中国物流与采购联合会科学技术奖申报书适用于技术发明奖科技.docx

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中国物流与采购联合会科学技术奖申报书适用于技术发明奖科技

中国物流与采购联合会科学技术奖申报书

（适用于技术发明奖、科技进步奖）

一、项目基本情况

项目编码：

奖种：

02科技进步的应用开发

项目

名称

中文

港口城市物流集散道路规划设计及控制成套技术研究和应用

英文

Researchonplanninganddesignofcity-basedlinkageoftheportandhighwaycollectionanddistributionsystem&itsapplication

主要完成人

（按贡献由大到小排列）

韩皓，白子建，任乐，柯水平，沙梅，朝鲁，李明剑，王鹏飞，余静，王正，秦天保，高悦尔

主要完成单位

（按贡献由大到小排列）

上海海事大学；天津市市政工程设计研究院

申报单位

（盖章）

上海海事大学

项目可否公布

公开

主题词

港口城市；耦合方法；物流集散道路；临港物流；规划设计；仿真技术；

成套技术

项目完成单位类型

B.学校；A1.转制研究院所

所属国民经济行业

（F）交通运输,仓储及邮政业;（E）建筑业;（G）信息传输,计算机服务和软件业

任务来源

C；D；E；G；H

计划（基金）

名称和编号

特大城市土地利用变量对交通能耗影响分析及土地利用优化研究（国家自然科学基金：

50808048）、物流通道空间设计方法研究（上海市教委:

0087）、港口道路规划设计研究（上海市教委060290）、综合交通及现代物流规划研究（潍坊规划局：

0099）、基于规划支持系统的城市交通与土地利用关系研究（复旦大学合作项目：

0028）、基于道路交通条件改善的大型货车交通安全研究（上海市教委项目11YZ134）、港区及集疏运系统规划与设计（上海海事大学研究生重点课程建设项目）、港区及集疏运道路系统规划设计成套技术研究和应用（天津市市政工程设计研究院合作项目）、上海国际航运中心持续竞争力的集群管理研究（上海市人民政府发展研究中心0184）。

项目起止时间

2007年11月1日至2011年5月11日

是否参加评审答辩

是

项目所属领域

交通运输；土木与建筑；管理科学应用等学科交叉领域

项目经济效益规模

7398万

注：

项目编码由奖励办公室填写

二、项目简介

项目所属科学技术领域、主要技术经济指标、促进行业科技进步作用及应用推广情况：

港口城市物流集散区域的交通体系历来是城市和港口发展规划关注的重要研究课题。

港口建设与城市发展具有密不可分的关系，港口与城市在发展历程中相互影响、相互促进，港口与城市之间的矛盾突出表现在空间发展资源的争夺，港城物流集散道路规划是解决港城空间发展冲突的重要途径，两者之间的交通运输随着协调发展密切程度逐渐增长。

通过港口城市土地利用与交通一体化研究，建立适应港城空间发展结构的交通体系，统筹港口与城市交通基础设施资源，构建高效、便捷、安全、可持续的物流集散道路及客货运交通系统具有重要意义。

课题研究创新点包括：

（1）港城物流集散道路交通协调机制和方法。

研究确定城市空间规划和交通系统规划之间的动态耦合关系和协调机制，提出了港口交通系统与城市交通系统的系统动力学模型。

（2）对港口城市货运道路交通安全进行分析并提出改善技术。

项目结合交通冲突技术，拟合不同车型车速的正态分布规律，研究客货运交通流时空分布特征，分析货车“移动瓶颈”效应及混合交通流干扰特性，系统研究货运道路交叉口交通安全及改善问题。

（3）通过案例对临港物流系统进行仿真与优化的实证研究。

针对天津港物流系统当前存在的主要问题，结合WITNESS仿真分析的结论，提出改善提案并对每一个提案从资金投入、技术投入、周期和时效性方面做了评估。

（4）研究物流集散道路交通需求分析方法及规划的关键技术。

将吞吐量反推货运量以及交通量与船舶作业的关系作为研究的核心内容，清楚分析吞吐量到交通量的推算关系，以较小调查成本得出较高的预测精度，建立了基于货运交通的物流集散道路交通需求预测模型和路网承载能力模型。

