成都天府國際機場PRT 空車調度系統及方案研究

王凌 WANG Ling；楊朝華 YANG Chao-hua；王堅強 WANG Jian-qiang；陳曦 CHEN Xi；郭彥宏 GUO Yan-hong

（①中鐵二院工程集團有限責任公司，成都 610031；②京昆高速鐵路西昆有限公司，重慶 400023）

0 引言

隨著全球航空旅客的不斷增加，機場成為城市交通運輸的重要樞紐，然而傳統的交通方式如出租車、公交車等在機場交通運輸領域存在諸多問題，如交通擁堵、行車路線單一、無法直達目的地等。為了解決這些問題，個人捷運系統（Personal Rapid Transit，簡稱PRT）作為一種智能化的、使用無人駕駛小型車輛的公共交通系統被提出應用到機場交通運輸領域，PRT 系統在公共交通領域首次實現了“點對點”式的服務以及24 小時不間斷的運營，因此將PRT 系統與傳統公共交通系統相結合，可有效地解決傳統公共交通系統“最后一公里”的服務區域受限問題。在機場交通運輸領域，機場PRT 系統已經被廣泛應用，例如英國倫敦的希思羅機場于2011 年就率先投入使用PRT 系統，成都天府國際機場也計劃引進PRT 系統[1-7]。

然而，PRT 系統車輛的調度受人的因素干擾較大，無法像傳統公共交通系統一樣，利用固定的時刻表來組織車輛的運輸調度。由于PRT 系統中人的乘車因素具有不確定性、爆發性、單向性等特點，其調度系統既要在人多時即時調度空車車輛來車站“等人”，也要在人少時即時將空車車輛調度回存車場，因此設計一個合理的PRT 空車調度方法很有必要。

本文的目的是通過對成都天府國際機場PRT 空車調度系統及方案的研究，考慮到成都天府機場PRT 系統站點和存車場的配置情況，提出一個PRT 空車調度系統的結構，并在此基礎上提出三種針對不同場景的PRT 空車調度方案，以解決PRT 系統在機場交通運輸領域中的運輸問題，為機場乘客提供更加高效、便捷的交通服務。

1 成都天府機場及其PRT 系統

成都天府國際機場是中國四川省成都市的一座國際航空樞紐機場，于2021 年6 月27 日正式啟用。該機場設計標準為4F，可容納最大的客機A380 起降，同時還設有大量航班的國內和國際航線。除了傳統的航空服務外，機場還提供PRT 服務，以便乘客在機場內便捷地移動[8-9]。

成都天府國際機場PRT 項目于2019 年7 月正式啟動，該PRT 系統是全國首個引進英國傲創公司技術并國產化改造的無人駕駛PRT 系統。它由電動車輛組成，行駛在固定的線路上，通過自動控制實現車輛的運行和換乘。成都天府國際機場PRT 系統共設有4 個車站，覆蓋機場的2 個航站樓和停車場，總長度為約4 公里，最高時速可達到40 公里。乘客可以通過機場提供的PRT 站點購票并乘坐車輛，到達機場內的各個終點站點。這項服務旨在為乘客提供便捷、高效、綠色的出行體驗，同時還有效緩解了機場交通壓力，提升了機場的整體服務水平。如圖1 所示為成都天府國際機場PRT 系統車站及其存車場平面示意圖。

圖1 成都天府機場PRT 系統車站及其存車場平面示意圖

2 PRT 調度系統組成方案

2.1 調度系統組成

根據成都天府國際機場PRT 系統組成情況以及PRT系統的列車調度需求，可搭建如圖2 所示的PRT 系統空車調度系統，包括控制中心單元、車載單元、存車場單元、車站單元四個功能單元。

圖2 PRT 調度系統組成示意圖

2.2 控制中心單元

控制中心單元是PRT 系統的核心控制單元，主要負責對整個系統進行統一調度和控制。控制中心單元具有實時控制、計算和通信功能，通過與車載單元和車站單元的通信，實時監控車輛的運行狀態、位置和乘客的需求，并做出合理的運行和調度決策。控制中心單元的軟件模塊主要包括：調度命令處理模塊、通信模塊和數據存儲模塊。

