适用于道路和公共交通相关项目的交通模型和评估方法以及系列软件工具组成。这些有助于评估和制定交通相关措施,使分析人员能够收集证据以支持业务案例开发,为投资决策提供依据。

 

(2)WebTAG 作用
 

所有需要政府批准或投资的道路和公共交通相关项目都需要使用TAG进行分析,WebTAG提供有关如何进行以下操作的建议:

 

设定目标并找出关键问题

针对目标和问题开发潜在的规划设计方案

构建交通模型以评价多个规划设计方案的优劣

如何开展符合政府部门审查要求的评估

 

(3)主要内容
 

按照使用者层级,WebTAG分为管理者指南和技术人员指南两大部分,其中管理者指南是为项目管理者提供了更通用的指导,并进一步分高级管理者指南和项目经理指南;技术人员指南旨在为技术从业人员提供参考,也进一步分为交通分析指南和交通模型指南。WebTAG主要组成部分介绍如表1所示。

 
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表1 WebTAG主要组成部分

 

 

(4)更新机制和计划
 

WebTAG最早于2013年10月29日发布,是国际上首部公开的标准化交通分析建模和评估手册,随着实践的深入WebTAG的内容也在不断更新,英国交通部致力于完善WebTAG使其内容与时俱进,最近更新发布于2021年5月19日。WebTAG记录每一次更新并集中发布,以便对于从事中长期项目的项目参与者,查阅和抉择是否将这些新方法纳入项目分析过程。

 

为了更好的服务交通评估工作,以及考虑现阶段交通评估工作中面临的突发事件,如新型冠状病毒(COVID-19)的传播、政府财政和经济展望的修订、对净零排放的承诺以及交通脱碳计划。交通部制定了2021年度WebTAG综合更新计划。部分更新计划列举如下:

 
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表2 2021年度更新计划(部分列举)

 

 

2.英国交通项目开展过程简介
 
(1)一般流程
 

交通工程项目开展分为评估和决策两部分。交通评估过程指通过对不同阶段的交通方案的建模分析,得出相应的指标对项目的影响程度进行评价。决策过程指政府部门参照英国财政部绿皮书(《中央政府的评估指南》)对政府投资项目从五个维度审核交通评估的结果,决定项目是否执行。

 
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图1 项目开展交通评估的一般流程
 
 
(2)交通评估阶段
 

交通评估工作是按照项目进展情况分为三大阶段:

 

第一阶段:初步评估,多方案筛选

 

针对目标制定多个潜在的解决方案,根据绿皮书中规定的五个维度(战略、经济、财务、管理、商务)设定的标准进行评估,从而列出备选方案。此阶段成果有:

方案评估报告(OAR)——确定在阶段二中进一步评估的首选方案;

评估规范报告(ASR)——确定进一步评估首选方案的范围和方法;

 

第二阶段:深入评估,对方案进一步评估

 

根据第一阶段产生的ASR,分析人员将改进模型进行详细分析,以得出用于支撑方案的证据。此阶段结束时,提供的成果有:

详细分析报告(DAR)——从经济、环境、社会、收入分配和政府财政角度评估建设项目的广泛影响;

评估摘要表(AST)——提炼每个方案的主要影响、次要影响因素,并以评估摘要表(AST)的形式呈现。

 

第三阶段:后评估,对项目实施后的效果和收益评估

 

该阶段是对已建设完成的项目的实施效果和收益进行评估,评估项目实施过程的项目组织管理效率,评估项目交付成果对预期目标的实现程度。

交通评估按照具体工作内容又可分为建模和分析板块以及影响评估板块,这部分内容将在下一节详细描述。

 

(3)决策依据
 

根据《中央政府的评估指南》,政府投资项目必须从五个维度进行评估,分别为战略层面、经济层面、财务层面、管理层面和商务层面,各层面对交通评估结果要求如下:

 
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图2 五层面对交通评估结果要求

 