（5）采用先进技术和实验手段对物流集散道路交通控制与管理方法进行研究。

提出一种基于启发式搜索和机器学习的港区单路口控制算法用以应对比较复杂的交通状况，对港区区域交通控制体系结构进行设计，提出了基于交通需求的短期交通流预测方法。

（6）针对集卡的交通特征对港区道路设计关键技术进行研究。

建立了基于安全性和舒适性的驾驶员仿真行为模型，通过改进原有的元胞自动机模型，建立了适用于港区交通的交通流仿真模型，对港区坡路与弯路的交通流进行仿真，给出港区道路转弯半径和部分港区道路的坡度长度、坡度的推荐值范围，提出港区道路交通规划设计适应性强的规范和标准，提出港区道路网合理规模和道路工程设计的理念、方法。

该课题结合研究单位的生产和科研实践，综合考虑城市与港口规划、临港物流系统优化、以及交通规划、交通设计、交通控制和交通管理等方面的现实需求，组织科研人员协力完成。

研究工作具有较大难度和深度、工作量大，完成研究报告约50万字，附有分析图表500余幅，申请专利和软件著作权等21项，出版论著、发表论文达23篇。

课题研究成果具有创新性强、操作性强和应用价值大的特点，在17项工程项目中得到推广和应用，成果受到应用单位多方好评，值得继续推广。

课题研究视角、方法和结论具有新意。

首次提出了完整的港口城市物流集散道路交通规划、设计、建设、控制和管理的成套技术，建立了全方位的理论方法体系和技术标准，部分研究工作填补了我国港口道路交通规划和设计方面标准、规范的空白和缺陷。

课题提出的新的交通控制、组织管理、道路规划设计方法，使港口建设在土地使用集约化、交通供给高效化、规划设计与管理一体化等方面有所突破，对指导港口城市规划与发展、城市货运道路交通设计与组织、港区精细化布置、港区集疏运道路交通规划、设计、建设、控制和管理有重大理论意义。

社会效益、环境效益明显，直接经济效益显著。

经专家组鉴定，该课题在研究广度和深度上有新的进展，在理论、方法和技术手段上有新的提高和突破，成果丰硕，总体达到国际先进水平，部分成果达到国际领先水平。

（不超过2000个汉字）

三、项目详细内容

1．立项背景

港城交通体系历来是城市发展规划和港口发展规划关注的重要研究课题。

历史发展经验证明，港口发展建设与城市发展具有密不可分的关系。

港口发展可带动城市其他产业共同发展，成为城市经济建设的重要增长点；城市则成为协助港口发展的金融、商贸办公、城市居住功能和工业生产等社会活动场所。

因此，港口与城市在发展历程中相互影响、相互促进，两者之间的交通运输随着协调发展密切程度逐渐增长。

港城之间的矛盾冲突表现在多方面，其中以空间发展资源的争夺尤为突出。

港口与城市的规划责任行政主体错综复杂，存在多家行政主体分管港口与城市相关事宜，致使管理部门在制定港城空间发展、交通系统规划等战略决策时信息不对称，港口与城市规划不协调甚至发生冲突，，单方面制定发展战略、基础设施资源分配和土地利用规划等空间发展规划内容，使得两个发展核在逐渐外扩成长过程中资源浪费、规划相左，影响一方稳定持续发展。

交通体系规划是解决港城空间发展冲突的重要途径，通过港口城市物流集散道路规划及控制成套技术研究和应用，科学客观地对港城物流集散系统进行评价，建立适应港城空间发展结构的交通体系，统筹港口与城市交通基础设施资源，构建高效、便捷、安全、可持续的港城空间廊带及货运交通系统具有重要意义。

港口城市货运交通系统是城市物流活动的重要支持，是城市经济、社会活动得以进行和发展的基本条件。

随着经济的发展，物流成本居高不下，区域及城市间各种联系不断增强，区域货物运输量与城市货物运输量也相应地增大。

港口城市物流集散道路是城市交通系统的重要组成部分，随着国家对高速公路、航空港、海港建设的投资大幅增长，与之相关的现代物流业迅速发展壮大，城市货运道路面临着越来越大的压力。

衡量港口服务能力的一个重要方面就是货物的通关效率和货物的安全性，而使货物能够安全的、快速的通关很大程度上取决于港口的通关环境（通关环境是个广义的概念，包括所有影响货物通关的因素）。

