基于模塊化公交的機場遠程旅客接駁系統設計

摘" 要：模塊化自動駕駛公交的發展為未來大型機場旅客遠程接駁系統的發展提供了新的技術和途徑。該文以廣州白云國際機場為例，在對當前機場旅客出行特征和問題進行分析的基礎上，設計基于模塊化自動駕駛公交的機場遠程停車旅客接駁系統，并對運營效果進行模擬評測。結果顯示，該系統的使用能在一定程度上解決機場航站樓停車空間不足、陸側交通擁堵等問題，相對傳統穿梭巴士系統而言，能更好地滿足旅客隨到隨走的需求，也能有效降低系統運營成本，有利于實現機場交通多樣化和便捷化。

關鍵詞：機場；旅客接駁；模塊化公交；系統設計；模擬測評

中圖分類號：U4-9" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）14-0131-05

Abstract： The development of modular self-driving bus provides a new technology and way for the development of passenger remote access system in large airports in the future. In this paper， taking Guangzhou Baiyun International Airport as an example， based on the analysis of the current passenger travel characteristics and problems of Guangzhou Baiyun International Airport， an airport remote parking passenger connection system based on modular autopilot bus is designed， and the operation effect is simulated and evaluated. The results show that the use of the system can solve the problems of insufficient parking space and land-side traffic congestion in the airport terminal to a certain extent， better meet the needs of passengers than the traditional shuttle bus system， and can also effectively reduce the operating cost of the system， which is conducive to the diversification and convenience of airport traffic.

Keywords： airport; passenger connection; modular public transportation; system design; simulation evaluation

模塊化公交系統主要由小型的可自動拼接或分離的自動駕駛的模塊化車輛組成，其核心技術是通過模塊化車廂的拼接或分離實現公交車隊容量的變化，以合適的車隊成本適應不同的需求。該理念在國內外已經處于研究開發階段：Shi等[1]提出了可變容量的模塊化車輛運行方法；Eva等[2]提出了適應動態需求的模塊化公交車隊時刻表設計與優化方法；Chen等[3]設計了定制算法來求解模塊化公交系統的調度間隔，并對車輛容量進行優化；Ji等[4]提出了模塊化自主車輛系統，其允許車輛模塊連接到其他車輛，或與其他模塊分離，以動態調整車輛容量。

私人汽車一直以來在機場陸側交通接駁中發揮著重大作用。以廣州白云國際機場為例，共有9 784個停車位，但停車難現象一直嚴重，同時周邊道路網基本無增長，高峰時期往往造成陸側道路交通擁堵。由于機場附近用地緊缺，不可能無限制地增加停車和道路設施，遠程停車成為解決上述問題的途徑之一，并由此產生了航站樓與遠程停車場之間的旅客接駁需求。目前，國內一些機場附近設立遠程私人停車場，并采用人工代停的方式，吸引了部分旅客使用，但存在認可度不高、無規模效應和管理困難等問題，導致這種運營模式一直以來并未得到廣泛的推廣。在國外，穿梭巴士和專用軌道接駁系統多用來解決這類問題，但是軌道系統投資巨大，穿梭巴士車次較少，乘客等待時間長，乘坐體驗不佳。

模塊化公交是交通領域的新熱點，其通過6～8座小型電動自動駕駛公交模塊的靈活拼接與拆分[5]，可以實現城市交通出行服務的智能化和精準化，由于不需要專門建設軌道等基礎設施，在節約能源、定向服務等方面優勢巨大，為解決機場遠程旅客接駁問題提供了新的技術手段和解決途徑。基于此，結合模塊化自動駕駛公交理念與機場遠程旅客停車接駁的需求，本文設計了基于模塊化公交的機場遠程停車旅客接駁系統。相較于傳統接駁方案，該系統以更靈活更智能的調度方式，在經濟性、環保性和低延遲性等方面都有獨特的優勢，能以更低的成本，更高效地滿足機場旅客陸側遠程停車接駁出行的需求。

模塊化公交在車輛系統、調度間隔、車輛容量變化、時刻表設計與優化及運行方法等方面都已具備一定的技術基礎，具備了被初步應用于現實之中的條件。Next Future Transportation已經推出了其模塊化公交解決方案。按照現有設計參數，可以滿足機場和停車場之間的短距離出行需求。以下以白云國際機場為例，探討基于模塊化公交的機場遠程停車旅客接駁系統的可行性和優勢。

