借助新技术,基础设施,提供商和运输方式,新的移动生态系统正在迅速扩展。如何将它们整合在一起并保持一切正常?答案是移动操作系统。
简介:城市联运
在大约200,000年中,人类主要是农村物种。在狩猎,采集,最终放牧和农业的需求驱动下,人口密度仍然很低。可以肯定,大城市是重要的交流中心-乌尔,底比斯,巴比伦,雅典,罗马,长安,特诺奇蒂特兰和其他城市-但它们与大多数人的日常生活相去甚远。[1]
两个半世纪前,随着工业革命的进行,这个故事开始发生变化(见图1)。各种各样的经济,政治和技术力量融合在一起,吸引了越来越多的人进入城市。正如Sidewalk Labs的首席执行官Dan Doctoroff指出的那样,蒸汽引擎,电网和汽车“将人员和货物带到了远距离的城市,并使他们实现了前所未有的规模工业化。”[2]人类从农村到更大的大都市的伟大迁移一直是人类故事中的主线。2010年,城市居民人数首次超过农村地区。我们不断上升的城市化进程几乎没有减弱的迹象。[3]
这些巨大的变化伴随着巨大的机遇和挑战。城市一直是创造力,创新以及经济增长和创新的引擎。它们是商业中心,它们孕育了我们在艺术和科学方面的许多伟大成就。但是他们面临着与日俱增的人口供给,住房,保护,雇用和运输有关的一系列日益复杂的问题。受传统基础设施和预算有限的困扰,许多城市地区都在努力跟上人口增长和货运量增长的步伐,常常导致交通拥堵加剧,生活质量下降,经济潜力丧失以及健康状况恶化。如今,许多城市的轮廓与首次建立公交系统时的轮廓大相径庭,通常是几十年前。年轻的家庭遍布曾经居住过工厂的许多社区。现在种植玉米的农田现在又细分了。然而,在许多情况下,服务于这些地区的运输网络基本上保持不变,并在无法预料的交通和载客量方面陷入困境。[4]
最近,出现了一系列令人眼花缭乱的与移动性相关的创新,这些创新可以帮助应对许多挑战。许多城市居民纷纷涌向这些扩展的交通方式-拼车,乘车,单车,电动踏板车等,在许多情况下,它们代替了现有的过时,不便和难以到达的交通系统。随着共享自动交通,互联基础设施和智慧城市技术的出现,更快,更便宜,更清洁,更安全的城市多式联运生态系统的前景似乎比以往更加紧密。[5]但是,要实现这一愿景,可能需要不止一系列一次性的解决方案。确实,新的出行服务可能会通过增加复杂性和额外的交易成本而加剧现有运输系统的摩擦和效率低下,同时以缓慢调整的价格(如公共巴士)吸引现有模式的需求。
但是,通过在当今的交通系统上覆盖全市范围的数字平台以促进透明度,互操作性,协调性和控制性,可能存在一种在短期内实现帕累托改进,更有效的结果的方法:移动操作系统。[6]没有它,规划者将可能很难看到新的出行方式以及整个生态系统参与者的投资所带来的收益长达十年或更长时间。
本文探讨了集成出行平台的一些关键功能和技术组件,以及城市领导者现在如何部署它们,以帮助缓解一些迫在眉睫的出行挑战并加速全系统的发展。它还研究了实施该系统的一些可能的必要先决条件,从数据和技术到财务,公民参与,私人投资以及政治领导和勇气这些棘手的问题。
城市交通挑战
尽管全球情况千差万别,但世界上许多最大的城市都在竭力满足其公民的出行需求。在人口增长,城市化,交通系统经常错位,公共基础设施投资不足,交通拥堵和其他与交通有关的挑战的推动下,对城市生活产生了有害影响。
自1950年以来,城市人口稳定增长(见图2)。[7]今天,大约有40亿人居住在城市地区,联合国预计到2050年将达到60亿以上,这是地球上每三分之二的人口。[8]尽管大多数城市仍然相对较小,但其中有500多个居住着至少100万人。到2030年,将有41个“大城市”,人口超过1000万;仅中国和印度就有11个这样的城市。[9]毫不奇怪,分析师预计,城市内部出行需求将相应增加,到2050年,全球所有类型的城市旅客里程将几乎翻一番(见图3)。[10]在大多数城市,公共基础设施和公交系统根本无法跟上增长的步伐。据估计,全球基础设施支出缺口达1万亿美元。[11]在没有重大政策和技术变革的情况下,到2050年,可能需要增加大约1500万英里的铺装道路和30,000平方英里的停车位,以满足全球需求。[12]