港内物流系统作为港口通关环境的重要组成部分，其对港口的重要性是显而易见的。

规范的、顺畅的物流系统作为港口交通通畅的必要条件，很大程度上决定了货物的通关效率。

基于以上背景，本课题从港口吞吐量反推、交通需求预测、道路微观仿真、集装箱港区道路网承载能力等多个角度对港口城市物流集散道路系统进行研究，研究成果将丰富港口物流集散道路科学规划内容，指导国内港城交通系统规划设计工作，有效改善港区、依托城市道路交通拥挤、效率和安全问题，提高港区物流系统服务水平，制定合理的港城空间体系下的交通发展模式，推动港口与城市协调发展。

（不超过800个汉字）

2.详细科学技术内容

本课题系统研究港口城市物流集散道路规划设计及控制成套技术研究，并在相关港口城市规划、建设、管理和生产控制中加以应用。

主要研究内容的技术路线如下：

第一部分基于港城联动的港口城市空间与交通协调机制和方法研究

港口与城市交通体系作为两个半封闭半开放的系统，一方面有其各自特性，另一方面存在共性。

港城交通体系成为港城之间相互发展的重要纽带，承载着港口与城市之间的主要社会生产活动，国内外针对港口交通体系展开了全面研究，涵盖港口集疏运系统规划、港口道路交通需求预测、港口道路交通宏微观仿真研究、港口道路网规划设计等，针对城市交通体系的研究内容则更为广泛、系统，但是缺少集合港口与城市交通系统的一体化研究。

另外由于国内港口城市的行政体制较复杂，存在多家行政主体分管港口与城市相关事宜，致使管理部门在制定港城空间发展、交通系统规划等战略决策时信息不对称，港口与城市规划不协调甚至发生冲突，难以对港城发展规划进行体系化管理。

本课题以“节约、高效、安全、和谐、可持续发展”为理念，以科学发展观为指导，统筹港城道路交通资源，融合港口交通系统与城市交通系统基础特性及规划要求，构建港口城市大综合交通体系，将港口与城市作为一个大系统考虑，通过系统特性分析归纳两子系统的锚固节点，建立港城交通体系耦合度模型，并运用系统动力学方法对港城交通系统进行分析。

在分析研究国内外典型港口城市管理体制模式的基础上，提出了适合我国港城发展模式的科学管理体系的建议。

本课题对丰富港口城市空间发展战略规划内容、指导国内港城交通系统规划设计工作、有效缓解港口城市现有交通问题，制定合理的港城空间体系下的交通发展模式、推动港口城市快速协调发展具有重要的实际意义。

主要创新性研究如下：

（1）港口城市空间形态演变是港口功能用地与城市中心区用地逐渐远离的过程；港口城市用地发展变化在时间和空间上表现出不同的特征；港口城市空间结构与交通模式相互联系、相互制约；

（2）在深入分析港口城市空间规划、港口城市交通系统规划的特征基础上，研究港口城市空间规划、交通系统规划之间交互影响，确定二者之间的动态耦合关系和协调机制；

（3）提出港口交通系统与城市交通系统的动力学关系，更好的整合港口与城市交通系统，解决港城发展不协调性、缓解港城矛盾。

第二部分港口城市货运道路交通安全分析与改善研究

城市过境交通比较集中的主要道路，港区及城市物流园区附近的道路，城市中承担物流配送任务的道路等，交通事故频发，且一旦发生后果十分惨重。

这些城市干道的交通特点主要是货车在交通流组成中的比例明显比其他道路高，一般城市道路的主要机动车交通构成是小汽车和公共汽车（许多城市还包括摩托车），但是在这些承担货运功能的城市道路中，货车比例的提高给道路服务水平和交通安全带来了极大的挑战。

城市的发展，使得物流中心聚集于城市的外围，由于这些物流中心是大量货物的集散地，其对周围的交通影响不容忽视：

外围货运道路毗邻的土地开发强度不高，人口居住密度较低，在进行货运道路设计时，经常忽视车辆高速行驶对外围居民的居住环境的影响，同时外围货运道路的交通安全隐患也未得到足够的重视，使行人和自行车的交通环境日益恶劣。

