报告|世界银行:新一代智慧交通系统研究报告

原文/ Yang Chen, Arturo Ardila-Gomez, Gladys Frame 翻译/ 郑英嘉、顾晨慧、宁思曼、易媛媛

2017-08-30 11:01

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本报告由一览众山小-可持续城市与交通团队翻译、校核。
摘要
在智慧城市发展的大环境下,很多城市都在投入发展智慧交通系统(ITS)。这些投入的部分原因,是为了提高能源利用效率,并降低污染物排放。
因此,对城市管理者而言,一个重要的问题是,为了让智慧交通系统节约能源,要创造哪些先决条件。
我们在查阅现有文献、进行案例研究和采访后发现,在智慧城市的大环境下,传统的智慧交通系统(ITS)已转变为“智慧出行”系统,后者的三个特点是:以人为本、数据导向、从下至上的创新。
为实现智慧出行方案以达到节能目的,我们会讨论四个主要步骤。每一步都需要制度、技术和硬件层面的条件。短期内,出行者可能会减少出行,改变出行模式,或减少每公里的能源消耗。智慧出行方案也可以通过创造技术条件,让原本难落实的节能政策成为现实。长期看,智慧出行还可能通过改变人的生活方式来节能。
对目前交通机动化程度较低、缺乏发达基础设施、缺少金融资源、机制落后、缺乏技术条件的发展中国家而言,要享受智慧出行带来的益处,我们对城市政府提出几点建议:(1)建立公共机构和私人机构共同合作的基础机制;(2)提高能够采购和监督信息服务的技术能力 ;(3)专注基础性基础设施,包括贯通的交通网络和基础的交通管理措施。
一、智慧交通系统,智慧城市和节能
很多城市为在有限的资源下,给市民提供有效的交通服务,几十年来纷纷开始发展智慧交通系统(ITS)。智慧交通系统致力于整合利用电子信息技术(ICT),让现有的交通基础设施发挥最大效用的同时,做到提高服务质量,减少拥堵,降低事故率,减轻环境污染。在信息和网络技术不断发展以及大型科技供应商的推动下,“智慧城市”的理念越来越火,很多城市开始基于此理念,来全面提高城市服务水平。
智慧城市并非昙花一现的概念炒作,可以说,所有城市如今都想变得更智慧。印度有将100个城市变为智慧城市的愿景,中国已试行了500个智慧城市试点项目。全球有很多资金投入到智慧城市中,核心都是希望利用好信息与网络技术,使得城市让生活更美好。
智慧城市中重要的智慧出行,靠的就是智慧交通系统(ITS),全世界开始广泛开展对智慧交通系统的投入。
节能和减少污染排放是智慧城市发展的关键诉求,在智慧交通系统(ITS)项目的成本效益分析中,也常常包括这两项。交通要对世界上五分之一能耗负责,其中路面交通又占大部分。智慧交通系统(ITS)既能管理好城市交通,又能缓解气候变化。
本文通过多种方式,来回答智慧交通系统如何节能,以及可以节能多少的问题。我们首先对现有文献进行整理,然后以阿姆斯特丹、巴塞罗那、伦敦、马德里、维也纳、首尔、新加坡和东京为案例做了调研,最后有一些智慧城市领域参与者的采访。我们另外还展示了纽约、旧金山、赫尔辛基以及一些发展中国家城市——例如内罗毕、里约和中国的几个城市的案例。
以人为本、数据导向、从下至上的创新,是现在智慧交通系统(ITS)向智慧交通转变的三大特点。文章第二部分将解释以上特点,并提供一个框架,以理解如何让智慧出行做到节能。
第三部分主要解释智慧交通系统(ITS)在智慧城市大环境下,如何操作和运用,以达到节能目的。这里总结了一些自文献和案例而来的实证数据,并采用共享出行服务和无人驾驶的两个例子,来分析方法论的挑战,以及如何使用以实证数据为基础的概念模型。
第四部分我们会结合概念模型的四个步骤,讨论智慧出行在制度、技术和硬件层面的落实条件。
