張建博士，美國Caliper公司城市規(guī)劃研究部主任,主要從事Caliper公司交通規(guī)劃部門方面的transcad軟件分析、開發(fā)、和實施工作。近日，趁張建博士回國參加學(xué)術(shù)會議之機(jī)，Tranbbs記者對他進(jìn)行了約訪，在數(shù)字空間公司申波經(jīng)理的協(xié)助下，很榮幸，我們在北京張博士下榻的酒店進(jìn)行了專訪。

　　問：張博士，您在Caliper主要負(fù)責(zé)transcad的技術(shù)研發(fā)工作，請您先講講transcad是怎樣誕生的。

　　Caliper公司由Howard Slavin博士等三人于1983年成立。早先他們在政府和咨詢公司工作多年，從事交通預(yù)測的經(jīng)驗，使他們深知規(guī)劃預(yù)測中存在的問題和需求。當(dāng)時，交通預(yù)測模型的運(yùn)行一般都在大型計算機(jī)上進(jìn)行，成本昂貴，輸入準(zhǔn)備和輸出解讀的不方便，影響模型的推廣應(yīng)用。個人計算機(jī)（PC）的出現(xiàn)，為改進(jìn)帶來曙光。但是，在交通預(yù)測方面缺乏相應(yīng)的軟件，而為各種交通分析項目去分別開發(fā)軟件又費用太大。同時，地理信息系統(tǒng)（GIS）的應(yīng)用逐步增多，為方便處理空間數(shù)據(jù)提供了條件。看到了這些潛在的需求，他們合伙成立Caliper公司，作出宏偉計劃，要開發(fā)出一個基于PC，并與GIS緊密結(jié)合的交通預(yù)測分析的軟件平臺。

　　“小荷才露尖尖角，早有蜻蜓立上頭”。經(jīng)過幾年不懈的努力，transcad 1.0版本于1988年問世。軟件起步高，用當(dāng)年時新的C語言編寫，并提供明了便捷的用戶界面，經(jīng)菜單啟動各式各樣的交通分析功能，向交通規(guī)劃軟件界吹入一股清風(fēng)。1996年初，我到公司后不久，3.0版本發(fā)布，界面與Windows完全結(jié)合，分析模塊與GIS無縫連接，同時提供新的編程宏語言GISDK，用于交通和GIS分析。憑著這些新穎的特點，transcad在劇烈的競爭中立穩(wěn)了腳跟。

　　目前，transcad最新的版本是5.0 R2版，它與公司的其他兩個軟件產(chǎn)品 – TransModeler交通仿真軟件和Maptitude地理信息系統(tǒng)軟件共享我公司自主開發(fā)的GIS平臺。

　　問：相比國際上其他主流交通預(yù)測軟件，transcad有哪些特點？

　　首先，transcad是最早將交通分析功能和GIS聯(lián)系起來的軟件。交通預(yù)測涉及海量數(shù)據(jù)的計算，需要編輯和處理大量的地理空間數(shù)據(jù)，包括空間搜索和地理制圖。transcad的GIS數(shù)據(jù)庫是基于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫（Network），它是對象（Object）和關(guān)系（Relation）數(shù)據(jù)庫的結(jié)合，既含有拓?fù)湫畔?，又可以高效率地實施大量屬性?shù)據(jù)的存儲和查詢，發(fā)揮了對象和關(guān)系兩類數(shù)據(jù)庫的優(yōu)點，因此特別適合交通建模任務(wù)。而不含GIS或數(shù)據(jù)模型不同的其他交通預(yù)測軟件做這些工作就頗為吃力。譬如，對于交通分析小區(qū)（TAZ），transcad可以用區(qū)域?qū)又苯颖硎?，而其他不含GIS的軟件得用Shape文件來近似替代，其相鄰區(qū)域的邊界線經(jīng)常有重復(fù)定義并帶誤差。又如，對于一條彎曲的網(wǎng)絡(luò)連線，transcad直接用連線層里一條形狀點組成的線來表達(dá)，而有些軟件則用一條直線表示網(wǎng)絡(luò)連線，再在附加的Shape文件中定義彎曲，既比較麻煩，也有局限性。

　　其次，與其他相關(guān)軟件比較，transcad有更強(qiáng)大和廣泛的圖像功能，可以輸出高質(zhì)量的地圖，繪出幾十種風(fēng)格和各種選項的主題圖，無限制用色、地圖標(biāo)簽和記號的自動縮放、單向道自動顯示、內(nèi)帶的公路盾標(biāo)、多模式期望連線等等，各種圖像功能齊全；有多媒體能力，將圖像和視頻與交通設(shè)施相關(guān)聯(lián)；能作三維顯示，等等。