本课题通过研究货运道路交叉口的交通流特性以及影响货运道路交叉口安全的各种因素，对货运道路平面交叉口的交通冲突进行分析，进而提出减少交通冲突的交叉口设计方法，为今后货运道路交叉口的设计、规划和交通管理提供技术支持。

主要创新性研究如下：

（1）项目结合交通冲突技术，根据调查数据，拟合不同车型车速的正态分布规律，研究客货运交通流时空分布特征，分析货车“移动瓶颈”效应及混合交通流干扰特性，剖析货车事故在时间分布、事故形态及事故原因方面的特点，系统研究货运道路交叉口交通安全及改善问题；

（2）总结货运道路布置原则；

（3）提出城市货运道路设计和管理办法。

第三部分港口物流系统仿真与优化实证研究

衡量港口服务能力的一个重要方面就是货物的通关效率和货物的安全性，而使货物能够安全的、快速的通关很大程度上取决于港口的通关环境（项目研究中的通关环境是个广义的概念，包括所有影响货物通关的因素）。

港内物流系统作为港口通关环境的重要组成部分，其对港口的重要性是显而易见的。

规范的、顺畅的物流系统作为港口交通通畅的必要条件，很大程度上决定了货物的通关效率。

本课题对天津港进行实证研究，基于对港区内部物流系统优化出发，为提高天津港的服务能力和服务水平，改善港区形象，缓解天津港道路交通拥堵问题，主要港区功能布局的调整和规划设计方案供给能力的扩容、港区内交通组织和交通管理方案的优化和港区内物流系统的优化等三个方面深入研究探寻更好的交通改善方案。

主要创新性研究如下：

（1）采用WITNESS建立集装箱物流系统仿真模型，以船舶进、离港为边界，模拟港内各主要操作环节；

（2）分析天津港物流系统现状，针对天津港物流系统当前存在的主要问题，结合WITNESS仿真分析的结论，按照码头公司作业效率的提高、闸口通过能力的改善、堆场功能的协调、空箱调运问题的优化、通关模式的改善直到新型物流系统的应用的顺序提出了改善提案，

（3）对每一个改善提案从资金投入、技术投入、周期和时效性方面做了评估。

第四部分港口城市物流集散道路交通需求分析及规划关键技术研究和应用

港区内的交通流主要以货运为主，而货运系统影响着运输流模式，同时也能引起交通拥堵和造成港区环境的破坏。

几乎所有的港区的物流都依赖于各种交通工具，所以路网的交通状况影响港区内客、货运的运作。

港区基于货流量产生的交通流量存在显著的产业特性，包括时间分布不均匀性、路网功能导向性和道路混流特性。

目前的静态交通配流理论并不能很好的反映这一点，而需要动态交通配流方法来实现。

动态交通流模型对于模拟港区内交通流非常重要，不仅为港区内的作业机制提供重要保障，还可使港区内的交通流达到真正意义上的有效、畅通的流动，更好的实现客货的空间价值转换及整合港区内的有限资源。

根据港区交通特点，做好港区交通流预测，并在此基础上研究开发基于港区交通流特征的港区交通诱导和控制方法，是解决港区交通问题的重要途径。

为了促进港城物流集散道路系统的规划和建设，本课题以实践调研、理论研究、技术应用、系统原型开发为主要思路，从港口现状分析、码头作业优化、交通需求预测、道路微观仿真等多个角度对天津港物流集散道路系统进行研究，研究港区交通系统规划与管理核心技术，在现有和未来港口基础设施、管理模式、发展战略等基础上，达到改善交通流质量，更好的利用现有运输能力，及时为车辆上的有关人员及行人提供交通状况信息，实现交通流的安全性、快速性和舒适性，有效提高物流集散道路集疏运能力的目的。

主要创新性研究如下：

（1）为区别城市交通需求，以土地利用性质作为预测基点的“四步骤”方法，将吞吐量反推货运量以及交通量与船舶作业的关系，作为研究的核心内容，一方面将吞吐量到交通量的推算关系分析清楚，为车辆运输效率的提高，提供考量依据，另一方面以较小调查成本得出较高的预测精度，为港口道路交通规划方案提供数据支撑。