许多城市已经在承受与超载和低效的道路和公交系统相关的不利影响。在最拥挤的城市,驾驶员每年要花费100到200多个小时,整个工作周要花费2到5个小时,交通拥堵。[13]到2040年,不断恶化的基础设施对美国GDP的累积影响每年可能超过5000亿美元。[14]
交通拥挤可能是城市交通相关挑战最明显的征兆,但绝不是唯一的征兆。根据来自大约3,000个城市的数据,居住在城市地区的人口中有近80%暴露于空气污染中-其中大部分可归因于车辆排放[15]-超过了世界卫生组织的建议,这增加了罹患各种呼吸道疾病,心脏疾病的风险疾病,中风和肺癌。[16]仅在经合组织国家,2010年就因环境空气污染而丧命超过700万年,其中约50%来自公路过境。[17]在美国主要城市地区,每年的交通拥堵造成的医疗费用超过300亿美元。[18]岁通勤本身与较差的健康状况有关。[19]研究表明,交通运输是摆脱城市贫困的最重要因素之一。[20]
驾乘未来
在大多数城市中,纽约“主要建造者”罗伯特·摩西(Robert Moses)的愿景的轮回并不能解决这个问题。简单地修建更多的道路既有可能加剧问题,也有可能缓解问题。[21]在预算有限且空间有限的情况下,城市必须找出如何提高吞吐量的方法(通过现有运输系统或通过增加额外的容量(不增加交通量)移动更多的人和货物)在整个运输系统中。这很可能需要对整个网络进行重大的现代化改造,并作为“系统系统”全面地管理移动性。供需之间的不平衡会带来巨大的成本。通过新形式的出行方式,更灵活,更具适应性的价格以及整个系统的数字化的组合,存在一个非凡的机会来达到一个新的,更有效的平衡点,该平衡点可以使旅行比现在更快,更便宜,更方便。
由于许多私营部门行为者试图利用现有运输网络的低效率和差距,新的与流动性相关的服务和解决方案激增。响应市场需求,这些新产品涵盖了城市关注的范围:交通效率,公共安全,商业,可持续性,可及性,公平性以及健康和福利。卡内基·梅隆大学(Carnegie Mellon University)亨氏信息系统与公共政策学院院长Ramayya Krishnan指出:“技术已经改变,并将继续推动移动服务的快速创新。政府必须在政策方面进行创新,但尚未这样做。同时,人们根据他们的成本-便利权衡取舍服务。” [22]过去几年在以下方面取得了重大进展:
行程计划和动态路由,包括多模式行程计划,寻路,货运路线,实时交通管理和数据分析。包括赫尔辛基,巴黎,洛杉矶和新加坡在内的许多城市正在试验“移动即服务”(MaaS),它依赖于“数字平台,该平台集成了端到端的旅行计划,预订,电子票务,和整个交通,公共或私人所有模式的支付服务。”[23]所有这些都旨在减少车辆通行和优化个人的旅程,而不是城市的交通系统,因此无助于提高全系统的效率低下。
V2V和V2I的连接以及智能基础设施,可以帮助(通过智能交通灯)使交通顺畅,减少事故数量(例如,通过车辆连接和智能人行横道),降低电力消耗(通过智能路灯),监控空气质量并为不断增长的电动汽车车队提供服务(通过充电站)。
新的出行方式,尤其是汽车共享,共享单车,电动踏板车,乘车和微型公交。电动汽车的增长和自动驾驶汽车的出现可能会极大地重塑城市出行选择。
房地产利用率,包括智能路缘,智能计量和智能停车。到2026年,全球路边智能停车位可能超过100万个。[24]
付款和票务,包括使用单笔费用(统一付款)支付整个多式联运旅行的能力,以及采用按使用量和使用量计费的价格。