值得说明的是,WebTAG能够为项目的各层面分析提供参考和指示,主要是支持经济层面的分析,尽管也可用于支持其他层面的分析,但其他层面的分析还需要补充参考与项目投资评估相关的其他指导和工具。

 

(4)决策过程
 

1)第一个决策点:基于SOBC(侧重战略大纲)的决策

 

基于初步评估阶段编制的方案评估报告(OAR),决策者从5个维度寻找决策依据,做是否初步批复的决策。需要强调的是,项目的早期阶段,决策者更加关注战略层面的决策依据,提案是否具有战略意义是是否执行下一步深入研究的基础。

 

2)第二个决策点:根据OBC(五层面概述大纲)进行决策

 

第二个决策点侧重于对方案的详细评估,以找到最佳规划设计方案。这个阶段,拟建设的项目需要对五个层面进行充分详细的分析,根据这些证据,决策者决定提案是否应该进入研究的最后阶段。

 

3)第三个决策点:根据OBC(五层面全面分析)进行决策

 

与第二个决策点类似,第三个决策点也强调需要详细的五层面决策依据,主要的区别在于,项目从详细设计阶段到评审/更新设计阶段,随着时间的推进,一些外部条件和前景信息发生改变,需要将这些最新信息考虑纳入评估摘要表(AST)提供给决策者。

 

3.交通评估分析
 
(1)主要分析方法
 

项目交通评估是项目开展的基础,是交通决策的重要依据。绿皮书建议采用成本效益分析方法(BCR)进行评估,通过收集项目有关的广泛影响信息——不仅考虑了项目对建设方和使用方的直接影响,还考虑了项目实施后对环境、甚至更为广泛地对社会和政府等的影响。分析人员应设法将项目的影响因素用货币价值表现,以便可以直接比较不同项目方案的成本和收益。

 

(2)建模与分析
 

项目影响的效果通常很复杂,分析成本效益法中广泛的影响信息意味着需要理解和衡量交通相关项目的实施将如何改变出行方式(出发地和目的地的选择,出行频率,出行距离),社会活动(工作和休闲)和环境影响。因此需要构建精细的出行模型来预测人们的出行行为,对于影响较大的交通方案与措施,其分析模型的精细程度要求越高。

 

基于交通模型的预测结果,交通规划分析人员的从经济影响、环境影响、社会和分配影响等角度开展成本效益分析。

 

经济影响:交通相关措施项目的更广泛影响、再生影响(诱导投资)和就业影响、生产力影响等相关发展影响的评估

 

环境影响:涉及对建筑物和自然环境以及对人的影响。涵盖的环境影响包括噪音、空气质量、温室气体、景观、城市景观、历史环境、生物多样性和水环境。

 

社会和分配影响:为交通相关措施项目的社会影响和收入分配影响的评估提供建议。

 

对于某些交通模型无法直接测量的影响(例如噪声,空气质量,景观,社会和收入分配),WebTAG提供了有关如何使用交通规划模型之外的其他分析来衡量影响的信息。

 

(3)影响评估
 

成本效益法(BCR)通过将货币的估值应用于建模与分析过程中获得的各类影响指标,分别汇总不同方案的评估摘要表以便决策者对不同的方案进行比选。货币估值参数大致分为直接获取类参数和间接获取类参数。

 

直接获取类:可以直接从市场中支付的价格或未来市场中的价格预测中获取,例如燃油价格。

 

间接获取类:通过调查和实验手段获得,如采用特征定价模型获得噪音影响值的和通过意向调查法(SP/RP)估计的时间价值等参数。

 

对于无法通过技术手段以货币价值表示的影响因素,在决策过程中也不能忽视,WebTAG给出了以一致的形式呈现这些影响的建议,以便决策者能清晰地了解影响的严重性。

 

最终,为了确保始终向决策者提供对影响的完整说明,所有影响(货币化、量化、不能量化的)都应进行汇总,并以评估摘要表(AST)的形式进行呈现。

 

WebTAG在实践指导中具有权威性,交通部对各类支持交通业务的模型质量提出了最低的标准,以便项目管理者清晰地判断自己的成果是否达标。交通项目建模和评估都必须严格遵守WebTAG已提供的标准流程和方法,对于未提及的方法的使用,项目管理者需与交通部反馈和商议,得到批复后才能使用。

 

4.如何使用WebTAG获得交通建模工作指示?
 
