快速公交系統(tǒng)智慧化設(shè)計(jì)思路及關(guān)鍵技術(shù)研究

廖燕宇

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院,廣東 廣州 510060）

0 引言

快速公交（Bus Rapid Transit，BRT）不是一個(gè)簡(jiǎn)單的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目，快速公交線網(wǎng)是城市綜合交通系統(tǒng)中的重要組成部分，同時(shí)快速公交系統(tǒng)也是優(yōu)化城市交通結(jié)構(gòu)、提升城市交通整體形象的有效措施[1]?？焖俟幌到y(tǒng)充分結(jié)合了現(xiàn)代化公交技術(shù)、智能運(yùn)輸和運(yùn)營(yíng)管理技術(shù)[2]，設(shè)計(jì)和建設(shè)不僅與道路土建相關(guān)，更是涉及智慧交通、數(shù)字交通很多方面的內(nèi)容，需要在快速公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)涉及的設(shè)施、設(shè)備和功能進(jìn)行梳理，厘清系統(tǒng)智慧化設(shè)計(jì)的總體需求和思路。采用先進(jìn)的理念和技術(shù)對(duì)重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)分析，并在項(xiàng)目全過(guò)程中參照遵循，落實(shí)系統(tǒng)智慧化的設(shè)計(jì)與建設(shè)。

1 快速公交系統(tǒng)智慧化設(shè)計(jì)需求

為了更好地發(fā)揮快速公交項(xiàng)目在公共交通中的重要作用，向廣大乘客提供更為優(yōu)質(zhì)、便捷的公共交通服務(wù)，為運(yùn)營(yíng)管理者提供高度直觀、可視的營(yíng)運(yùn)生產(chǎn)工具，為城市管理者提供真實(shí)、科學(xué)的服務(wù)監(jiān)督手段，快速公交系統(tǒng)智慧化需根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況。采用網(wǎng)絡(luò)、通信、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理及智能交通系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）實(shí)現(xiàn)“站臺(tái)—車輛—道路—場(chǎng)站”一體化，強(qiáng)化合理調(diào)度、快速上下、安全舒適、人性化服務(wù)的功能。

（2）滿足現(xiàn)代化營(yíng)運(yùn)對(duì)信息系統(tǒng)的需求，實(shí)現(xiàn)客流統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)，優(yōu)化運(yùn)營(yíng)和管理數(shù)據(jù)；同時(shí)面向公眾提供精確、方便、有吸引力的信息服務(wù)。

（3）實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)度：均勻合理的行車間隔；跨線路營(yíng)運(yùn)，線路間人員及車輛資源調(diào)配；電子路單、自動(dòng)報(bào)站，對(duì)車輛運(yùn)行實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)控；符合BRT運(yùn)行需要的、便捷先進(jìn)的售票、檢票系統(tǒng)。

（4）實(shí)現(xiàn)車輛實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位。建立集成的、綜合利用的信息傳輸網(wǎng)絡(luò)，滿足系統(tǒng)多媒體信息傳輸、業(yè)務(wù)調(diào)度、實(shí)時(shí)監(jiān)控需要，滿足未來(lái)擴(kuò)展、車路協(xié)同、智慧道路系統(tǒng)集成的需要。

2 總體設(shè)計(jì)思路

在目前常規(guī)快速公交智能化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，提出構(gòu)建完整的快速公交智慧化系統(tǒng)，包含發(fā)布層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)中心層、物聯(lián)感知層。如圖1所示。

圖1 快速公交智慧化總體構(gòu)架圖

（1）物聯(lián)感知層：部署在車內(nèi)、站臺(tái)、路口等位置的終端及配套設(shè)備，負(fù)責(zé)公共交通運(yùn)行數(shù)據(jù)采集，為整個(gè)系統(tǒng)提供原始數(shù)據(jù)支撐。

BRT智能網(wǎng)聯(lián)車載設(shè)備包括車路協(xié)同OBU、駕駛員行為分析、碰撞預(yù)警、360環(huán)視、客流統(tǒng)計(jì)、車尾信號(hào)燈狀態(tài)顯示LED等；站臺(tái)終端包括電子站牌、安全門、IP數(shù)字廣播、UPS系統(tǒng)、視頻監(jiān)控等；道路終端包括RSU、公交優(yōu)先信號(hào)機(jī)、BRT誘導(dǎo)屏等；通信層為整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻提供網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)，包括有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信等。