移动专家兼麻省理工学院执行董事约翰·莫文萨德(John Moavenzadeh)指出,虽然前景广阔,但部署不协调且孤立的点解决方案可能会使许多系统范围的收益无法实现:“想象一下,无人驾驶的自动驾驶汽车将在高峰时段被送去干洗。”[25]确实,增加自动驾驶汽车和其他解决方案有可能加剧而不是缓解城市出行挑战。运输网络公司的服务已经在美国9个最大的城市增加了57亿英里的行驶里程。[26]新的出行方式以复杂的方式与现有的公共交通相互作用,在某些情况下,可能蚕食使用方式或无法为最需要的人口服务。[27]根据纽约的调查,在纽约,原本有50%的乘搭叫车出行是通过公交进行的。[28]
大于其各个部分的总和:移动操作系统
为了真正利用新兴技术来解决最棘手的问题,城市将需要一个全面,集成的系统,该系统应超越现有基础设施,推动标准化和互操作性,实现关键各方的价值创造并培育技术进步。换句话说,一个城市将需要一个移动操作系统(mOS):一个集成平台,它将物理基础设施(道路,铁路),交通方式(汽车,公共交通,拼车,自行车共享等)和交通整合在一起服务提供商(聚合商,公共交通系统),并通过市场清理机制在整个系统范围内提供更大的吞吐量和优化(见图4)。
该平台结合了物联网技术,大数据和认知分析方面的先进技术,可以更有效地调整供需关系,同时满足个人喜好并优化交通资源以改善城市生活。它的核心是由动态神经中枢启用的:
提供中央数据交换,以交换各种类型的与移动性相关的数据,这些数据由传感器,应答器以及整个城市的电子交易生成;
创建跨模式网络容量的可见性;
通过模式和位置实时显示不同形式出行的消耗;
能够对供需进行历史分析,以使运输系统更适合未来的需求;
建立由市场驱动的激励措施,以改变消费选择;实际上,这可能意味着为人们提供折扣,以便他们选择使用更少的路线,或者选择慢一点的路线,或者将旅行转移到非高峰时间。
提供交易平台,为城市创造新的收入来源,并通过提供从A点到B点的无缝选择提供更多选择,从而扩大公交服务公司和乘客的市场;和
消除需求高峰和低谷,从而提高吞吐量和系统优化。
集成移动平台的功能可以使广泛的利益相关者受益。
城市交通管理人员可以获得整个移动网络的实时透视图,因为该系统将从多个来源获取数据,包括基于车辆和基础设施的传感器(例如基于GPS的城市公交车跟踪和监控车辆流量的智能交通灯)和公民的数字足迹(例如支持智能手机的地理位置和按模式收费的电子票价)。利用这些信息,该系统可以通过调整激励机制,使城市平衡供需并促进交通吞吐量,其中最直接的方法是跨模式和位置校准价格,还可以通过使用行为轻描淡写,例如框架和社会证明(例如,突出显示一个人的邻居中有多少人使用公共交通工具来走类似的路线上班)。[29]
系统可以利用这些数据进行预测分析,在各种条件下(例如,高峰交通或重大体育赛事)对系统容量和利用率进行建模。它们还可以用于远程情景评估,使城市领导者可以了解基础设施,政策和运营选择中固有的权衡,以及它们如何影响城市及其市民。这样一来,就可以做出更明智的决策,例如,投资于新的轻轨系统或动态穿梭机,以及将这些资产放置在何处会更好。还有一些高级计划工具可以动态模拟替代性出行配置的影响。
代理机构的主要职责是计划和运营绩效监督,相对于集成的移动平台而言,它主要是对分散系统的监督,类似于买卖双方如何通过证券交易所聚集在一起,政府为此制定了围绕信息对称性的规则和政策。交易的公平性,透明度和费用。该系统还可以提供多种途径来创建有价值的市政收入来源,以抵消税收的下降,而此时市政府需要为关键基础设施和其他项目提供资金。
私营部门的服务提供商将能够开拓新的市场和消费者,同时优化在一天中不同时间部署的车队的规模,并减少“空里程”(无乘客行驶的里程)和成本。平台管理的统一支付系统可以促进跨模式的单次支付,简化跨移动服务提供商的票价收集,直到现在,这还是许多MaaS应用程序的绊脚石。[30]该系统及其必要的数据交换所还可以实现免票旅行和多种付款方式,包括即用即付和每月订购。