(1)交通模型基本原理
 

根据经济学的供需原理,交通系统反应了以下供需原理:

 

交通供给(如道路网络或者公共交通设施)增加,会导致出行成本保持不变或降低(如,降低道路网拥挤或提高公共交通设施使用者的舒适度),交通供给与出行成本成反方向变动,如下图供给曲线的函数所示。

 

交通需求增加,会增加道路网拥挤或降低公共交通设施使用者的舒适度,进而导致出行成本增加。交通需求与出行成本成正方向变动,如下图需求曲线的函数所示。

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图3 交通供给与交通需求曲线

 

一般来说,交通系统会趋于一种交通供给与交通需求平衡的稳定状态。基于供需平衡原理,构建交通模型的主要目标是通过对交通供给与交通需求分析建模获得供需平衡解。

 

交通供给模型:对交通设施提供的服务进行建模,计算出行成本,为出行者的出行决策提供依据。

 

交通需求模型:基于给定供给条件下的出行成本,预测出行者出行行为(出行率、出行目的地、交通方式、出行时间等)选择。

 

标准的交通建模流程图如下:

 
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图4 标准的交通建模流程图

 

上述交通模型是一个对多个有多重复杂度算法求解的问题(NP难问题),找到精确的平衡解通常需要不成比例的资源消耗,实践中考虑算法时间可行性一般采用满足规定的误差范围内得到趋于平衡解的结果作为最终结果。

 

(2)可变需求模型和技术路线
 

交通建模过程中,考虑到道路和公共交通设施交通供给条件比较稳定,一般将交通供给设施因素固定,交通供给模型仅反馈需求变化导致的出行成本变化。因此交通建模侧重于交通需求建模,根据其与出行成本的关系可分为固定需求方法、自身成本弹性方法、完全可变需求方法三类,各类的特点和应用场景如下:

 
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表3 需求模型分类
 
*英国轨道交通方式占比较低,2018年英国轨道出行比例全方式出行占比约为10%

 

交通部强烈建议使用可变需求模型,政府投资超过500万以上的项目必须使用可变需求模型,并限制使用自身成本弹性方法和固定需求方法,其中固定需求模型仅在极为苛刻的条件下使用。

 

可变需求模型考虑虑以下出行行为选择,构建相互关联的多层次选择模型:

 

出行次数选择

方式选择

一天中的时间选择(宏观/或微观时间段选择)

目的地选择(出行分布)

路线选择(分配)

 

以上选择层次仅是代表常规出行选择,针对具体工作可以增加其他选择,例如停车选择等。选择的次序也不强制要求,TAG建议以下需求模型技术路线:

 
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图5 基于可变需求法的交通建模的技术路线

 

英国交通部禁用四阶段法(采用相互独立出行产生、出行分布、方式划分和交通分配四个子模型)构建交通模型。对于没有能力构建可变需求模型的单位,交通部推荐使用政府开发的基于可变需求模型内核的模型平台(DIADEM)。

 

(3)建模技术人员指南
 

更多为交通方案和政策评估提供证据的交通建模方法,可以参考建模技术人员指南,员指南介绍。主要内容和概要如下表所示:

 
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表4 建模技术人员指南主要内容和概要

 

02 对我国交通模型发展的启示和思考

 

 