調度命令處理模塊：可以接收來自車站單元的不同調度請求，根據列車信息尋找最適合調度的空車輛，并向空車列車下達調度命令。

通信模塊：負責與車站單元、車載單元和存車場單元進行實時通信，并獲取它們的基本信息和狀態。

數據存儲模塊：用于預先存儲線路運行方向、車站ID及其位置、存車場ID 及其位置等基礎信息，并存儲來自車站單元、車載單元和存車場單元的基本信息和狀態。相關的存儲和狀態信息可以通過通信模塊進行實時調整。

2.3 車載單元

車載單元是指安裝在PRT 車輛上的設備單元，可對乘客的需求做出響應。車載單元可以作為列車車載控制系統的一個組成部分，其軟件模塊主要包括調度命令接收模塊、數據存儲模塊、車輛狀態監測模塊和通信模塊，一個車載單元的數據表示方式可用如表1 所示的編碼結構。

表1 車載單元數據編碼結構示意

調度命令接收模塊：可接收控制中心單元發來的調度命令，改變列車當前的調度狀態；

車輛狀態監測模塊：用于監測列車信息，包括當前的調度狀態、載客狀態等，并根據情況實時調整列車相關狀態數據；

數據存儲模塊：包含車輛身份信息、車輛載客狀態和車輛調度狀態等信息；

通信模塊：負責與控制中心設備進行實時通信，傳輸列車信息，并獲取相關調度指令（車站信息與車位信息）。

車輛載客狀態可根據車門的開關和車上是否有人進行轉換，包括空車狀態、載客狀態和上下客狀態；而車輛調度狀態則表示車輛當前的調度情況，包括停于某站/某存車場狀態和前往某站/存車場狀態，可根據乘客的選擇和調度命令的下達進行改變。

2.4 車站單元

車站單元是PRT 系統中的乘客服務單元，通過與控制中心單元的通信，實現對車站的管理和調度，為乘客提供便捷的上下車服務，車站單元的軟件模塊主要包括：調度請求模塊、數據存儲模塊、車站狀態監測模塊和通信模塊。一個車站單元的數據表示方式可用如表2 所示的編碼結構。

表2 車站單元數據編碼結構示意

調度請求模塊：根據車站所停靠列車的車輛狀態、車位狀態和乘客等待情況向控制中心單元發送調度請求命令。

車站狀態監測模塊：對車站停車位狀態、乘客等待情況以及進入車站一定范圍的列車進行監測。

數據存儲模塊：用于存儲與PRT 車站相關的信息，包括車站身份信息、車站乘客等待情況、車站停車位狀態、車站停車位數量以及車站停車位空余數量。

通信模塊：完成與調度中心設備的實時通信，根據監測到的車站狀態信息發出相應的請求，并接收調度中心反饋的調度指令信息。

車站乘客等待情況表示當前車站乘客對車輛的需求情況，結合車站停車位空余數量可用于選擇空車車輛緊急調度請求。該信息會基于車站狀態監測模塊的監測數據實時更新。

車站停車位狀態表示車站所有停車位的狀態，包括占用狀態和空閑狀態。一旦有車輛進入該車站的某個停車位，該停車位就會變成占用狀態。當停在該車站某個停車位的車輛完全離開時，該停車位變為空閑狀態。該數據也會基于車站狀態監測模塊的監測數據實時更新。

2.5 存車場單元

存車場單元是指用于停放和管理PRT 車輛的場地，是PRT 系統的重要組成部分。存車場單元主要包括車輛檢修保養區、車輛存放區、車輛進出口等區域，控制中心可利用存車場對車輛進行管理和調度，確保PRT 系統的高效運行。存車場單元軟件模塊主要由數據存儲模塊、車站狀態監測模塊和通信模塊構成。一個存車場單元的數據表示方式可用如表3 所示的編碼結構。

