快速公交系統智慧化設計思路及關鍵技術研究

廖燕宇

（廣州市市政工程設計研究總院,廣東 廣州 510060）

0 引言

快速公交（Bus Rapid Transit，BRT）不是一個簡單的基礎設施建設項目，快速公交線網是城市綜合交通系統中的重要組成部分，同時快速公交系統也是優化城市交通結構、提升城市交通整體形象的有效措施[1]。快速公交系統充分結合了現代化公交技術、智能運輸和運營管理技術[2]，設計和建設不僅與道路土建相關，更是涉及智慧交通、數字交通很多方面的內容，需要在快速公交系統設計的過程中對整個系統涉及的設施、設備和功能進行梳理，厘清系統智慧化設計的總體需求和思路。采用先進的理念和技術對重要節點進行關鍵技術分析，并在項目全過程中參照遵循，落實系統智慧化的設計與建設。

1 快速公交系統智慧化設計需求

為了更好地發揮快速公交項目在公共交通中的重要作用，向廣大乘客提供更為優質、便捷的公共交通服務，為運營管理者提供高度直觀、可視的營運生產工具，為城市管理者提供真實、科學的服務監督手段，快速公交系統智慧化需根據項目實際情況。采用網絡、通信、控制、計算機、信息處理及智能交通系統技術，實現以下功能：

（1）實現“站臺—車輛—道路—場站”一體化，強化合理調度、快速上下、安全舒適、人性化服務的功能。

（2）滿足現代化營運對信息系統的需求，實現客流統計預測，優化運營和管理數據；同時面向公眾提供精確、方便、有吸引力的信息服務。

（3）實現精準調度：均勻合理的行車間隔；跨線路營運，線路間人員及車輛資源調配；電子路單、自動報站，對車輛運行實現過程監控；符合BRT運行需要的、便捷先進的售票、檢票系統。

（4）實現車輛實時動態定位。建立集成的、綜合利用的信息傳輸網絡，滿足系統多媒體信息傳輸、業務調度、實時監控需要，滿足未來擴展、車路協同、智慧道路系統集成的需要。

2 總體設計思路

在目前常規快速公交智能化設計基礎上，提出構建完整的快速公交智慧化系統，包含發布層、應用層、數據中心層、物聯感知層。如圖1所示。

圖1 快速公交智慧化總體構架圖

（1）物聯感知層：部署在車內、站臺、路口等位置的終端及配套設備，負責公共交通運行數據采集，為整個系統提供原始數據支撐。

BRT智能網聯車載設備包括車路協同OBU、駕駛員行為分析、碰撞預警、360環視、客流統計、車尾信號燈狀態顯示LED等；站臺終端包括電子站牌、安全門、IP數字廣播、UPS系統、視頻監控等；道路終端包括RSU、公交優先信號機、BRT誘導屏等；通信層為整個平臺系統提供數據、語音、視頻提供網絡傳輸服務，包括有線網絡、無線網絡、衛星通信等。

（2）數據中心層：基于大數據和人工智能技術構建的公交AI大腦，實現多源異構動靜海量數據的接入、解析、清洗、存儲和分析，打造公交專屬AI智能算法倉，負責基礎數據、業務數據、主題數據的存儲。同時為基礎業務應用提供融合計算、數據質量監管、數據共享交換等服務支撐。

（3）應用層：基于數據中心和后臺整個應用平臺支撐環境[交通地理信息平臺（GIS）、交通位置信息平臺、視頻監控平臺、工作流管理平臺等]，開發智慧調度系統、ERP系統、中心監管系統、公交大數據分析系統、BRT廊道綜合監控系統、線網優化仿真系統等核心應用。

（4）展示發布層：面向企業和社會公眾提供服務的終端設施或應用系統，主要包括調度中心大屏、誘導屏、車載LCD屏、公交車尾屏、手機App、BRT站臺站牌等。

3 關鍵技術研究

3.1 車輛智慧化

以智能車載終端為核心，基于無線通信技術、實時定位技術、智能視頻分析技術、智能網聯技術以及CAN總線通信技術，構建智慧網聯車系統，實現車路協同、駕駛員行為分析、碰撞預警、360環視、客流統計、電子LCD后視鏡、車尾信號燈狀態顯示LED等，滿足高效運營、輔助駕駛、全面安保和便捷服務要求。

3.2 站臺智慧化

BRT站臺智慧化包括以下系統：

（1）高清視頻監控系統：每個站臺及車站布設視頻監控攝像機，實現站臺內視頻監控全覆蓋。

（2）乘客信息服務系統：可結合站臺平面布設足夠的LCD電子站牌，滿足BRT車輛的預到站、到站、離站的信息顯示；滿足其他常規信息（線路調整、天氣預報等）信息的顯示；滿足應急信息的顯示。

（3）數字廣播系統：站臺布設防水音柱、功放等設備，向該站乘客提供車輛?？俊⑦M出站信息、安全提示、導向、音樂及應急廣播通知等信息服務。

（4）通信系統：站臺布設滿足設備傳輸需求的交換機等通信設備，通過網絡專線，將數據傳輸至中心機房等網絡設備上，實現數據上傳下達。

（5）站臺UPS系統：當市電故障時，為確保BRT站臺智能化系統設備能夠正常工作，在站臺配置UPS電源及配套機柜。可結合具體項目所在地環境，增設太陽能供電系統，滿足站臺綠色節能設計需求。