（2）研究影响港区路网承载能力的主要因素，建立港区路网承载能力模型。

（3）建立基于货运交通的港区道路交通需求预测模型。

第五部分基于仿真的物流集散道路交通控制与管理成套技术研究

在港口交通控制中，交叉口信号控制是一个不可缺少的重要组成部分。

港口交通道路系统由路段和交叉口组成。

由于不同方向的交通流会在交叉口处相交，引起交通流之间的冲突、合流、分流等交通行为。

因此，交叉口成为道路网中的道路通行能力的“隘路”和交通事故的“黑点”。

因此，对交叉口科学的管理是交通控制中的重要研究课题，是保障交叉口的交通安全和充分发挥交叉口的通行能力的重要措施。

交通信号控制技术从时间上分离了通过交叉口的车流，是减少交叉口交通冲突最有效的措施之一，对港口交通信号控制的研究成为港口交通管理控制的重要方面。

但在国内的具体应用中，还存在一些问题，如没有充分考虑港口物流集散道路的特点，基本完全按照城市交通控制的方案进行港区交通控制，实际上，港区的交通供给和需求与城市交通有很大的区别，交通控制方法和参数都应有根据港区特点进行开发和设计，完全照搬城市交通控制系统不利于港区交通管理，因此，对港区交通信号控制系统的研究刻不容缓。

港区交通信号控制系统的主要任务就是通过交叉口信号灯的有效控制，调节和引导集疏运交通流,以防止或缓和港城交通拥挤、减少能源消耗，提高运营效率。

主要创新性研究如下：

（1）由于港区交通流的不确定性、非线性和时变性，定时控制、感应控制以及传统的基于交通流建模的控制方法实际效果都很有限，提出了一种基于启发式搜索和机器学习的港区单路口控制算法，用以应对比较复杂的交通状况；

（2）对港区物流集散交通控制体系结构进行设计；

（3）预约集港模式下的港区交通控制协调优化方法。

（4）根据港区交通流特点对港区交通流预测方法进行研究，提出了基于交通需求的短期交通流预测方法。

第六部分基于集卡交通的港口物流集散道路设计关键技术研究及工程应用

港口的地理位置比较特殊，它一般是多条道路的起点或终点，同时又是大宗货物和客流的集散中心，所以与之关联的港区内外道路的交通特性有别于一般公路和城市道路，有着自己的规律和特点，目前缺乏对港区内外道路交通特性的研究。

从目前研究的情况来看，针对港区的规划设计及工程，都沿袭了城市道路规划设计的思路，在做了极少的修正后，直接应用于港区道路规划设计之上，应用效果均不甚理想。

这主要是因为港区道路设计标准与城市道路存在差异。

道路设计标准是基于车速、车型比例、车型尺寸、交通安全等方面制定的，设计内容包括车道宽度、路缘转弯半径、交叉口渠化设计等。

港区道路大型车辆比例高，车速较快，而城市道路小型车比例高、机非混行，因此，两者设计规范不同。

实际设计过程中，需要根据港区道路交通特点对各种线形比例进行优化组合，对各种线形参数进行合理选择，最终设计出一条适合港区特点的道路线形。

项目从基础研究角度，研究建立适合港区交通的交通流仿真模型，分析港区道路微观线形对车辆行驶、交通安全、道路通行能力等方面的影响，从而修正城市道路设计规范不适用于港区道路设计之处，为港区道路规划设计标准的制定作理论依据和技术支持，此方法同样可应用于城市道路设计规范的修定研究工作中。

另外，本项目的研究作为港口物流集散区道路建设的一项基础性工作，为港区道路网规划、道路工程可行性研究、道路设计及后评估等各方面提供更为科学的理论依据。

从实践应用角度，研究港口物流集散道路交通流微观特征，基于车速、交通安全、港区道路通行能力等交通条件下，细致刻画车辆运行、驾驶行为特征，从而指导了港区道路车道宽度、路缘转弯半径、平面线形、纵坡、交叉口渠化设计等道路设计工程实际内容。

