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1、精选优质文档-倾情为你奉上交通运输效能发展研究综述摘要:运输效能是衡量运输系统运行状况及发展潜力的综合性指标,是提高现代交通运输发展业的核心。国内研究总体上处于评价性研究,深度有所欠缺;而国外学者在运输效能计量模型、算例实证等方面进行了深入分析。研究内容上国内学者主要集中于道路管理程序、智能交通系统、最优路径及综合运输体系四个方面;国外学者集中于多式联运、智能交通系统(ITS)及政府政策规划三个方面。国内外研究前沿的交叉点是综合运输即多式联运、智能交通系统(ITS),给日后深入研究交通运输效能提供了科学的研究方向和切入点。关键字:运输效能;综合交通运输;智能交通系统;综述Abstract:Tr
2、ansportation is a measure of the effectiveness of the integrated transport system health indicators and development potential, it is the core of modern transport development industry. In general, the research on the transport efficiency in China is still at the stage of evaluation research and lacki
3、ng of depth; Foreign researchers have made such as a transport efficiency evaluation econometric model and examples verification. About Research content, researchers in China focused on four aspects of road management program, intelligent transportation systems, the optimal path and integrated trans
4、port system; Foreign researchers focused on multi-modal transport, intelligent transportation systems (ITS) and three aspects of government policy planning.The worlds research focus is a comprehensive transport and intelligent transport systems (ITS), providing the scientific direction and the start
5、ing point to the future research.Key words:transport efficiency;comprehensive transportation;Intelligent Transportation Systems;review1.引言“加快交通运发展方式转变,全面推进现代交通运输业的发展。”这是交通运输部部长李盛霖在2010年2月26号部党组理论学习中心组专题学习班上发表的重要讲话主题1。现代交通运输业表现出两大发展趋势,一是随着世界科技革命的发展,交通运输广泛采用新技术,实现基础设施和交通设备的现代化、智能化;二是随着运输方式的多样化,运输过程的统一
6、化,各种运输方式朝着分工协作、协调配合,建立综合运输体系的方向发展。随着社会的高速发展,效率高,成本低成为现代交通运输业的首要目标,即对于交通运输效能的要求越来越高。交通运输效能是指在一定的交通条件下所发挥的运输能力和效率,从而达到快速有效的运输目标。国外学者较早开展了运输效能相关研究,在其概念界定、评价、影响机理及政策制定等方面均有较为丰厚的成果积累。国内相关研究开展较晚,近几年在测度方法及各种运输方式等实证分析方面取得了一定的进展,对政府的合理规划提出科学的理论支撑,优化社会发展的资源配置,降低企业运输成本等方面带来益处。2.文献分析国内刊发交通运输效能研究的刊物广泛,涉及地理类、旅游类、
7、管理类、生态类、综合类等,但地理类、综合类为主流期刊。本文涉及的学术期刊中文类有经济地理、地理科学进展、交通运输系统工程与信息、交通运输工程学报、综合运输、重庆交通大学学报、交通运输工程与信息学报7种期刊,外文类有Journal of Advanced Transportation、Journal of transport geography、Journal of Transportation Systems Engineering and Information Technology3种期刊,以“交通运输效能”为关键词检索了以上10类期刊2010年-2015年期间的文献,合计145篇,其中以