　　此外，transcad 的一貫宗旨，是向用戶提供全套高質(zhì)量的交通分析工具。其他一些軟件往往不提供預(yù)測模型所需的全部模塊，尤其是在出行產(chǎn)生（Trip Generation）和方式選擇（Mode Choice）方面，結(jié)果用戶不得不自己編寫。transcad不僅提供全部模塊，而且提供多種算法讓用戶酌情選用。比如在多層方式選擇模型中，有聚集型和分散型模型，有評估與校準(zhǔn)模塊。公司著力研究相關(guān)文獻(xiàn)，實施最好的方法，并努力開發(fā)自己的算法。其公路出行分配模型速度一直領(lǐng)先于其他軟件；最近研發(fā)的“基于始點的用戶平衡”分配法在收斂速度和精度方面引人注目；自行開發(fā)的公交分配PathFinder模型功能齊全，使用靈活。

　　如前所述，transcad的數(shù)據(jù)庫采用高效的，面向“關(guān)系－對象”的網(wǎng)絡(luò)型設(shè)計，以達(dá)到高密度、高整合度、和高靈活性。對數(shù)據(jù)量大的文件，譬如矩陣，transcad采用多重壓縮法進(jìn)行壓縮。舉個簡單而極端的例子，一個1000乘1000的8字節(jié)實型矩陣文件，里面全是零，如果不壓縮，就有100萬個值，占用近8MB的存儲空間。壓縮以后，用0和100萬兩個值就能表達(dá)，只用8字節(jié)的空間?？捎械能浖娴木鸵?00萬個值，放在數(shù)據(jù)海庫里浪費資源。有些軟件倒是采用壓縮矩陣，但修改任何一個值都需要寫段程序。隨著模型規(guī)模的擴(kuò)大，transcad數(shù)據(jù)存儲的高效性和用戶界面方便性會愈加明顯。值得一提的是，為提高與其他軟件的兼容度，transcad能方便地導(dǎo)入它們的網(wǎng)絡(luò)和矩陣數(shù)據(jù)，不管是二進(jìn)制還是文本形式。

　　另外，Caliper公司重視軟件產(chǎn)品的易用性。transcad用戶可以通過界面菜單互動和批處理兩種方式運(yùn)行軟件?；訒r對話框內(nèi)各種設(shè)定可以方便地存儲和提取。批處理程序可以通過記錄人機(jī)在菜單和對話框里的交互過程自動生成。其他一些軟件缺乏界面互動方式，作一個簡單的數(shù)據(jù)操作都需要寫一段宏指令，十分不便。transcad使用的宏語言GISDK覆蓋全部交通分析和GIS操作，其句法與常用編程語言如VB很近似，簡明易懂，不像有些軟件的宏語言，僅僅是記錄下用戶對DOS Command Line 菜單選擇的回應(yīng)按鍵，晦澀難讀。

　　最后，transcad的用戶手冊和交通預(yù)測模型手冊，不管對軟件使用，還是模型理論，都介紹得很詳細(xì)。為了方便國內(nèi)用戶使用, 我們投入很大的人力物力,完成了中文手冊的主要部分。據(jù)說，在國內(nèi)很多學(xué)校上交通規(guī)劃模型課時，transcad的中文手冊當(dāng)教材使用。這消息令人欣慰，因為我們的努力沒有白費。目前，軟件的中文界面做了一半，以后我們會努力完成界面的全部漢化。

　　問：如果我們要對比各個軟件的優(yōu)劣，應(yīng)該從哪些方面進(jìn)行比較？

　　可以從以下幾個方面作比較：

　　第一，功能是否完備和先進(jìn)。一個優(yōu)良的交通需求預(yù)測軟件，應(yīng)該提供典型預(yù)測模型所需的各種交通分析模塊，各類數(shù)據(jù)操作，各種輸出分析和顯示功能，以及豐富而實用的編程手段。分析模塊應(yīng)反映領(lǐng)域內(nèi)最高技術(shù)發(fā)展水平，允許更多的輸入選項設(shè)定，輸出處理應(yīng)能充分利用包括多媒體和三維等在內(nèi)的最新顯示技術(shù)。

　　第二，運(yùn)算準(zhǔn)確度。這一點直接影響到模型結(jié)果的可靠性。一般而言，對各種成熟的算法，譬如公路出行分配，各主流軟件在計算準(zhǔn)確度方面差別不大，只是某些軟件速度太慢，應(yīng)用時往往沒達(dá)到模型收斂所需要的精度就提前停了下來。但在某些方面，比如公交尋徑和分配，各軟件自有其法，故而給出不同結(jié)果，需要檢查其合理性。

　　第三，運(yùn)算速度。隨著模型的細(xì)化，分析小區(qū)、出行目的、分析時段、交通模式、以及反饋次數(shù)越來越多，運(yùn)算量不斷增加。盡管PC速度愈來愈快，仍然跟不上要求。除了具有快速的算法，好的軟件應(yīng)該提供其他加速方法，如單機(jī)多流程計算，多機(jī)分布式運(yùn)算等等。