（2）數(shù)據(jù)中心層：基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)構(gòu)建的公交AI大腦，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)動(dòng)靜海量數(shù)據(jù)的接入、解析、清洗、存儲(chǔ)和分析，打造公交專屬AI智能算法倉(cāng)，負(fù)責(zé)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、主題數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。同時(shí)為基礎(chǔ)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供融合計(jì)算、數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)管、數(shù)據(jù)共享交換等服務(wù)支撐。

（3）應(yīng)用層：基于數(shù)據(jù)中心和后臺(tái)整個(gè)應(yīng)用平臺(tái)支撐環(huán)境[交通地理信息平臺(tái)（GIS）、交通位置信息平臺(tái)、視頻監(jiān)控平臺(tái)、工作流管理平臺(tái)等]，開(kāi)發(fā)智慧調(diào)度系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、中心監(jiān)管系統(tǒng)、公交大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、BRT廊道綜合監(jiān)控系統(tǒng)、線網(wǎng)優(yōu)化仿真系統(tǒng)等核心應(yīng)用。

（4）展示發(fā)布層：面向企業(yè)和社會(huì)公眾提供服務(wù)的終端設(shè)施或應(yīng)用系統(tǒng)，主要包括調(diào)度中心大屏、誘導(dǎo)屏、車載LCD屏、公交車尾屏、手機(jī)App、BRT站臺(tái)站牌等。

3 關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1 車輛智慧化

以智能車載終端為核心，基于無(wú)線通信技術(shù)、實(shí)時(shí)定位技術(shù)、智能視頻分析技術(shù)、智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)以及CAN總線通信技術(shù)，構(gòu)建智慧網(wǎng)聯(lián)車系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同、駕駛員行為分析、碰撞預(yù)警、360環(huán)視、客流統(tǒng)計(jì)、電子LCD后視鏡、車尾信號(hào)燈狀態(tài)顯示LED等，滿足高效運(yùn)營(yíng)、輔助駕駛、全面安保和便捷服務(wù)要求。

3.2 站臺(tái)智慧化

BRT站臺(tái)智慧化包括以下系統(tǒng)：

（1）高清視頻監(jiān)控系統(tǒng)：每個(gè)站臺(tái)及車站布設(shè)視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)，實(shí)現(xiàn)站臺(tái)內(nèi)視頻監(jiān)控全覆蓋。

（2）乘客信息服務(wù)系統(tǒng)：可結(jié)合站臺(tái)平面布設(shè)足夠的LCD電子站牌，滿足BRT車輛的預(yù)到站、到站、離站的信息顯示；滿足其他常規(guī)信息（線路調(diào)整、天氣預(yù)報(bào)等）信息的顯示；滿足應(yīng)急信息的顯示。

（3）數(shù)字廣播系統(tǒng)：站臺(tái)布設(shè)防水音柱、功放等設(shè)備，向該站乘客提供車輛停靠、進(jìn)出站信息、安全提示、導(dǎo)向、音樂(lè)及應(yīng)急廣播通知等信息服務(wù)。

（4）通信系統(tǒng)：站臺(tái)布設(shè)滿足設(shè)備傳輸需求的交換機(jī)等通信設(shè)備，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)專線，將數(shù)據(jù)傳輸至中心機(jī)房等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳下達(dá)。

（5）站臺(tái)UPS系統(tǒng)：當(dāng)市電故障時(shí)，為確保BRT站臺(tái)智能化系統(tǒng)設(shè)備能夠正常工作，在站臺(tái)配置UPS電源及配套機(jī)柜。可結(jié)合具體項(xiàng)目所在地環(huán)境，增設(shè)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)，滿足站臺(tái)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)需求。

（6）站臺(tái)易燃易爆油氣體監(jiān)測(cè)裝置系統(tǒng)：要對(duì)酒精、汽油、柴油、氫氣、天然氣、香蕉水、松香水等常見(jiàn)易燃易爆油氣體分子實(shí)現(xiàn)快速、精確檢測(cè)，確保站臺(tái)及乘客安全。

3.3 道路智慧化

3.3.1 智慧道路系統(tǒng)

按照“智慧道路”要求進(jìn)行BRT走廊道路基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化提升，結(jié)合快速公交廊道沿線道路具體情況，構(gòu)建可感知、可管控、可運(yùn)營(yíng)、可服務(wù)的新型智慧道路體系，包含智能信號(hào)控制系統(tǒng)、智慧路口系統(tǒng)、交通安全監(jiān)控系統(tǒng)、智慧信息發(fā)布系統(tǒng)、行人智慧過(guò)街系統(tǒng)、車路協(xié)同路側(cè)系統(tǒng)、智慧道路管控平臺(tái)以及外場(chǎng)通信、后臺(tái)集成環(huán)境系統(tǒng)等。依托新型傳感設(shè)備支撐上層系統(tǒng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)人—車—路—環(huán)境的全要素協(xié)同管控[3]?？焖俟幌到y(tǒng)與智慧道路同步建設(shè)，如圖2所示。