8、CNKI数据库中收录的中文类文献为主,有130篇(表1)。中外文文献最终获得有效文献共40余篇。研究主要内容包括智能交通系统、运输最优路径选择、综合运输方式等。表1 文献来源分析期刊名经济地理地理科学进展交通运输系统工程与信息交通运输工程学报综合运输重庆交通大学学报交通运输工程与信息学报数量16181713197253.国内研究内容3.1.道路管理程序调控道路的通行能力与运输效率不仅与道路硬件条件有关,还与道路管理程序软件条件息息相关。人为进行变速限制,分车道车型,专用线直达等管理程序上调整改善,从而提高道路通行能力,减少时间成本,提高交通运输效率。道理管理程序调控方面具体研究较多的有:(1)
9、 道路交叉口动态变速郭唐仪等人通过实地研究与VISIIM模拟,运用前后对比分析了交叉口设置基本路段限速和前进口及全段限速两种情形下的行程时间、延误时间、排队长度的差异,表明在交叉口前进口范围内设定较基本路段低的限速,一定程度上会降低运输效率2。李瑞敏通过分析交叉口交通信号控制的多种模型与求解算法,采用线性规划与优化模型、混合整数规划模型、基于软计算技术和人工智能技术的模型等,总结了典型交通仿真平台和信号控制优化软件对交通流的有效控制,但也表明仍存在计算复杂,效率低下等问题3。何春光等人采用VIS-SIM软件对错位交叉口信号协调控制进行仿真分析,提出了协调主要车流、以错位交叉口中主要的T型交叉口
10、相位设计为基础的相位方案能够减少平均延误时间,提高车辆通过效率4。交通运输过程中城际之间往往耽误时间较少,但城市内部由于交叉路口及主干道信号灯、收费站等因素耽误较长时间,拉低了运输全程的平均效率。信号灯的动态控制设置得当确实会提高效率,但设置点或密度不当反而会降低交通运输效率。(2) 专线专道运输刘伟达等人针对专用线呈树枝状布置,直达车流非整列装车的情况,以车辆总停留时间最短为优化目标,设计特定方案采用隐枚举算法直接在方案树上搜索最优方案,验证了提高运输效率的实用性和有效性5。张小强等人应用电子商务的理论和技术,设计了适合电子商务环境下运作的铁路货运流程,通过对传统整车货运流程的分析,运用流程
11、再造理论,对货运的三个关键环节进行优化,有效提高了铁路运输的效率与服务质量6。王晨云等人提出在新型快速运输系统迅速发展的背景下,从运能、速度、制式和技术性能等方面出发,通过比较国内外常见的城市快速运输系统,总结了国内中小型城市新型交通运输方式的未来发展方向7。过秀成等人研究六车道以上高速公路可实行混合行驶和分车型分车道行驶等不同的运行方式,对比它们的交通流特性,表明分车型分车道行驶实际上是对车道进行差异化管理,提高了运输车辆的通行能力8。建立专线专道理论模式及算法模型能够显著提升运输效能,但具体实际可操作性难度较大,应根据实际道路情况及运输需求和方式采取合理的专线专道运输控制。3.2智能交通系
12、统智能交通系统是依据道路交通信息采集、处理、决策、发布过程,运用各种先进技术建立的面向道路交通管理部门的智能型的交通控制、交通管理、交通决策系统。能够使交通基础设施得到最有效的利用,最大限度的发挥交通运输效率。(1)智能交通系统构建龙琼等人提出一种基于分层递阶框架的智能交通管理系统设计策略,将复杂的智能交通管理系统的构建分为五个层次,每个层次解决相应的子问题。对于优化整合交通资源、实现交通实时管理,动态提高交通运输效率有重要的实践意义9。封喜波提出智能交通系统不仅仅是一个物理系统,更是一个有人参与的与社会和经济密切相关的系统,因此提出构建与我国国情相符的特色智能交通系统,由八个服务领域构成,包
13、括交通规划与管理、运营管理等10。丁革媛等人通过对美国、日本等发达国家的长期实践研究中发现,仅依靠修建道路、扩大道路网络规模等传统方面来提高交通运输效能,很难适应我国社会经济快速发展的需求。因此提出由智能交通管理系统、信息系统、车辆运营系统、公路管理系统等六个部分组成的较为成熟的智能交通系统11。智能系统的组成部分没有确切的定义,大多数学者是根据国内外相关文献的研究结合自己的观点,总结概括出智能交通的构建内容。智能交通系统的组成部分关系其研究方向,对如何提升交通运输效能有着至关重要的指导作用,因此对智能交通系统构建定义的确定是关键议题。(2)大数据支撑的智能交通系统李敏等人认为尽管智能交通在现