就是说,在许多私营部门移动服务提供商的业务模型中,重要的一块板块是能够利用现有交通网络效率低下的能力。例如,乘车公司承诺比传统出租车更方便快捷地以较低的成本将骑手与驾驶员联系起来,而按需共享或穿梭巴士相对于固定路线公交车增加了灵活性。跨模式优化的集成平台可能会挑战这种方法,从而限制公司的选择加入意愿。可能需要采取激励措施来大力鼓励采用,尤其是在尚未实现有形收益的早期。
最后,最终用户可以享受一个界面来计划和支付所有可用交通方式的出行费用。集成平台可以支持MaaS,使每个旅行者都可以根据自己的优先级(价格,速度,方式或其他功能)定制自己的旅程。[31]而且,用户将受益于减少的拥堵,更快的出行和改善的出行便利性。
潜在的应用和用例非常广泛。图5仅显示了一种可能性,基于mOS的增强功能在很多方面为用户创造了价值。
另一种情况:气象学家预测创纪录的热浪,伴随着空气质量下降和脆弱的年轻人和老年人的危险状况。知道了这一点,城市管理者便能够利用互联的基础设施和移动平台来准备和减轻风险。为了了解可能会在哪里出现“需求”,系统会分析整个城市各地与历史有关的与天气有关的紧急呼叫,以及来自传感器的天气和空气质量数据,带有地理标签的人口统计数据以及易受害人群所在的位置的地图(学校和养老院)。然后,mOS将其与有关“紧急服务”的信息相结合,包括911历史响应者的路线,警察和消防部门的容量和位置以及紧急呼叫箱数据。[32]通过使用预测分析,移动平台可以帮助确定在哪里预先部署紧急单位,以最大程度地缩短响应时间。而且当有电话打进来时,系统可以将急救人员动态地引导到最快的可能路线,并沿途调整交通信号以进一步加快通行速度。
随着系统的成熟,城市和私营部门可能会面临各种各样的影响。城市本身可以成为移动平台,企业家和创新者可以在此平台上构建新的服务和应用程序。大型企业可能会失去其当前的数据垄断,从而在新进入者和从技术公司到运输当局的现有者之间引入平价。本地参与者可能会利用与城市官员和大学的合作伙伴关系以及本地见解和关系来与出行巨头竞争。改进的和更实惠的出行解决方案可以大大降低消费者的成本,从而节省更多资金并刺激新的支出。该平台可以为城市政府提供新的收入流,使其与未来的交通趋势保持一致,例如基于使用量的道路定价或交通拥堵费。
解释城市内外的货物流动
即使居民在城市中四处走动,一种并行的出行方式也有助于确保人们获得他们需要和想要的食物,衣服和其他物品。世界银行估计,在一个典型的发达城市中,每天每千人大约有300至400辆卡车出行,而货运占城市街道上行驶的汽车里程的10%至15%。[33]就像旅客运输一样,货物的运输处于重要的创新之中,尤其是对于在城市地区至关重要的“最后一英里”交付而言。[34]自动化移动储物柜和无人机的前景可以缓解交货瓶颈,并为货物下放和提货增加灵活性,而无人机或自主移动储物柜的前景则可以进一步缓解交货瓶颈。
货物运输是城市交通景观的重要组成部分,任何交通平台都必须考虑到这一点。如果城市的数字系统缺乏必要的数据和分析来说明运送车辆的去向以及它们如何使用路边石等基础设施,那么为减少交通拥堵或排放而进行的努力可能会停滞不前。这至少意味着至少要了解货运在何时何地在城市中移动的方式,方式和地点。利益相关者还需要解决一些棘手的问题,即如何平衡旅客和货物出行的需求。例如,将高峰时段的交通拥堵减到最小可能意味着鼓励货运在非高峰时段通宵行驶,
争取通用语言
在使城市变得先进,有吸引力,智能,反应迅速和可持续发展所需的一切内容中,移动性都占突出地位。应对城市最紧迫的挑战并充分利用出行令人兴奋的进步,可能需要重新思考城市交通的运作方式。它从超越单一模式管理开始,而是将移动性作为一个“系统系统”进行优化。很少有城市政府的组织结构能够优化21世纪移动性网络的全部潜力。这将需要摆脱长期的正统观念,即所有公共交通在本质上都比私营部门的选择更有利,特别是因为出行创新的大部分资金都来自私人资本。这意味着能够更有效地使用流动资产,升级大部分现有的公共交通基础设施,并愿意关闭过时的旧资产。令这些挑战更为复杂的是,很少有城市的财务状况使他们能够承担满足明天的高峰时间需求所需的投资成本。随着城市考虑新一轮的全球基础设施投资浪潮,仍然有必要分配一部分资金来构建可为市民快速创造价值的出行平台。