圖2 快速公交項(xiàng)目中推進(jìn)智慧道路的建設(shè)

完整的智慧道路系統(tǒng)構(gòu)架中包含應(yīng)用展示系統(tǒng)、智慧數(shù)據(jù)中心、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范管理層級(jí)信息共享交換層。應(yīng)用及展示系統(tǒng)是道路管理的核心，根據(jù)交通、公交管理的需求，完成各種指令的執(zhí)行。智慧數(shù)據(jù)中心為交通管理系統(tǒng)的運(yùn)行提供支撐，可結(jié)合項(xiàng)目與快速公交管理平臺(tái)共建或者根據(jù)具體管理需要分設(shè)，但兩者之間必須進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，協(xié)同運(yùn)作。

3.3.2 智能網(wǎng)聯(lián)公交優(yōu)先系統(tǒng)

智能網(wǎng)聯(lián)公交優(yōu)先是指公交車在行駛至有紅綠燈的信號(hào)路口時(shí)，交叉路口的信號(hào)控制機(jī)檢測(cè)到公交車即將駛?cè)肼房跁r(shí)調(diào)整交叉路口的紅綠燈的相位，優(yōu)先讓公交車通過(guò)交叉路口?；赩2X的快速公交優(yōu)先方法能夠?qū)崿F(xiàn)公交與紅綠燈之間的雙向通信、公交的精確的位置速度檢測(cè)、公交上乘客的數(shù)量統(tǒng)計(jì)、信號(hào)優(yōu)先配時(shí)等功能。重要思想是保證公交優(yōu)先通行的需求時(shí)同時(shí)能夠兼顧其他車輛的交通利益[4,5]，實(shí)現(xiàn)整個(gè)交叉路口的乘客的利益最大化。如圖3所示。

圖3 智能網(wǎng)聯(lián)公交優(yōu)先技術(shù)原理圖

通過(guò)車端搭載OBU設(shè)備、路側(cè)布設(shè)RSU設(shè)備，實(shí)現(xiàn)車—路雙向?qū)崟r(shí)通信。同時(shí)車端搭載RTK高精度定位、車內(nèi)及車尾信息屏，實(shí)現(xiàn)車道級(jí)定位實(shí)時(shí)感知、車內(nèi)面向駕駛員的公交車速引導(dǎo)、面向乘客的精準(zhǔn)到站預(yù)報(bào)及公交優(yōu)先信息發(fā)布服務(wù)、車尾端面向社會(huì)車輛的路口信號(hào)燈提示信息發(fā)布服務(wù)。智能網(wǎng)聯(lián)車路協(xié)同系統(tǒng)作為公交信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)在車—端雙向通信橋梁，信號(hào)優(yōu)先控制系統(tǒng)可根據(jù)每輛公交的實(shí)時(shí)位置、速度信息進(jìn)行精細(xì)化的動(dòng)態(tài)信號(hào)調(diào)整及公交車速誘導(dǎo)，提高線路準(zhǔn)點(diǎn)率，提升公交服務(wù)水平。

需要補(bǔ)充的是，我們這里談?wù)摰腁I所指代的是運(yùn)轉(zhuǎn)于圖靈機(jī)之上的AI程序，亦即當(dāng)下提到人工智能時(shí)默認(rèn)的預(yù)設(shè)，而沒(méi)有完全排除其他某種形式的“人工”智能體成為藝術(shù)家的可能性。量子力學(xué)理論本身容納了意識(shí)所具有的整一性和不確定性特征，這就給用量子力學(xué)框架解釋意識(shí)和自由意志留出了理論空間。那么我們就有理由期待基于量子力學(xué)原理制造的量子計(jì)算機(jī)有朝一日成為具有自由意志的人工智能體的載體，而本文討論涉及的AI并不涉及量子人工智能。

3.3.3 多媒體信息發(fā)布子系統(tǒng)

采用全彩顯示屏作為多媒體信息發(fā)布的平臺(tái)，內(nèi)嵌LAN、WIFI、4G，智能管理核心模塊，根據(jù)具體場(chǎng)景需求，顯示系統(tǒng)可勝任各種需求，包括商業(yè)廣告、公益宣傳、公共信息發(fā)布、緊急情況警告、區(qū)域地圖顯示、路段管制誘導(dǎo)顯示、重大節(jié)日信息發(fā)布等。