（6）站臺易燃易爆油氣體監測裝置系統：要對酒精、汽油、柴油、氫氣、天然氣、香蕉水、松香水等常見易燃易爆油氣體分子實現快速、精確檢測，確保站臺及乘客安全。

3.3 道路智慧化

3.3.1 智慧道路系統

按照“智慧道路”要求進行BRT走廊道路基礎設施優化提升，結合快速公交廊道沿線道路具體情況，構建可感知、可管控、可運營、可服務的新型智慧道路體系，包含智能信號控制系統、智慧路口系統、交通安全監控系統、智慧信息發布系統、行人智慧過街系統、車路協同路側系統、智慧道路管控平臺以及外場通信、后臺集成環境系統等。依托新型傳感設備支撐上層系統應用，實現人—車—路—環境的全要素協同管控[3]。快速公交系統與智慧道路同步建設，如圖2所示。

圖2 快速公交項目中推進智慧道路的建設

完整的智慧道路系統構架中包含應用展示系統、智慧數據中心、標準規范管理層級信息共享交換層。應用及展示系統是道路管理的核心，根據交通、公交管理的需求，完成各種指令的執行。智慧數據中心為交通管理系統的運行提供支撐，可結合項目與快速公交管理平臺共建或者根據具體管理需要分設，但兩者之間必須進行數據交互，協同運作。

3.3.2 智能網聯公交優先系統

智能網聯公交優先是指公交車在行駛至有紅綠燈的信號路口時，交叉路口的信號控制機檢測到公交車即將駛入路口時調整交叉路口的紅綠燈的相位，優先讓公交車通過交叉路口?；赩2X的快速公交優先方法能夠實現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、公交上乘客的數量統計、信號優先配時等功能。重要思想是保證公交優先通行的需求時同時能夠兼顧其他車輛的交通利益[4,5]，實現整個交叉路口的乘客的利益最大化。如圖3所示。

圖3 智能網聯公交優先技術原理圖

通過車端搭載OBU設備、路側布設RSU設備，實現車—路雙向實時通信。同時車端搭載RTK高精度定位、車內及車尾信息屏，實現車道級定位實時感知、車內面向駕駛員的公交車速引導、面向乘客的精準到站預報及公交優先信息發布服務、車尾端面向社會車輛的路口信號燈提示信息發布服務。智能網聯車路協同系統作為公交信號優先控制系統在車—端雙向通信橋梁，信號優先控制系統可根據每輛公交的實時位置、速度信息進行精細化的動態信號調整及公交車速誘導，提高線路準點率，提升公交服務水平。

需要補充的是，我們這里談論的AI所指代的是運轉于圖靈機之上的AI程序，亦即當下提到人工智能時默認的預設，而沒有完全排除其他某種形式的“人工”智能體成為藝術家的可能性。量子力學理論本身容納了意識所具有的整一性和不確定性特征，這就給用量子力學框架解釋意識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原理制造的量子計算機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 多媒體信息發布子系統

采用全彩顯示屏作為多媒體信息發布的平臺，內嵌LAN、WIFI、4G，智能管理核心模塊，根據具體場景需求，顯示系統可勝任各種需求，包括商業廣告、公益宣傳、公共信息發布、緊急情況警告、區域地圖顯示、路段管制誘導顯示、重大節日信息發布等。

3.3.4 智能監控子系統

視頻監控作為系統的核心單元，將智能監控概念及產品引入系統設計中，為道路等多種場景適配視頻監控，做到與一鍵告警、廣播等其他模塊設備的快速有效聯動，從而實現對人、車、物的安全、智能、有效監控與便捷預警，為營造智慧城市、平安城市做出應有貢獻。

3.4 運營管理系統智慧化

配置和建設公交AI大腦、中心監管系統、公交大數據分析系統、BRT廊道綜合監控系統、線網優化仿真系統。

（1）公交AI大腦：基于大數據和人工智能技術，實現海量數據快速檢索和分析，深入挖掘安全、成本、客流等核心數據，為企業運營、安全和服務決策提供有效支撐，智慧公交AI大腦統一存儲管理各應用系統所收集或處理的數據，包括但不限于公交車輛實時位置、客流、音視頻等多種格式數據，滿足BRT日常運營調度管理等業務需要。同時將業務數據清洗轉換后應用大數據技術建立專題數據庫供各系統使用。

（2）中心監管系統：面向快速公交調度指揮中心，中心監管人員通過中心監管系統，實現調度質量、安全事件的識別和及時處置，保障企業經營指標達成。

（4）BRT廊道綜合監控系統：突破常規公交以線路為單位監管模式，實現對BRT走廊沿線全部運營線路、車輛、站臺、路口的實時監管，以BRT走廊為核心整體監控途經所有線路、車輛運力投入，多線路公交車輛廊道行駛、有序進出站臺減少車輛排隊提升乘客運送效率。實現線路運力投入與線路/站臺客流分析、車輛運行效率、站臺進出站效率等分析。

（5）線網優化仿真系統：基于公交客流OD分析、線網瓶頸識別、客流預測研發或集成對應算法技術，通過準確聚焦線網瓶頸點，智能推薦優化場景，科學評估調優方案，實現線網空間布局及運力配置優化，提高BRT運營效益和公交服務水平。

4 結束語

綜上所述，快速公交系統以效率高、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構。同時，在國家明確碳達峰、碳中和目標，促進生態文明建設的背景下，快速公交作為更加高效集約的公共交通方式作用明顯。在現有的快速公交系統設計中，有必要結合交通數字化、智慧化建設進行智慧化設計，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、公交運營企業及城市管理者的需要，切實提高公共交通干線的建設標準。同時，快速公交智慧化設計也是對綠色、節能設計的加強，通過更為先進的技術應用降低系統建設成本，通過智能、集約化和高效的管理手段應用降低系統運營成本、乘客出行成本，切實提高公共交通在節能減排上的關鍵作用。對快速公交系統的智慧化建設是動態的，也是長期的，從規劃設計階段進行整體的統籌部署、關鍵技術的研究應用以及預留未來技術發展升級空間對快速公交項目建設至關重要。