确保实现集成的移动平台存在技术障碍,可以肯定的是:使用IoT技术“感测”车辆和基础设施,建立技术架构,运营和维护复杂的全市系统等等。但是最大的障碍可能是政治,社会和经济上的障碍。在世界范围内,城市的当前能力和未来需求将千差万别,没有一种万能的方法。有些将以近绿地空间开始,例如中国的新兴城市和计划中的城市,并有机会为未来量身定制现代系统。许多其他项目将受到现有基础结构(其中一些已有一百多年或更旧的历史)和运输方式的限制,需要进行改造以充分利用现有的基础设施。
一般而言,要成功实施数字交通平台,市政当局应超越传统的交通政策和资金框架。需要考虑的一些重要挑战:
应该优化什么结果?参与者的目标几乎肯定会有所不同,就平台的主要目标达成一致意见很可能需要进行巧妙的谈判。私营部门参与者可能会寻求最大程度地提高市场准入和盈利能力,而政府的不同领域可能会优先考虑可能会产生冲突的不同结果:减少交通拥堵,改善服务欠缺社区的准入条件,改善空气质量,使城市更加“以人为本”。中心”和行人友好。城市还支持和管理可能与私营部门利益冲突的公共交通。阐明一套设计原则,例如世界经济论坛关于无缝集成出行系统的工作中所反映的设计原则,[35]可以帮助您权衡利弊,并评估平台的性能。[36]确定分配给每个结果多少权重,以及如何激励不同的参与者以使各方都意识到价值,这对于使系统成功至关重要。这些原则可能包括:
社会成果,例如减少交通拥堵,减少出行时间,扩大经济机会和获取途径以及改善空气质量;
消费者结果,包括寻找给定行程的最佳模式,时间和路线的搜索成本,以及旅行者支付的直接成本;
流动性提供者的成果,包括创新和竞争的机会,进入和退出市场的能力以及使长期生存能力和能够为其投资赚取公平回报的能力的费用结构;
公共部门的成果,例如改进的规划流程,获得关于城市交通网络的数据驱动见解的能力,以及从(例如)数据许可,动态通行费和按次计费产生的增量收入。
政治领导能力存在吗?具有领导力和意愿来鼓励参与并限制进入城市交通市场的城市领导者可能是关键。让大多数或所有主要的出行服务提供商“在平台上”可能是城市和市民实现最大价值的必要条件。建立公私伙伴关系可能是前进的一种方式。
通过改变对出行提供者和公民的激励,有哪些杠杆可用于管理供需?最直接的是,这可能表现为实时价格调整(例如,高峰时段特定路线的拥堵定价)。不太明显的影响手段也可能是有效的,例如通过利用行为科学来塑造选择并提供诱因(折扣)以通过其他方式和途径传播。[37]在任何可能的情况下,此类调整应以市场为导向,而不是政府主导。
如何收集,共享和分析数据?必须解决哪些法律,安全和隐私问题,以及如何解决?综合移动平台的基础是公共部门和私营部门之间的公开数据交换。但是,这种交流的条款可能需要仔细考虑才能满足所有参与者的需求。那将意味着建立关于收集什么数据,如何匿名化,可以将其存储在何处以及可以使用它的目的的协议。实施系统还意味着要满足一个潜在的怀疑公民,即负责任地使用有关人员出行方式,地点和时间的高度个人数据。没有公众的信任,数字平台将无法生存。
如何修改城市规划流程以可持续地提高吞吐量?仅仅提供更多的基础设施是远远不够的—城市挑战越来越多地要求更有效地利用现有资产,土地,以及灵活地部署新服务,以满足需求高峰时的特定需求。多式联运优化可以增加与共享自主舰队相关的潜在利益。
需要哪些治理机制?卡内基·梅隆(Carnegie Mellon)的Ramayya Krishnan指出:“技术不是制约因素。”相反,它是为城市创建了一个经过深思熟虑且由数据驱动的“运营模型”,该模型对与出行相关的外部因素反应更快,并且比单个领导者更持久。[38]这很可能意味着在可能的情况下建立新的决策结构,以提供对城市交通需求的更全面的了解,并可以敏捷地做出反应。