1.国内现状回顾
 

近年来,国内交通管理部门逐渐意识到交通模型在支撑城市交通基础设施规划建设决策和交通政策研究的重要作用,交通模型不再被超大城市和发达城市所专有,越来越多的城市通过多种途径逐步建立了自己的模型,同时,国内交通模型工作诸多问题也显现出来,有些项目的交通建模流于形式,评估指标并非来自精细的交通模型实测而是弄虚作假、数据编造,或项目评估因各方压力,去改变模型实测的数据指标和结果。还有一些城市的交通模型斥巨资建成后,就被束之高阁,缺乏实际应用和维护。其根本原因,与国内城市发展阶段相关,在快速建设背景下,众多基础设施项目以政府投资为主导,弱化了项目的成本效益分析的工作需求,以至于交通分析者缺乏对交通模型数据校核和成本效益分析(BCR)的动力。

 

随着城市建设的成熟,城市管理者开始重视项目的投资效益,投资模式也逐渐由政府主导向政企合作投资模式转变,如一些高速公路回购项目和轨道建设项目,在基建项目紧缩和投资模式的转变的新环境,由交通模型通过科学分析数据得出的评估结论将会越来越得到重视。

 

2.启示和思考
 

通过梳理英国交通评估的经验,提出对国内交通行业交通模型发展的启示,以期为交通模型发展提供参考借鉴。

 

(1)加快技术升级,提升模型精度和应用广度
 

国内大部分城市的交通建模均采用四阶段法,四阶段法存在不同子模型在行为参数上缺乏稳定性和一致的明显缺陷,随着随机效用理论的引入,基于活动链的模型(ABM)在理论上有了重大的突破,然而基于个体的活动链模型存在模拟偏差、运行时间长、难以校核等劣势使其距离实际应用还有一定的距离。目前,基于集计的出行链模型在理论和实践中有了一定的进展,与ABM活动模型和传统四阶段模型的对比,综合考虑了理论基础、实际应用、政策敏感度三个维度23项指标,分析结果如表5所示。

 
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表5 三种典型模型体系性能对比

 

从上表可见,无论是集计出行链模型还是非集计ABM模型,在理论和政策敏感性方面较传统模型均有显著优势;现阶段实际应用方面,ABM模型目前较传统模型尚有一定的差距,而集计出行链模型又略优于ABM模型。现阶段ABM模型现存模拟偏差、运行时间长、难以校核等劣势在集计出行链模型中均可以得到更优的解决。综上,交通模型技术升级技术路线分为两步,首先,由相互独立参数缺乏稳定性的四阶段模型过渡到考虑出行链行为一致性的集计出行链模型,再随着大数据分析技术的发展和计算机运算性能的提升,最终升级成非集计ABM模型。

 

(2)重视交通评估,形成行业规范指导文件
 

国内目前为止还没有专门的交通模型规范、标准和导则发布。在城市发展成熟阶段,城市交通发展越来越依赖于复杂而精明的决策支撑工具,交通管理部门逐渐意识到交通模型在城市交通规划与政策评估工作中的重要性,然而,交通模型的开发和维护投入较大,没有规范和标准的“硬”要求,很难获得足够的支持,进而导致模型精度不够。另一方面,与国外项目开展流程类似,国内在项目建设前期也需要多轮次评估分析与决策,如可行性研究阶段、初步设计阶段和详细设计阶段,由于没有规范建模指导,当不同阶段的承包方不一致时,同一项目多套模型多套数据的情况时有发生,使得交通评估结论合理性、科学性受到了质疑。因此,制定一套交通模型构建的标准流程、对交通模型的精度提出“硬”要求,提升交通评估的权威性是当前亟需解决的问题。

 