研究工作填补我国港口道路交通规划和设计方面标准、规范的空白和缺陷，使得今后的港口道路交通的建设更有科学依据和技术支撑。

主要创新性研究如下：

（1）建立了基于安全性和舒适性的驾驶员仿真行为模型；

（2）通过对港区大型车辆特征进行分析，将其在港区道路线形上的行驶特性进行描述，作为建立港区道路微观仿真模型的基础。

通过改进原有的元胞自动机模型，建立了适用于港区交通的交通流仿真模型；

（3）对港区坡路与弯路的交通流进行仿真，分析港区车辆在道路转弯半径不同时的安全行驶条件，给出港区道路转弯半径和部分港区道路的坡度长度、坡度的推荐值范围，提出港区道路交通规划设计适应性强的规范和标准，提出港区道路网合理规模和道路工程设计的理念、方法。

（纸面不敷，可另增页）

2．发现、发明及创新点：

一、港口城市内部交通系统

（1）港城空间规划与道路交通影响机制分析。

通过对港城空间规划与道路交通之间的相互影响，为港口城市空间规划和交通一体化协调机制研究提供理论基础。

（2）港口城市空间结构和交通的耦合研究。

研究不同类型港口城市中，分析港口规模、城市规模、港城关系等与港口城市空间规划、交通系统规划的关系，进而建立港口城市空间规划与交通一体化动态模型，作为项目实施的理论基础。

（3）港城交通系统的动力学研究。

研究港口交通系统与城市交通系统的动力学关系，对于整合港口与城市交通系统，解决港城发展不协调性、缓解港城矛盾有着极其重要的作用。

二、港口与腹地城市间物流集散道路

（1）分析物流集散道路交通特征，研究货运道路布置应该遵循的原则。

（2）根据调研数据，重点分析不同车型的车速分布，研究货运道路交叉口的交通流特性。

（3）基于交通冲突技术，分析城市货运道路交叉口安全性并提出改善措施。

（4）通过分析货车的车辆性能，车速调查分析结果，从理论和实际说明货运道路车速与事故的关系。

三、港区物流系统和内部物流集散道路

（1）港区物流系统仿真研究。

结合WITNESS仿真分析的结论，提出改善提案。

（2）建立基于货运交通的天津港物流集散道路交通需求预测模型。

根据港口道路交通的典型交通特征，建立基于货运交通的广义费用成本模型，以客观地定量描述港道路集疏运体系的交通分布及分配特征。

（3）港口集疏运交通信号控制办法研究。

根据港区交通特点，做好港区交通流预测，并在此基础上研究开发基于港区交通流特征的港区交通诱导和控制方法。

（4）港区集疏运交通流仿真研究。

结合港口生产系统组织特点，依据交通流理论和路网优化原理，建立适合港区交通的交通流仿真模型，道路交通规划和设计进行系统研究。

（5）建立基于安全性和舒适性的驾驶员仿真行为模型，用来描述港区道路微观仿真模型的“人”。

在对港区车辆动特性进行详细分析前提下，建立基于元胞自动机模型的车辆行驶模型；从驾驶员行为角度出发，在细致分析港区人、车、路前提下，采用元胞自动机模型，对港区道路线形进行仿真，将港区道路线形设计与仿真进行结合。

（不超过500个汉字）

4．保密要点：

（不超过100个汉字）

5．与当前国内外同类研究、同类技术的综合比较

查新结论评价：

课题基于交通冲突技术提出的港口城市货运道路交通安全分析的方法及改善技术，不同于其他资料对港口堆场交通冲突的研究，也不同于其他文献对交通冲突行为的研究。

课题通过实证研究，提出的临港物流调度系统仿真与优化方法，在文献中也未见有具体描述。

课题建立了约定条件下成套的港区物流集散道路交通需求分析方法及规划关键技术，不同于已有资料中通过货物流量进行的交通需求预测。

课题基于启发式搜索和机器学习，提出了港区集疏运道路单点控制方法，未见有文献报道。

课题根据港区生产组织特征、集卡交通特性以及元细胞自动机模型，提出了港区物流集散道路线形优化设计理论和关键技术，在文献中未有述及。

该课题首次提出了完整的港区物流集散道路交通规划、设计、建设、控制和管理的成套技术，建立了全方位的理论方法体系和技术标准，部分研究工作填补了我国港口道路交通规划和设计方面标准、规范的空白和缺陷，对建设现代化港口城市和可持续发展的交通体系具有重要的理论意义和指导价值。

根据已经掌握的资料分析和查新报告，该课题在研究内容的广度和研究方法及技术的先进性上与国内外文献报道相当，在理论、方法和技术手段上有新的提高