　　第四，使用的便捷性。友好的用戶界面，合理的菜單結(jié)構(gòu)，多能且順手的網(wǎng)絡(luò)編輯工具，慎密堅實的查錯、消錯和容錯能力，快速直觀的顯示手段，清晰易用的編程語言，有了這些，用戶才能提高項目中使用的軟件效率，省時省事。

　　第五，與其他主流軟件和數(shù)據(jù)的兼容性。目前國內(nèi)外許多交通規(guī)劃部門，都同時使用幾種交通規(guī)劃和GIS軟件，以便在各種操作中各取所長。規(guī)劃中所用的數(shù)據(jù)，往往來自不同的部門，會遇到文件格式和地圖投影不同的情況。這就需要一個軟件能方便地導(dǎo)入和導(dǎo)出其他軟件的數(shù)據(jù)格式。

　　最后，軟件公司售后服務(wù)和技術(shù)培訓(xùn)的質(zhì)量也是考量之一。

　　問：您認(rèn)為交通預(yù)測軟件的發(fā)展趨勢是怎樣的？在哪些技術(shù)方面的發(fā)展是引人關(guān)注的？

　　傳統(tǒng)的四步驟模型（Four Step Model）自60年代問世，迄今已走過半個世紀(jì)，可以說是日臻完善，也可以說是潛力已差不多挖盡。“行到水窮處，坐看云起時”，技術(shù)的發(fā)展，必然后浪推前浪。上世紀(jì)末出現(xiàn)了動態(tài)交通分配模型，如今火熱于業(yè)內(nèi)論壇的，是基于活動（Activity-based）和基于出行鏈(Tour-based)模型。

　　四步驟模型的最大的問題，是把什么都粗略平均化了，缺乏時間標(biāo)簽，忽略個人屬性，簡化出行方式，因而在很多情況下，模型無法反映實際交通情況，譬如，無法對帶時限的政府交通管理政策（收費等）作準(zhǔn)確的影響分析。盡管如此，由于歷史原因、缺乏經(jīng)費、和新模型的不完善，目前美國大多數(shù)都市交通規(guī)劃機(jī)構(gòu)（MPO）仍舊使用四步驟模型。

　　目前美國是分兩步走，一是開發(fā)新的模型，二是繼續(xù)更新改進(jìn)老模型。交通部正在進(jìn)行一個TMIP項目（交通模型改進(jìn)項目），其目的是引導(dǎo)、支持和幫助MPO改進(jìn)和革新他們的分析技術(shù)。聯(lián)邦公路局和TMIP多年來一直在經(jīng)營一個稱為TRANSIMS的開拓性的建模項目，以促進(jìn)交通預(yù)測。TRANSIMS軟件最初由交通部撥款，國防部下屬實驗室開發(fā)，希望通過逐秒模擬一個大都市地區(qū)交通網(wǎng)絡(luò)中的每個人和每輛車的活動，自下而上地預(yù)測交通需求。模型雖然在達(dá)拉斯和波特蘭等城市作了實地試驗，但迄今尚未被任何MPO正式使用。新模型數(shù)據(jù)和硬件的高要求可能是原因之一，但也不排除其仿真模型本身的某些缺陷。

　　由于預(yù)算緊張，美國政府對交通研究的撥款逐年減少。在70-80年代，政府給交通研究的經(jīng)費每年達(dá)15億美元，如今縮水至2億美元。 因此，聯(lián)邦政府鼓勵各地的MPO相互交流，通過同行審查（Peer Review）來提高他們的建模水平。

　　問：那就是說軟件的趨勢歸根結(jié)底要跟隨研究機(jī)構(gòu)模型的完善？

　　通常是市場有了需求，軟件才實施和開發(fā)新功能。學(xué)術(shù)界和研究機(jī)構(gòu)的成果，是新技術(shù)的重要來源。如此，容易獲得顧客的信任和青睞。一個全新的模型，即便有生命力，也需要多年的介紹、改良、試用和完善，才能逐步為大家認(rèn)可接受。前述的建模新技術(shù)雖然已經(jīng)在美國一些試點城市使用，但迄今仍被認(rèn)為沒有足夠證據(jù)來表明它們能顯著改善模型的預(yù)測功能。