14、代交通矛盾中解决了众多问题,但也存在弊端如信息处理低效、交通流预测不准确等。所以提出在智能交通系统中加入云计算,并且在基于GPS短时交通流预测、交通信号控制等领域得到应用,有效提高了实际运输过程的效率12。张国伍在智能交通系统的基础上将物联网与之融合,提出利用智能交通和物联网的各种技术,有效集成的运用于综合运输体系中,使参与运输的人、车、路等要素形成一个协调的网络的架构和理念,并结合实际提出智能交通物联网建设方案13。在大数据的背景下提出智慧物流,包含智能运输、自动仓储、动态配送及智能信息的获取、加工、处理等多项基本活动,形成完备的智慧物流综合管控体系,给传统交通运输过程带来革命性的变化,最大
15、限度的提高效能14。陆化普等人从交通的基本概念、交通大数据带来的问题和大数据驱动的数学建模方法等方面,阐述了交通大数据给智能交通系统带来的变革,讨论了大数据驱动的智能交通系统的体系框架15。大数据技术使得人们认识世界的思想和方法发生了变化。21世纪是数据信息大发展的时代,数据是智能交通系统的基础,交通数据采集手段和处理方法的深度革新将引领智能交通系统的变革。大数据的发展的是现代社会发展的大趋势,因此将大数据融入到智能交通系统是发展的必然趋势。3.3运输最优路径的研究在既有的交通道路条件下,达到提升交通运输效能的目的,那么在复杂的运输网络中如何选择最优运输路径成为关键。国内许多学者已有一定的研究
16、成果,主要是构建运输最优模型及相关算法的研究。(1) 模型构建及分类潘义勇等人剖析交通网络模型主要由两个方面组成:网络拓扑结构G和路段的行程时间X,并且将交通网络模型分为三类:静态确定网络、动态确定网络及静态随机网络,在此基础上融入算法进行建模16。陈文强等人构建了运输网络中货物时间价值相关的最小运输费用模型,运输过程费用由运输客观费用和运输时间价值损失组成,建立了两者之间的模型函数,并通过实例证明此模型选出的最优路径运输效率较高17。彭勇等人考虑真实路网车辆行驶速度随时间、路段不同而变化的特点,研究了一类单车多任务运输路径优化问题。建立了优化目标为运输时间最短的基于实时路网的单车多任务配送模
17、型,并用相关算法进行了实时验证18。最优路径模型的建立,理论上的确可以减少运输时间成本,提高运输效能。但往往在实际道路网的实践过程中会受到各种因素的干扰,影响模型的理想状态。所以相关模型建立的前提应该将现实中运输过程中的相关干扰因素尽可能的纳入考虑的范畴。(2) 算法的研究段宗涛等人搜索符合出行需要的K最短路径算法进行了研究,解决了已有算法仅能搜索出单条满足最短及K最短路径的问题。根据Warddrop第二原则及路段阻抗函数理论,分析了路径集合搜索方法对优化交通运输的必要性,并定义了城市交通网络中K最短路径集合的概念及选择条件,从而提出一种面向城市交通网络的具有多项式时间复杂度的K最短路径集合搜
18、索算法19。周竹萍等人针对交通运输中最优路径搜索问题,提出了基于蚁群算法的新的求解方法。首先从剖析最优路径问题的求解要求出发, 探讨蚁群求解算法的优势,由于其并行性、正反馈、协作性等特点,能在较短的时间内发现最优解。然后根据交通网路的特征,在基本蚁群算法的基础上,引入信息限定规则,采用平滑机制进行拒不更新,改进了全局更新模型等,是该算法能满足交通系统最优路径的求解要求,降低了路径选择的复杂性,最后达到提高效率的目的20。殷超提出基于Dijkstra算法的最短路径搜索改进方法,通过设置高效的优先目标搜索区域,减少大量无意义运算,达到高效搜索效率的目的。以山东省淄博市道路图为实例建立系统仿真模型,
19、分别以两点距离系数和拥堵系数作为权值进行系统仿真,得出了基于不同权值的最短路径求解结果,并对算法改进前后测试数据进行对比分析。结果表明,基于改进Dijkstra算法实际运行时间均值仅占Dijkstra算法运行时间均值的23%以下21。对于最短路径算法的研究,能够精确算出实际复杂的道路网具体运输时间,进而科学选择合理的道路进行运输,减少不必要的延误,提高交通运输效率。但即使算法及模型构建的非常理想,投入到实际交通运输过程中仍然会产生偏差,所以精确的算法更应贴合具体运输道路而设计。3.4综合交通运输方式综合运输是指包括公路、铁路、民航等运输方式的综合运输体系,随着经济的快速发展,中国的交通运输业也
20、处于快速发展阶段,特别是近二十年来,无论是道路、机场、码头等硬件设施的修建,还是各种交通运输方式的改善,都取得了瞩目的成就。但中国交通运输发展起点较低,不能满足国民经济快速发展的需要,所以解决交通运输的协调发展问题迫在眉睫。(1) 多种运输方式衔接李国全等人认为建立多种运输方式一体化运输系统要考虑一些基础要素,如货物特点、运输网的通道条件等。货物特点决定了相关潜在需求和不同交通方式组合形成多式一体化运输的可能性,而运输网的道路条件要求各种运输方式改进相应的运输设备及服务。讨论了形成公铁货物一体化运输系统的可能性及相关问题22。贾鹏等人以空港为对象,同时考虑空港与陆路集输运输系统的衔接,考虑到空