(3)总结国内建模经验,搭建交通模型基础数据服务平台
 

交通模型的精度很大程度上取决于其基础输入数据的完备性和准确度,大数据蓬勃发展也带来了外部环境的深刻变化,获取较为完整的本地城市交通相关领域的数据变得可行。在大力发展数字化建设的背景下,构建有序组织、信息共享的交通模型数据库符合时代发展的需求。交通模型基础数据包含地理信息数据、社会经济发展数据以及出行特征参数,其中,通过获取互联网公开发布的信息可获得原始的基础地理信息数据、社会经济发展数据,根据建模要求进行标准化处理后即可存储至交通模型基础数据库。出行特征参数作为交通模型构建的核心输入,采用传统的居民出行调查法获取、标定和校核耗时耗力,目前,通过大数据挖掘和小样本调查相结合的居民出行特征提取方法正获得逐步认可,但对技术人员的经验和能力有较高的要求,获得精度较高的出行特征参数是现阶段城市交通模型构建的主要难点,通过整合将已有的各大城市居民出行特征参数存储至交通模型基础数据库,能有效提升交通模型师和交通规划师的工作效率。一方面为缺乏参数的中小城市建模技术人员提供参数参考,另一方面为交通规划师做参数对比、合理性校核提供数据服务。

 

(4)响应“数字建设”,研发“数字治理”的核心——云上自主模型体系
 

交通模型建设周期较长,耗时耗力。融合城市数字化、智能化的发展,利用大数据分析挖掘技术,提取常用指标为新一代交通模型体系设计打下了良好的数据基础,掌握自主的模型平台底层技术,有利于突破国内模型体系升级技术瓶颈。云上自主模型平台可有效分离模型构建和模型测试服务,可有效减少模型建设的人力投入,提高交通模型测试应用效率,赋能各相关交通规划业务板块,极大程度提升模型测试服务效率,并有助于交通模型持续更新和维护。

 

云上自主模型作为“数字治理”的核心,向下耦合交通基础数据分析平台的数据优势,向上支持智慧道路、综合监测、智能规划等多项“数字治理”服务平台。甚至在打破国内交通模型发展缓慢的僵局,进而实现中国交通模型体系发展的弯道超车。

 

结语
 

太阳集团电子游戏作为国内较早一批发展交通模型的单位,在交通模型基础理论研究、应用测试和服务交通规划、政策评估工作上具有深厚的技术积累。先后构建了深圳、成都、重庆、武汉、无锡等10余个人口规模500万以上城市的交通模型,并致力于交通模型关键技术的研发与升级。针对目前国内交通模型规范、标准和导则的空白,太阳集团电子游戏积极主动与国内同行展开多轮次沟通和交流,承担技术总结工作,以助力我国交通模型规范、标准和导则早日落地。

 

在当前信息化、智能化快速发展的时代背景下,太阳集团电子游戏以全局性战略性眼光,结合自身优势,搭建提供交通行业数据全生命周期管理功能的TransPaaS平台,打通“数字治理”交通治理核心技术,研发云上自主模型体系。未来太阳集团电子游戏将继续发挥数据技术优势,团结行业生态伙伴,为政府、运营企业、规划设计以及出行提供赋能支持,至“十四五”期末,建成面向智慧交通全链条、全生态的赋能平台。

 

 

参考文献:

 

[1]Department for Transport.Transport Analysis Guidance: WebTAG[EB/OL].2021. https://www.gov.uk/guidance/transport-analysis-guidance-webtag#contents

[2]Department for Transport.The Transport Business Case[EB/OL]. 2011. http://www.dft.gov.uk/publications/transport-business-case/

[3]HM Treasury. Business Case guidance[EB/OL].  https://www.gov.uk/government/publications/the-green-book-appraisal-and-evaluation-in-central-governent

[4]   HM Treasury. Green Book (Appraisal and Evaluation in Central Government)[EB/OL]. 2007. http://www.hm-treasury.gov.uk/data_greenbook_index.htm

[5] Department for Transport, Dynamic Integrated Assignment and Demand Modelling (DIADEM) User Manual v7.0, UK, 2020

[6]张天然.大数据背景下的交通模型发展思考[J].城市交通,2016,14(02):22-28.

[7]赛文交通网.丘建栋:城市交通模型有存在必要吗[EB/OL].2021. https://mp.weixin.qq.com/s/dLvwBgsqhHwNGdXyIeoGHA

 

 

交通信息与模型院

撰写:刘晓玲、唐 铠

审核:向燕陵

审定:丘建栋

 

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