最后,我们会在第五部分,就智慧城市环境下的智慧交通系统(ITS)在发展中国家的特殊情况,给出一些政策建议。
二、从智慧交通系统到智慧出行
智慧城市的革命,使得传统的智慧交通系统转变为由技术支持、由城市各方努力并且融合自主交通变革而成的“智慧出行”。“智慧出行”可提高城市宜居性,城市竞争力以及可持续发展的能力。
智慧出行面向所有交通参与者。车主可用它导航、娱乐、停车,甚至无人驾驶;公共交通可以把实时信息推送到手机上,人们乘车可以不用现金;人们可以随时随地租用自行车;身体不方便的行人可以获得更长的绿灯时间;物流可以用它更好地匹配路线。
智慧出行也可能是传统智慧交通系统的升级。实时信号系统可以预测拥堵,做出反应,随时变换信号,实时信息推送到手机上,公共交通、道路和停车等服务定价,可随时根据需求量变化调整,这些都是以前的智慧交通系统(ITS)做不到的。
相比传统的智慧交通系统(ITS), “智慧出行”行动有以人为本、数据导向、从下至上的创新三个特点。
1.以人为本
与传统的智慧交通系统(ITS)注重系统效率和车辆和车流量本身不同,智慧城市时代的智慧交通系统,致力于优化人的出行体验,专注于“人”。尽可能争取到用户,是智慧出行时代竞争的唯一游戏规则。
与政府、运营商以及其他参与方一样,用户也可参与出行服务的数据提供和改进。用户可获得个性化服务,比如,伦敦牡蛎交通卡的持有者中,有30%的用户进行了注册,注册者可收到伦敦交通局(TfL)所发送的个人出行定制信息,列车晚点时还可得到自动退款。
以人为本的智慧出行注重发现问题和用户评价,所有参与者都有相同的目标:使用户满意。但这也给我们带来很多挑战。比如,人的行为复杂多样并且易变。而在提供定制服务时,隐私和信息安全问题也越来越重要,如果处理不好,会带来大量客户流失。
2.数据导向
传统的智慧交通系统已收集了很多数据,而如今的智慧城市是以数据为核心的。数据是一个生产要素,使得交通变得高效、创新,提高用户体验。
除了传统的监控、传感器,以及在车辆和道路上的数据采集器外,智慧出行还可利用其他数据,比如巴士和出租车的实时定位、手机信令、公交卡、信用卡、社交网络、互联网数据等用户产生的数据。这些数据往往是实时产生的大数据,包括定位和个人行为。比如,伦敦交通系统的智慧巴士(iBus)系统,每秒钟产生9000个定位数据。这些数据和其他数据融合,会比传统智慧交通系统中的应用更广泛。
智慧城市生活正被更快更好的数据流改变。随着技术发展,数据得以被收集、重组、分析和可视化,给用户提供的数据服务正在发生革命。
如今有能力实时处理大量个人数据,系统因此可以实时反应,而非如以往那样,根据有限数据预测未来。
实时处理能力,使得基础设施的问题转换为信息问题。如果能够利用数据,高效利用基础设施,则可减少基础设施需求量。比如,系统可以在堵车时调整信号系统,提高道路交叉口通行效率,实时路线规划可更高效地避开拥堵,减轻系统高峰的压力。另外,“共享经济”也是好例子,通过数据实时共享巴士和出租车,可以减少基础设施投入。
但数据也可能杂乱不堪,我们甚至会被数据迷惑或操控。我们需要的有效信息,得从海量数据中提取;而数据缺乏和格式差异也会带来麻烦。同时,法律法规的发展常常落后,无法准确厘清数据拥有权、欺诈、隐私和安全等问题。
3.自下而上的创新驱动
不同于传统的智慧交通系统(ITS),只覆盖交通领域,或被几家专业分工的企业所占据,智慧城市覆盖城市居民生活的方方面面。
以人为本和数据导向,使得智慧交通系统需要整合很多其他方面,包括土地利用、住房、环境、能源、健康、安全、经济发展和信息技术等。在这样合作和交融的需求下,政府当下各司其职的组织形式,需要迎接很大的挑战。