表3 存車場單元數據編碼結構示意

存車場狀態監測模塊：用于監測存車場信息，包括存車場身份信息、存車場停車位狀態、存車場停車位數量和存車場停車位空余數量等。

數據存儲模塊：用于存儲存車場相關信息，包含存車場身份信息、存車場停車位狀態、存車場停車位數量和存車場停車位空余數量等。

通信模塊：完成與調度中心設備的實時通信，向調度中心設備發送存車場信息，并獲取相關指令信息。

3 PRT 調度方案

3.1 空車車輛一般調度方案

針對PRT 系統中車等人的特點，本論文提出了一種空車車輛一般調度方案。該方案旨在確保車站的停車位始終保持沒有空余的狀態。一旦停車位狀態出現空閑，車站調度請求模塊將向控制中心發送一般調度請求，以調度車輛至當前空位。具體流程如下：①控制中心接收到車站發來的一般調度請求后，立即遍歷所有列車并查找是否有車輛正在前往當前缺少車輛的車站；②如果正在前往該車站的車輛數大于等于空余車位數量，則無需額外調度空車，正常等待車輛到達即可；③如果正在前往該車站的車輛數小于空余車位數量，則需要額外調度空車車輛前往該車站；④在調度額外空車車輛時，控制中心將首選正在前往某存車場的空車車輛，其次選擇由近至遠的從存車場調度車輛；⑤直到前往該車站的車輛數等于空余車位數量，停止空車車輛調度。

3.2 空車車輛緊急調度方案

針對PRT 系統“運輸單向性”“客流爆發性”的運輸特點，車站的空車車輛緊急調度方案，當車站有超過預設數量的乘客等待時啟動空車車輛緊急調度方案，其預設數量可根據需求進行設定設置。針對空車車輛緊急調度方案，與空車車輛一般調度方案相比，調車的方法一致，唯一不同之處在于調度前往當前缺車車站的空車車輛數需要大于空余車位數量，直到前往當前車站的空車車輛數大于一定數量時，才停止調度空車車輛。

3.3 列車進站的空車調度方案

該方案旨在解決PRT 系統中列車進出站的空車調度問題，以實現高效的乘客運輸。當PRT 車輛進入車站一定范圍內時，車站單元將向調度中心設備發出進站調度請求。①控制中心基于車站調度請求，并根據該進站列車的相關信息進行判斷，當該列車的調度狀態不是前往當前車站時，不為其分配車位；②如果該進站車輛調度狀態為前往當前車站時，則當前車站根據停車位狀態為該車輛分配停車位，如果當前車站有空余停車位，則按照車位編碼順序為該列車分配車位；③如果當前車站沒有空位且當前進站車輛為載客狀態時，則遍歷當前調度狀態為停于當前車站的列車，當存在有車輛狀態為空車時，則獲取存車場信息，將停于當前車站的空車車輛調度至最近的有空余停車位的存車場；④如果當前沒有空位且當前進站車輛為載客狀態時，且停于當前車站的車輛不存在狀態為空車時，則該車輛在等待區域等待分配車位；⑤如果當前車站沒有空位且當前進站車輛為空車狀態時，若停于當前站車輛有空車狀態車，則獲取存車場信息，將當前進站車輛調度至最近的有空余停車位的存車場；⑥如果當前車站沒有空位且當前進站車輛為空車狀態時，若停于當前車站的車輛無空車狀態車，則該車輛在等待區域等待分配車位。

4 結語

本文根據天府國際機場PRT 系統的特點，設計了一套完整的PRT 空車調度系統及方案，并介紹了其系統組成、運行原理以及調度方案。本文的調度方案可以為其他類似的PRT 系統提供參考，通過對PRT 系統的調度方案進行詳細分析和設計，可以保證車站停車位的充分利用，提高PRT 系統的運行效率和服務質量，同時也能夠有效解決客流高峰期的調度問題，并對提高PRT 系統的智能化水平和運行效率具有一定的借鑒意義。