许多城市的交通网络都被政治权威,政策管辖权和公共资金支离破碎,因此很少有合作动机来有效满足供需关系。有效的出行网络通常跨越多个辖区,可能涵盖多个市政当局以及区域和联邦当局;例如,圣地亚哥政府协会(SANDAG)充当决策论坛并计划和运营大圣地亚哥地区的交通,来自19个地方政府的代表以及来自众多其他地方,州,联邦和州的顾问部落组织。[39]在不同地区之间建立连通性和互操作性,并建立区域网络可以帮助避免潜在冲突系统的拼凑。实现目标的统一以及一套统一的规则和决策程序可能同样重要。在许多情况下,这可能需要一个自下而上的方法,与开始“为更广泛的大都市区领导建设了锚管辖什么是移动平台可能看起来像,然后鼓励邻近社区的加入,”笔记麻省理工学院的约翰·Moavenzadeh,[40]或创建“首席流动官” 。[41]
谁付款?融资可能会带来持续而艰巨的挑战。市政债券对于某些人而言可能是一种选择,但参与者还应广泛考虑其他融资机制,包括公私合营,基于使用量的动态定价以及每次交易费用。银行,投资基金和其他私营企业可能愿意为移动平台提供资金,以换取其产生的部分收益。找出激励或确保私人投资的方法,对于实施类似于最初使城市成为充满活力的中心的进步的社会收益系统而言,可能是关键。
尽管从头到尾开始很重要,但是建立一个完全实现的移动性操作系统是一项重要的工作,可能会持续多年。即便如此,通过更多的增量步骤也可以实现明显的好处,并且随着系统的成熟为其他功能奠定了基础。例如,一个城市可能开始于更好地了解,利用和管理可能在特定邻里中的现有基础设施和路边空间(图6)。领导者可以以此为基础,最终管理整个城市的多种交通方式,改善交通拥堵和交通便利性,从而构建真正的全能系统,从而实现全系统优化。
卡内基·梅隆(Carnegie Mellon)的Ramayya Krishnan指出:“技术不是制约因素。” 相反,它是为城市创建了一个经过深思熟虑且由数据驱动的“运营模型”,该模型对于出行相关的外部因素反应更快,并且比单个领导者更持久。
结论:移动性的罗塞塔石碑
两个世纪前,拿破仑军队中的一名士兵从古代世界最伟大的城市之一孟菲斯发现了一件文物。这座具有2000年历史的石头上刻有皇家法令的文字,刻有两种形式的埃及象形文字和(至关紧要的)古希腊文字。这个被称为罗塞塔石碑的物体成为解密埃及象形文字并向现代世界开放全新的知识领域的关键。
一个类似的桥梁(帮助不同类型的各方进行沟通和共同努力)可以极大地帮助将当今复杂的城市地区的流动性兴趣融合在一起。二十一世纪的城市面临着巨大的挑战。随着人口的增长,他们满足公民交通需求的能力可能会受到严格考验。即使预算不受限制,简单地增加道路也不能解决问题。新的出行服务提供了广阔的前景,但是缺乏协调可能会使问题变得更糟,而不是更好。
为了充分利用移动性的未来,城市应该利用近年来的杰出技术创新来创建一个通用平台,该平台可以在运输网络的许多节点和方式上实现可视性,互操作性和优化。将新的连接服务置于上下文和对话中(帮助它们为用户,第三方提供商和城市本身谋福利)将是实现新兴移动生态系统的优势的关键。
移动的未来
我们从A点到B点的整个过程正在改变。这种转变正在创建一个新的个人出行生态系统,其影响不仅限于汽车行业。我们的“移动性未来”实践为在移动性及其周围工作的公司的整个生态系统提供服务,以积极塑造其出现。
尾注
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作者对Ramayya Krishnan的采访。在文章中查看
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作者对John Moavenzadeh的采访。在文章中查看
世界经济论坛,“设计无缝集成出行系统”,2018 年 1月。查看文章
作者:
斯科特·考文(Scott Corwin)美国
Anant Dinamani美国
德里克·潘克拉茨(美国)