21、港节点与道路节点不同,是空域与陆域交通的界面,衔接两种不同性质的交通运输网络,利用GIS建立空港的陆域运输设施网络,根据航次信息构建空港的航空时空服务网络,最后计算两者之间的可达性23。刘武君等人以上海机场与高速磁悬浮、高速铁路的建设为契机,提出空铁联运的设想。认为实现空铁联运需要从设施设备、运营技术、运营管理、运营机制等一系列环节的共同创建,实现空铁联运将大幅度减少交通运输过程中的各种延误24。张滨等人在“一带一路”背景下,提出将陆上丝绸之路与海上丝绸之路有效衔接的交通运输方式-海陆联运的建设和发展。分析了我国海陆联运在建设和发展过程中仍存在诸多问题,如港口基础设施与技术装备落后、海陆运输衔
22、接困难、交通运输能力不足等。提出要向现代化港口转型,完善海陆交通网,加快先进信息技术在海陆联运中的作用等对策25。樊桦等人认为我国空铁联运发展仍处于起步阶段,与国外成熟的空铁联运模式相比存在明显差距。随着高铁的快速发展和我国综合交通格局的发展变化,应从国家层面重视铁路与民航合理分工与合作问题,加强高铁与枢纽机场的无缝衔接,提高空铁联运的运输效率,降低运输成本26。综合运输体统建立的核心问题即在于多种交通运输方式之间的无缝衔接,公路、铁路、民航等运输方式各自适合的运输距离、货物特征等都不同,将几种运输方式的优势集中进行分工合作,能够有效降低运输成本,从而提高运输效能。但运输方式无缝衔接的实现,需
23、要多方面的协调,例如国家相关道路规划政策,公路、铁路、民航等技术及服务方面的高标准等。(2) 综合运输体系评价曹小曙等人以中国31个省为研究单元,采用DEA模型对1988-2011年中国省域综合运输效率时空演化特征进行了分析,结果发现:中国省域综合运输效率总体水平较低,呈现东部高中西部低的空间格局。从分解效率来看,中国省域综合运输技术水平较低,规模效率普遍较高,技术效率成为提高综合运输效率的主要途径27。王伟提出综合运输体系的本质是统筹各种运输方式的分工协作,具有“合理分工、综合利用、一体服务”等三大特征和优势。提出了我国综合运输体系发展的战略任务,即调整优化综合运输结构、推进交通资源综合利用
24、、提升一体化运输服务水平28。左大杰等人从综合运输体系的定义、优化思路、研究方法三方面对现有研究进行阐述,评论了国内外研究存在的问题,并提出基于资源节约和环境友好的综合运输结构优化,根据数学模型,采用路网布局法、运输负荷法、国际比较法,确定综合运输系统各运输方式分担量及合理的线网规模等方面的发展要求29。关于综合运输体系研究,国内大多数学者主要是分析各种交通运输方式适合的运输量及距离,集合每种运输方式的优势进而组合,达到提高交通运输效能的目的,目前更多的是停留在理论部分,真正付诸实践的较少,实际应用较弱。4. 国外研究内容4.1多式联运关于多式联运的概念,不同时期的学者有着不尽相同的观点,但大
25、多数有着共同的认识,即多式联运必须由两种及以上的运输方式联合构成。具体观点如下(表2):表2 多式联运的不同观点研究者及时间主要观点Min(1991)用不同的运输方式把产品从始发地运送到终点,这样的运输方式包括:海运、空运、铁路和公路等。Spasovic and Morlok(1993)通过公路运输把集装箱或拖车运到铁路上,通过铁路完成长途货运,然后再用公路运输把货物运送到收货人手中。Evers(1994)在同一个运输过程中的铁路和公路联合对集装箱或拖车完成的运输活动。D Este(1995)一个包括技术、法律、商务和管理的框架,此框架用于实现基于一种以上运输方式的门到门运输。Slack(19
26、96)把单位化负载(集装箱、拖车)从一种运输方式转移到另一种运输方式。Nierat(1997)联合铁路和公路运输服务来完成门到门的运输服务。Nozick and Morlok(1997)先用铁路完成对装卸了集装箱的卡车的运输,然后再用卡车把货物运送到各个终点。TRB(1998)用铁路和公路实现集装箱的陆地运输,用航运和驳船实现集装箱的海上运输。另大宗商品的空陆运输也被认为是多式联运。Ludvigsen(1999)把运输的货物装载在同一个运输单元中,用若干种运输方式完成运输,在转运的过程中不需要处理货物。Van Schijndel and Dinwoodie(2000)在同一算费率下,实现货物从
27、托运人到收货人的运输。Jones et al.(2000)在同一个行程中,用两种以上的运输方式来实现无缝的客货运输。Southworth and Peterson(2000)用两种以上的运输方式实现客货从出发地道目的地的运输,在所用到的方式中,任意两个方式互相衔接。Tsamboulas and Kapros(2000)用同一个运输车辆或单元,多种运输方式完成货物运输,在中转的过程中不需要处理货物。Newman and Yano(2000)轮船、卡车和铁路的联合货运。Taylor and Jackson(2000)统筹卡车、铁路、远洋等运输方式完成集装箱或拖车的货运。资料来源:Y.M. Bont