1" 白云國際機場旅客接駁需求分析

1.1" 白云國際機場的客流出行方式特征

白云國際機場是國內三大門戶復合型樞紐機場之一，2020年旅客吞吐量在全球排名第一。根據調查，白云國際機場到發旅客的不同交通方式分擔率見表1。

由表1 可以看出小汽車分擔率較高。隨著T3航站樓建設方案進入籌備階段，未來旅客吞吐量還將進一步增長，對停車和陸側交通系統的壓力將進一步提升[6]，迫切需要能解決這一問題的新思路。

1.2" 設置遠程停車系統的必要性

由于白云國際機場的特殊設計，機場范圍內已經無法開辟新的停車設施和道路，要解決上述問題，有必要設置遠程停車系統，以較低的停車費吸引旅客停放，在停車場就進行行李托運，在功能上滿足旅客對準時、費用低、舒適和方便的要求。如果利用模塊化公交進行旅客接駁，能彌補現有公交系統在攜帶行李、速度和舒適度等方面存在的不便之處，有較好的發展前景。

1.3" 引入模塊化公交旅客接駁系統的優勢

1.3.1" 智能化優勢

模塊化公交采用自動駕駛技術和自動感應技術，從位于機場的指定地點的儲存站出發，根據指令自動“追上”其車頭或其他車廂模塊，實現不同接駁線路換乘的設想，如圖1所示。在運行時能感應周圍物體特征，智能做出判斷，可以讓車及時停止，從而保障乘客生命安全。

此外，模塊化公交系統將采用智能化調度系統，自動根據旅客需求調整發班頻率和時間，最大限度地滿足旅客等待時間少、即到即走的需求。

1.3.2" 成本優勢

模塊化公交的自動駕駛省去了聘請司機、調度人員和管理人員的成本，公交的整車成本基本與傳統汽油柴油汽車持平；在能源消耗成本方面，模塊化公交消耗電能的成本（約每公里0.09元）大大低于傳統公交消耗的成本（百公里消耗燃油45.6元）[7]。

1.3.3" 社會效益優勢

除了能通過降低成本提高運營效益之外，模塊化公交采用純電動驅動方式，如果與新能源汽車廠商合作，可以形成“新能源汽車-模塊化公交”產業聯系，一方面有利于進一步推廣新能源汽車，另一方面能有效避免碳氧化物、氮氧化物的排放。

此外，模塊化公交的使用將減少前往航站樓的小汽車，節約停車用地，緩解道路交通系統壓力，改善機場環境，提高機場的智能化管理水平，改善門戶形象。

綜上來看，基于模塊化公交的遠程停車旅客接駁系統的運用將全方面優于傳統公交接駁系統。

2" 基于模塊化公交的機場遠程停車旅客接駁系統設計

2.1" 系統實施條件

系統實施過程中必須注重模塊化公交與機場陸側交通系統的耦合：首先應在合適的地理位置設置遠程停車場和接駁交通中心；其次通過機場與遠程停車場之間路段畫線后開辟一條相對封閉的專用車道，使車輛在不受干擾的條件下實現自動行駛。

2.2" 系統組成及功能設計

2.2.1" 停車場

停車場主要負責旅客車輛的停車調度，包括車輛的引導，車輛?？康挠嫊r收費等。

旅客駕車進入停車場時，停車場將通過攝像頭記錄車輛車牌號，開始記錄車輛入場停靠時間，并將相關數據上傳至中樞。

入場后，停車場將會根據當前的空車位的位置和分布情況通過LED指示牌指引入場車輛前往空車位?？?。

在停車位相應區域，停車場會提供一定數量的行李搬運車供旅客使用。

停車場系統還包括以下部分。

1）服務中心：工作人員將為旅客解決各類問題并提供相應指引。

2）售票處：旅客?？寇囕v后可以直接在停車場售票處進行機票購買、換取和改簽等業務。

3）行李托運處：旅客可在停車場提前進行行李安檢、托運等事務，托運的行李經標簽分類后裝入即將上客的公交車。接送離港旅客的公交車進入下客區后，旅客按照指引前往領取處取出行李，即可前往停車區取車。