3.3.4 智能監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控作為系統(tǒng)的核心單元，將智能監(jiān)控概念及產(chǎn)品引入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為道路等多種場(chǎng)景適配視頻監(jiān)控，做到與一鍵告警、廣播等其他模塊設(shè)備的快速有效聯(lián)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)人、車、物的安全、智能、有效監(jiān)控與便捷預(yù)警，為營(yíng)造智慧城市、平安城市做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。

3.4 運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)智慧化

配置和建設(shè)公交AI大腦、中心監(jiān)管系統(tǒng)、公交大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、BRT廊道綜合監(jiān)控系統(tǒng)、線網(wǎng)優(yōu)化仿真系統(tǒng)。

（1）公交AI大腦：基于大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)快速檢索和分析，深入挖掘安全、成本、客流等核心數(shù)據(jù)，為企業(yè)運(yùn)營(yíng)、安全和服務(wù)決策提供有效支撐，智慧公交AI大腦統(tǒng)一存儲(chǔ)管理各應(yīng)用系統(tǒng)所收集或處理的數(shù)據(jù)，包括但不限于公交車輛實(shí)時(shí)位置、客流、音視頻等多種格式數(shù)據(jù)，滿足BRT日常運(yùn)營(yíng)調(diào)度管理等業(yè)務(wù)需要。同時(shí)將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)清洗轉(zhuǎn)換后應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立專題數(shù)據(jù)庫(kù)供各系統(tǒng)使用。

（2）中心監(jiān)管系統(tǒng)：面向快速公交調(diào)度指揮中心，中心監(jiān)管人員通過(guò)中心監(jiān)管系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度質(zhì)量、安全事件的識(shí)別和及時(shí)處置，保障企業(yè)經(jīng)營(yíng)指標(biāo)達(dá)成。

（4）BRT廊道綜合監(jiān)控系統(tǒng)：突破常規(guī)公交以線路為單位監(jiān)管模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)BRT走廊沿線全部運(yùn)營(yíng)線路、車輛、站臺(tái)、路口的實(shí)時(shí)監(jiān)管，以BRT走廊為核心整體監(jiān)控途經(jīng)所有線路、車輛運(yùn)力投入，多線路公交車輛廊道行駛、有序進(jìn)出站臺(tái)減少車輛排隊(duì)提升乘客運(yùn)送效率。實(shí)現(xiàn)線路運(yùn)力投入與線路/站臺(tái)客流分析、車輛運(yùn)行效率、站臺(tái)進(jìn)出站效率等分析。

（5）線網(wǎng)優(yōu)化仿真系統(tǒng)：基于公交客流OD分析、線網(wǎng)瓶頸識(shí)別、客流預(yù)測(cè)研發(fā)或集成對(duì)應(yīng)算法技術(shù)，通過(guò)準(zhǔn)確聚焦線網(wǎng)瓶頸點(diǎn)，智能推薦優(yōu)化場(chǎng)景，科學(xué)評(píng)估調(diào)優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)線網(wǎng)空間布局及運(yùn)力配置優(yōu)化，提高BRT運(yùn)營(yíng)效益和公交服務(wù)水平。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，快速公交系統(tǒng)以效率高、舒適、方便快捷有效改變了市民出行觀念和行為，改善城市的交通出行結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在國(guó)家明確碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的背景下，快速公交作為更加高效集約的公共交通方式作用明顯。在現(xiàn)有的快速公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，有必要結(jié)合交通數(shù)字化、智慧化建設(shè)進(jìn)行智慧化設(shè)計(jì)，更好地整合公共交通資源，緩解城市交通擁擠，更好滿足乘客、公交運(yùn)營(yíng)企業(yè)及城市管理者的需要，切實(shí)提高公共交通干線的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，快速公交智慧化設(shè)計(jì)也是對(duì)綠色、節(jié)能設(shè)計(jì)的加強(qiáng)，通過(guò)更為先進(jìn)的技術(shù)應(yīng)用降低系統(tǒng)建設(shè)成本，通過(guò)智能、集約化和高效的管理手段應(yīng)用降低系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)成本、乘客出行成本，切實(shí)提高公共交通在節(jié)能減排上的關(guān)鍵作用。對(duì)快速公交系統(tǒng)的智慧化建設(shè)是動(dòng)態(tài)的，也是長(zhǎng)期的，從規(guī)劃設(shè)計(jì)階段進(jìn)行整體的統(tǒng)籌部署、關(guān)鍵技術(shù)的研究應(yīng)用以及預(yù)留未來(lái)技術(shù)發(fā)展升級(jí)空間對(duì)快速公交項(xiàng)目建設(shè)至關(guān)重要。