另一方面,智慧出行带来了私人领域自下而上的创新。与传统的智慧交通系统依赖专业和资本密集的硬件投入甚至是基建投入不同,智慧出行可以变得很实惠——可以是某人几天写出来的手机软件。城市欢迎自下而上的创新,因为这不仅给城市带来物美价廉的公共服务,还提供了高质量的工作机会,促进经济发展。城市官方机构和智慧出行公司的信息共享也在增多,例如实时导航软件Waze的“居民互联项目”。Waze可以从政府得到关于施工、马拉松比赛、洪水或任何一个可以导致道路拥堵的信息。相应地,Waze把用户实时交通信息反馈给城市管理部门,方便城市处理应急事故,以及更好地管理交通。
这些自下而上的创新,带来新的工作机会和低成本的公共服务,也给劳动力市场带来了竞争、创业和企业领导力,以及职业技能。同时,也给城市的规范管理造成挑战。Uber和一些共享出行软件对出租车市场的冲击就是一个例子。在鼓励创新的同时,针对一些企业在政策灰色区域的作为,政府需要加强监管。
总而言之,以人为本、数据导向、从下至上的创新这三个特点,带动传统智慧交通系统(ITS)在智慧城市中的转变,让我们在更智慧地出行的同时,达到节能目标。
三、通过智慧出行达到节能:基于实证的分析框架
实施这些智慧出行项目,并非总能成功——试图达到或声称的效益并未实现,且通常没有以恰当的方法核算结果。
智能交通系统投资或智慧出行的环境效益(包括节能),往往需要使用先验模型和模拟来估算。
本研究试图向研究者和实践者,提供一个基于实证的分析框架。在这个迅速变化的数字时代,以此更有力地为政策制定者提供信息。
我们将在本章第1节介绍这一概念框架,然后在第2节讨论节能行为背后的因果关系机制,以及基于实测的量化节能潜力。
1.一个概念化的模型
我们从全球决策者和智慧出行技术提供商的案例研究和采访中总结得出,智慧出行措施,要达到节能,有四个主要步骤。如图1展示的简化模型,这个模型分为四步:
第一步:针对一个需要解决的出行问题,来设计智慧出行解决方案。制度性条件包括建立公共参与机制,以及利益各方共同参与的协作平台。通过编程马拉松等社区活动,激发社会创新,并保障信息数据公开。
第二步:智慧出行方案的运作落地。管理者的远见和各方支持十分关键。政府部门需要有基本的制度条件,来保障透明、高效的管理和监督,并协调好各方机构,同时确保信息公开和共享。技术条件包括数据收集和整合、数据分析、信息服务。如果城市选择从第三方购买智慧出行方案,城市本身要培养采购这些技术的能力。
第三步:用户使用方案并逐步改变行为习惯。这些行为习惯的改变,意味着更少的能源消耗。
制度方面,要保持“绿色导向”政策的连贯性,保证透明公开从而建立公信力,政策执行要到位和连续。
技术层面,明确需求,预测行为因素,公私部门合作提供市场和教育;还需要考虑个人隐私、信息安全和诈骗案例等。
硬件方面,需要设计良好的基础设施和交互体验,以确保用户能方便使用。
第四步:扩大规模和自我升级。智慧出行方案是不断变化演进的,城市管理部门作为协调者,应积极了解整合各方利益。
技术层面,则要培育良好的竞争生态,同时做好监测和评估以积累经验

图一 ITS投资的理论框架
2. 节能
在交通领域,理解能源消耗和温室气体排放,有几个常用的模型。
“ASIF框架”将交通能源的使用,分解为活动、模式分担和能源强度(Schipper等,2000)。其他研究将交通节能减排方法分为行为(针对减少车辆数量)、设计(针对减少出行距离)和技术(针对减少每公里车辆的排放/能耗)。最近的“ASIF2”模型及其变体,把交通节能减排方法分为避免、转移,改进和融资。所有模型实际都非常相似和简单。
本文的关注重点是以人为本的智慧出行,故而不重点考虑单纯车辆或通信技术(例如电动汽车或燃料电池车),主要着重讨论通过用户的行为变化带来的节能效益。
从上述概念模型可见,节能是通过使用智慧出行方案导致用户行为变化(概念模型中的步骤3)。基于其结果,这些行为变化,可分为三类:(1)较少的出行(总车辆行驶距离减少)