　　問：模型的完善的源動力還是在于國家的推動和研究機(jī)構(gòu)成果的出現(xiàn)。軟件公司看到有成果后，就馬上投入使用，對嗎？

　　通常是這樣。軟件公司會和研究機(jī)構(gòu)和個人合作，把一個有應(yīng)用價值的理論或方法轉(zhuǎn)化為具體的軟件功能。比如，transcad中新近版本中的OUE算法，就是我們和Robert Dail先生共同開發(fā)，在他的早期模型的基礎(chǔ)上改進(jìn)形成的。不過，我們也會開發(fā)一些自己的成果，這些成果不一定都發(fā)表，也不一定要申報專利（這大概是處于利益的考慮吧），但它們是形成一個軟件優(yōu)勢所必須的。軟件公司雖不會刻意去領(lǐng)導(dǎo)研究領(lǐng)域的新潮流，但緊跟潮流并把最新成果變成可操作的東西，是提高其產(chǎn)品競爭力的一個重要一環(huán)。

　　問：transcad的下幾個版本會有哪些變化，下一步如何發(fā)展？

　　每一個transcad新版本，除了改進(jìn)現(xiàn)有版本的一些功能以外，都會實現(xiàn)幾個全新功能。既然新版本還處在研發(fā)階段，為避免誤導(dǎo)，這里大概不便過早公布有關(guān)細(xì)節(jié)。但希望用戶能給我們反饋對以后版本的功能要求，因為資源有限，開發(fā)工作就需要有個輕重緩急。transcad在中國城市的應(yīng)用中，肯定會有一些特殊的問題需要解決。大家要求多了，下一版軟件中就有可能實現(xiàn)這個功能。另外，現(xiàn)有的用戶應(yīng)當(dāng)及時更新版本，一來不讓自己在新技術(shù)的潮流中落伍，二來也支持我們的工作，開發(fā)出更多更好的新功能。

　　問：2007年，中文版《transcad使用手冊》和《transcad交通需求模型手冊》（前十四章）發(fā)布了。把這兩本手冊翻譯成中文，方便了中國用戶的學(xué)習(xí)，從而培養(yǎng)了一批用戶群。近期來看，transcad針對中國用戶還有哪些活動或舉措？

　　第一，盡快完成交通需求模型手冊后面幾章的中文翻譯。

　　第二，軟件的漢化目前只完成菜單部分，下一步我們會做進(jìn)一步的漢化。

　　第三，結(jié)合國內(nèi)城市的建模項目，推動軟件的應(yīng)用。

　　第四，交通需求模型手冊各章節(jié)都帶有一些供自我實踐用的數(shù)據(jù)包，教用戶如何實際操作。為了方便用戶和增進(jìn)交流，通過互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供一個更好的交流平臺。我們參與TRANBBS的交流，也是處于這方面的考慮。

 

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　　個人簡介

　　張建，Caliper公司城市規(guī)劃研究部主任,主要從事公司交通規(guī)劃部門方面的軟件分析、研發(fā)和實施工作。

　　Caliper公司主要業(yè)務(wù)有三塊：軟件開發(fā)，交通咨詢和售后服務(wù)。除了軟件開發(fā)，我也做項目咨詢，如協(xié)助美國各州交通規(guī)劃模型的改造與更新。我也參與售后服務(wù)和培訓(xùn)方面的工作，包括中國用戶對transcad的技術(shù)支持工作，以后國內(nèi)條件成熟，我也會來做一些培訓(xùn)方面的工作。

　　我出國前的專業(yè)是外語，不過我一直喜歡理工科，曾自修完大學(xué)微積分和數(shù)理統(tǒng)計課程，對計算機(jī)編程更有一份濃濃的興趣。1987年負(fù)笈來美，就讀于堪薩斯大學(xué)城市規(guī)劃系。系里的大多數(shù)專業(yè)都偏重建筑和社會學(xué)，只有交通規(guī)劃接近理工科，于是成了我的選擇。我父親畢業(yè)于上海交大鐵路專業(yè)，卻陰差陽錯地當(dāng)上了發(fā)電廠的工程師。父親與交通擦肩而過，但也算是我家與交通有緣，我補(bǔ)空填缺地搞上了交通這行。

　　我在堪大的導(dǎo)師是Dimitrios Dendrinos教授，除了交通規(guī)劃，他在區(qū)域?qū)W研究方面造詣也很高，出過多本專著。我是系里召的第一名中國學(xué)生，他對我的期望比較高。在他的課里，我第一次接觸了交通規(guī)劃軟件。兒時憑窗，看慣了街口滾滾的人行車流，如今看到阡陌交通居然能通過軟件在屏幕上重現(xiàn)，太神奇了。規(guī)劃系碩士要修17門課，幾乎沒有選修，我打擦邊球到計算機(jī)系上了一門課，從此迷上了軟件開發(fā)。

　　兩年后，我完成了碩士學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)到賓夕法尼亞大學(xué)讀交通規(guī)劃，1991年拿到賓大的交通規(guī)劃碩士，1994年拿到賓州大學(xué)計算機(jī)科學(xué)的理工碩士，1995年獲得交通規(guī)劃專業(yè)的博士。博士畢業(yè)后，我直接進(jìn)入Caplier公司工作至今。