4）候車室：旅客處理完成各項事務后，可憑借乘車二維碼進入候車區等待上車。工作人員將托運行李打包上車后，將根據候車室的旅客人數派出相應數量的車輛接送旅客前往航站樓。

5）調度中心：負責車輛的調度方案生成和執行，并解決突發問題。

6）收費中心：旅客駕車離開停車場時，停車場將通過入場時的記錄計算并收取應收費用。

2.2.2" 系統中樞

系統中樞是系統的核心，處理所有和數據、智能化相關的工作，包括：

1）建立數據庫用以記錄停車場車輛的?？繒r間及停車費用，同時記錄停車場和航站樓兩處未發出的公交車數量，以及各處的人流量。

2）對系統內車輛進行智能化調度。其基本工作流程如下。

首先，根據訂票系統數據及交通方式分擔率得出使用基于本系統的客流量，在此基礎上預測每天的到達人數和到達分布。其次，根據前一天預測的結果來進行發車時刻表的安排。本系統采用等發車時距的調度模型，以保證預料之外的乘客不會等待太久的時間，避免延誤旅客的行程。該問題可概述為在給定時間范圍[0，T]內，在一個起點一個終點的基于模塊化自動駕駛公交的旅客接駁系統內，給定各個時隙內到達系統的旅客人數，制定一端起點的發車計劃及對應的編組數量，使乘客和運營機構的總經濟成本最小。最后，系統按確定好的時刻表運行即可，如圖2所示。

3）根據調度系統的指令集中控制管理公交車的發出、上下客和裝卸行李，系統性調度各處的公交車數量，防止旅客等待時間過長和車輛資源閑置較多。

4）對出現故障的車輛進行?？刻幚恚⑴沙鲩e置車輛接送旅客，故障車的行李同時轉接至新的載車。完成后控制故障車前往維修處進行故障處理。

2.2.3" 模塊化公交系統

1）車輛方面采用四座電動可接駁模塊化公交，每輛車上旅客將擁有足夠的空間放置隨身行李，也能保證舒適的乘坐體驗。同時公交車將運載旅客在停車場托運的行李。公交車采用磷酸鋰電池，安全性高，并附帶一定面積的太陽能板，達到環保目的。車輛采用無人駕駛系統，由中樞系統控制。

2）停車場前往航站樓，即機場大道與迎賓大道交界處至機場航站樓之間4 km的公路上，劃分公交車專用運行車道，公交車在設定的速度范圍內自動運行，保證乘客準時安全到達航站樓。在運行期間，車輛可以自動組合成車隊運行，從而進一步降低能耗，在達到T1航站樓后進行拆分，部分旅客將前往T2航站樓。如果車輛發生故障，?？吭趹避嚨?，由調度中心安排乘客在路旁等待下一輛可上客的公交車上車。

3）公交車到達航站樓后，在航站樓的專用區域下客，待乘客全部下車后，公交車駛入行李裝卸區進行行李卸裝，航站樓方面的工作人員裝卸行李并送往相應的航班托運。公交車裝卸完后，裝載上前往停車場的離港旅客的托運行李，隨后前往離港旅客候車區接送旅客回到停車場，下客完前往行李處理處卸行李。全部完成后，進行下一個周期的運行。

2.2.4" 其他功能

1）系統自動計算出所需要調度的車輛，設計出多種調度方案，并給出相關依據，可對方案進行選擇或者默認采用某種調度，機場的工作人員也可以視情況對調度方案進行調整。

2）與機場的托運服務相通，旅客可選擇直接在停車場對行李進行安檢后直接送至指定的托運地點，無須乘客到機場辦理托運手續。也可將乘客行李從飛機直接運送到停車場。

3）企業可以通過該系統在公交車或者車站站牌上投放廣告服務。

4）系統可以接入機場的停車服務小程序中，整合并入其中便于機場對其進行相關操作。

5）系統通過實時檢測車輛運行狀態，對車輛出現的情況向機場通知，機場可視情況進行問題的處理。

2.3" 系統運行流程設計

系統總體運行流程如圖3所示。

2.3.1" 旅客到達流程

1）用戶可以通過小程序進行預約，提前獲取停車位置。

2）用戶駕車進入停車場后，取完行李，直接在停車場的行李托運處將行李進行托運處理，同時可直接進行機票出票服務。

3）用戶托運完行李后可使用羊城通或機票上所附的二維碼掃碼過閘機進入公交車站候車（前往1號航站樓與前往2號航站樓的車廂并不相同，用戶需按照公交車站的指示進入不同的上車位置）。