28、ekoning, C. Macharis, J.J.Trip. Is a new applied transportation research field emerging-A review of intermodal rail - truck freight transport literature, 2004多种多式联运定义的本质即交通运输过程中,采用两种及以上交通运输方式。在此本质下,国外较多学者展开了对多式联运模型的研究。Monios等人通过研究弗吉尼亚州中心区域多式联运走廊发展过程,提出多式联运要降低运输成本,提高竞争力,为周边地区如西弗吉尼亚州通过升级现有分支线到双栈能力,建设新
29、的联运码头30。William H. K. Lam等人研究在密集和拥挤的市区,多式联运往往具有不同和随机的实践。提出了一种基于可靠性的用户均衡交通分配模型下,需求不确定的多式联运网络。并通过一个算例实证了该模型多式联运提高了运输效率31-32。Wenzhuan ZHANG等人的研究主要集中在同质用户在交通网络的效率损失,建立不等式(VI)模型来描述这种混合交通,最后通过算例来验证其结果33。国外学者对于多式联运研究,首先从其定义本质出发,然后通过算法模型的建立,最终通过算例来验证,具有严谨的逻辑性。4.2智能交通系统Umar Farooq等人认为目前智能交通系统(ITS)在交通运输行业中做了重
30、大的贡献,通过定量建立模型(IO)分析智能交通系统对密歇根州的交通运输业的发展,以及对其社会经济产生的巨大收益34。Tao Feng 等人提出多目标优化模型,拟权益最大化和成本最小化网络建设之间的权衡,提出在编辑器中讨论包括在相关技术,如车辆自动识别(AVI)和可变限速(VSL)控制这个特殊的问题,出现了管理智能交通系统(ITS)35-36。麻省理工大学开展的CarTel项目就是一个旨在基于机会通信建立延迟容忍的移动感知系统,可以收集、处理、发送、分析以及可视化由底层移动用户采集感知的数据,该系统基建的网络可以称为Cabernet37-39。在美、日、欧等ITS建设比较先进的国家,ITS的发展
31、正处于产业化的发展和大规模应用阶段,政府制定了不同层次发展战略规划并投入大量资金,我国对于智能交通系统的研究尚处于起步开始阶段,仍需要大量借鉴国外已有研究成果,结合本国交通运输的实况进行深入研究。4.3政府规划及政策Saleem等人认为良好的空间可达性和公平性的城市交通运输成功的城市规划最高目标之一,苏格兰政府的支持下,爱丁堡市议会(CEC)已经开始建设一个电网络通过提供使用电车和公共汽车综合运输解决方案,以满足苏格兰首府的未来需求40。Maria Lindholm等人认为要实现城市的可持续发展,在当地政府发挥积极作用的前提下,需要新的交通运输的管理模式。目的是帮助奠定基础,制定战略,以克服可
32、持续交通运输面临的挑战41。Carey Curtis强调规划政策的目标是需要提供方便的交通运输,提高多式联运模式的实践42。国外学者将交通运输效能的研究与社会交通公平等联系,政府有高度的重视且投入大量资金,制定相关政策规划进行引导,企业与政府协调合作,有利于在实践中切实提高交通运输效能的发展。5. 述评与展望总体而言,目前对于交通运输效能的研究集中在经济学与管理学领域,从交通运输地理学视角对运输效能的研究较少。国外学者在运输效能的计量模型、指标体系等方面研究均较为成熟,但模型主要针对单一交通运输方式;而国内学者相对集中于主观性较强的综合指标评价,精准的计量数学分析模型有待进一步加强。正因如此,
33、国外学者从所有制、运输规模、经营管理方式等多方面对运输效能的应先因素和机理进行深入分析,而国内学者由于研究方法在计量分析方面的不足,深度略有欠缺。从国内外研究内容上看,其中综合运输体系即多式联运、智能交通系统是国内外研究前沿的交叉点。多式联运即在已有的道路网条件下,不改变硬件设施如何提高运输效能是研究的关键所在。在大数据发展势头迅猛的背景下,智能交通系统(ITS)在数据收集、处理、分析等方面快速、高效,能够给交通运输提供实时信息,在运输过程中给予最优方案,以提高运输效能。因此,对交通运输效能的深入研究可将这两个方面作为切入点。参考文献:1赵光辉,田仪顺. 现代交通运输业发展研究综述J. 交通运
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