4）模塊化公交會根據站臺人數安排相應車輛，乘客無須擔心排隊過久，有車即上。

5）在模塊化公交前往航站樓的過程中，用戶可利用車上設備提前預約航站樓相關服務，如飲食等。途中用戶若出現緊急狀況，可以通過車上配備的緊急按鈕接通服務中心，說明清楚情況后，車輛將會駛往機場大道路旁最近的服務點，讓用戶下車進行處理，而后車輛將搭載其他用戶前往航站樓。

6）在前往航站樓途中，若用戶發現自己選錯了目的地上錯了車廂，可通過模塊化公交的聯通處進入正確的車廂，隨車廂前往航站樓。

7）到達航站樓后，乘客下車，可直接前往安檢處進行檢票安檢。

2.3.2" 旅客出發流程

用戶到達白云國際機場后，車輛停在停車場且提前預約的用戶可以直接前往機場處的公車站過閘進站，準備上車。若用戶首次到達白云國際機場，想乘坐公交車前往停車場，可在登機前進行預約，到達后直接前往公交車站，在停車場領取托運行李；無預約用戶落機領取托運行李后，直接前往機場公交車站過閘進站，準備上車。用戶在車上的整體服務與前往機場無異。

2.4" 運營效果模擬評測

為了評測系統的運行效率，在“航旅縱橫”APP上選擇了2022年2月16日白云國際機場到港、出港人數進行研究；車輛方面，設定乘客6名/車廂；模塊化車輛運營成本為13.32元/次，2.41元/車廂；等發車時距設定最小間隔為5 min；單次最大編組數為25；路線長為5 km；等發車時距的調度模型為5 min；模塊化公交的運行速度為1 km/min；根據2019年廣州市人均月薪，設置乘客的等待成本為0.96元/min。

假設同樣的線路采用傳統公交進行運營，采用廣州市目前通用的公交車型，百公里油費92.4元，司機平均薪酬4 500元/月；而模塊化公交每百公里成本0.3元，且無須支付司機薪酬。以現有參數為基準，將模塊化公交接駁系統與常規公交運營進行對比，發現在同樣的客流條件下，本系統能使公交的空載率下降85%，綜合成本節省約45%。

3" 結束語

模塊化公交的運用能較好地滿足機場旅客的疏運需求，也是未來解決大型機場停車難與陸側交通壓力大等問題的有效途徑，其優勢在于能夠很好地適應客流的變化，降低經濟、時間等成本，提升乘客體驗感。由于系統集中調度，模塊化公交還將會減少碳排放、光污染和聲污染等，帶動周邊經濟的發展，是適應未來低碳綠色發展趨勢的先進的交通運輸系統。本系統的設計能為其他大型機場在道路交通方面的規劃和改善提供有益的借鑒。

參考文獻：

[1] SHI X W，CHEN Z W，PEI M Y， et al. Variable-Capacity Operations with Modular Transits for Shared-Use Corridors[J]. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board， 2020，2674（9）：036119812092807.

[2] EVA B，DAVID C，LEANDRO C C， et al. Exact formulations and algorithm for the train timetabling problem with dynamic demand[J]. Computers and Operations Research， 2014，44：66-74.

[3] CHEN Z W， LI X P，ZHOU X S. Operational design for shuttle systems with modular vehicles under oversaturated traffic： Discrete modeling method[J]. Transportation Research Part B， 2019，122：1-19.

[4] JI Y X，LIU B，SHEN Y，et al. Scheduling strategy for transit routes with modular autonomous vehicles[J]. International Journal of Transportation Science and Technology， 2021，10（2）：121-135.

[5] 掌尚車市.告別擠公交！模塊化“無人駕駛汽車艙”將顛覆出行[EB/OL]．（２０２２－０３－０６）．http：//news.yiche.com/hao/wenzhang/584896.

[6] 姚士謀，陳彩虹，王書國，等.國際空港的大區位及其規劃布局問題——以廣州新白云機場為例[J].人文地理，2006（1）：56-59，109.

[7] 雷驚雷，張占軍，吳立人，等.電動車，電動車用電源及其發展戰略[J].電源技術，2001（1）：40-46，59.