一体化出行服务平台架构及实现分析

2022-03-26王金鹏

铁路通信信号工程技术 2022年3期

马兰，燕翔，王鹏，王金鹏

（1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2.河北雄安轨道快线有限责任公司，河北保定 071700）

1 概述

1.1 一体化出行服务概念

一体化出行服务与智能交通系统（ITS）的一体化交通建设密切相关，在一体化交通的基础上，一体化出行服务充分发挥资源调配、协调运作、个性化服务的优势，可以为用户提供基于“出行即服务（MaaS）”理念的全新出行体验。同时也有利于实现共享化、低碳化、人本化的城市交通生态。

2021年《国家综合立体交通网规划纲要》指出，综合立体交通网要支撑“全国123出行交通圈”，为此应推进各种运输方式统筹融合发展，推动城市内外交通有效衔接，并构建运营管理和服务“一张网”。轨道交通近年的发展和未来规划可对“123出行交通圈”的实现起到很好的支撑作用，包括：服务于跨区域、跨城市中长途客流，为旅客提供“站到站”运输服务的国家干线铁路及城际铁路；服务于城市郊区和周边新城（镇）与中心城区联系，介于城市轨道交通与城际铁路、国铁干线之间，全面覆盖沿线城镇的市域（郊）轨道交通；服务于中心城区内部居民日常生活出行，同时为区域、市域线路提供客流集散服务的中心城区轨道交通。进一步地，一体化交通以轨道交通为核心，综合多种不同的交通方式，解决“最后一公里”问题，支撑“123出行交通圈”基础上的“门到门”服务。所谓一体化出行服务即是在一体化交通的支撑下，实现用户从出门到进门全过程无缝衔接的出行，并为用户提供一体化、无断链的动态出行服务。

一体化出行服务主要涉及4个方面的任务：1）各种交通模式高度整合，各类交通和用户数据全面共享，并实现支付体系一体化；2）基于资源调度提供服务，用户一体化的行程方案中，保证换乘交通工具时有“资源”可以使用；3）以人为本，提供无缝衔接、安全便捷和舒适的全链条出行服务，包括各种增值服务；4）减少私家车出行，扩大公共交通、共享交通等绿色出行的比例，节能减排，保护环境。

1.2 国内外平台建设情况

20世纪 90 年代，美、日、欧等地区开始智能交通方面的尝试，到2014年MaaS概念被提出，随后成立MaaS产业联盟，同时各国也陆续尝试开发一体化出行平台。比如：瑞典哥德堡的 UbiGo平台试点使私人车辆用量下降44%，奥地利维也纳的 SMILE平台试点后超过1/5的用户反馈已较大降低了私人车辆使用率，芬兰赫尔辛基的 Whim平台用统一的APP就可支持本地的多种交通方式等。

国内智能交通研究起步稍晚，但同样有较快的发展，北上广等地陆续推出服务平台，与本地出行服务运营商、城市间客运公司、互联网公司、电商公司等合作，建设了有效的智能交通系统。典型代表是2019年北京市交通委与高德地图合作启动的北京交通绿色出行一体化服务平台，以高德地图APP为基础，接入北京公交、地铁、市郊铁路、网约车、长途大巴等多种交通行业大数据，为公交用户提供了“地铁优先、步行少、换乘少、时间短”等多种出行规划建议，将路线规划、步行导航、换乘引导、下车提醒等服务直观地呈现在使用者面前。

一体化出行服务已成为目前智能交通系统的研究热点，需要更加深入的研究，进一步提升交通、道路资源协同能力，打通数据孤岛，提升平台运算、决策和管理能力，提升客户出行体验，促进交通及城市健康发展。

2 平台设计目标

一体化出行服务以出行者体验为导向，将各种交通模式全部整合在统一的服务体系与平台上，其中，平台的设计是关键。一体化出行服务平台需通过信息集成、运营集成、支付集成等，利用大数据进行决策，优化资源配置，构建全链条一体化出行服务体系，为用户提供个性化的综合出行服务。依托平台以及统一的APP，出行者可以灵活选择最适合他们的交通方式，用户只需在平台上选择目的地，可自动生成多种方案，并实现一次支付、一张电子票，全程无忧的到达目的地，兼具优化出行成本、时间的能力。基于平台的一体化出行服务体系如图1所示。

图1 一体化出行服务体系示意Fig.1 Schematic diagram of integrated travel service system

从系统角度，平台主要设计目标包括：

1）融合各种交通方式：各种交通模式在一个平台的融合、协同，并实现支付体系一体化；

2）提供基于资源的个性化服务：提供基于资源、无缝衔接、便捷、舒适的门到门出行服务；

3）实现绿色出行：鼓励市民乘坐公共交通出行，并达到公共资源的优化配置。

从用户体验角度，平台主要设计目标包括：

1）出行时间优化：让出行者的出行准备时间最小化、等待时间最小化、响应时间最小化、状态切换时间最小化；

2）出行成本优化：让出行者可以优选低成本、环保的交通方式；

3）出行体验优化：通过整体交通状况的感知、协调、智能决策提高出行的流畅度，通过用户画像、出行习惯匹配等提供针对个人优化的服务体验，以及引入增值服务等。

3 平台架构分析

一体化出行服务平台可以说是交通领域新型供需关系的组织者，其本质是以数字信息为核心生产要素，对各类交通方式进行一体化供需即时组织优化，从而实现交通供需的动态均衡和精准匹配。

一体化出行服务平台设计要素如图2所示。

图2 一体化出行服务平台设计要素Fig.2 Design elements of integrated travel service platform

在生产要素方面，平台需实现数字信息的获取和处理，建立物理世界与数字世界之间的映射，对信息处理后提供出行方案与供给调度策略。

在组织要素方面，平台需对需求端进行有序组织，处理海量、高频、并发的出行供需信息；在供给端对各类交通方式进行动态互动与实时响应，实现交通供需的动态均衡和运力、运营组织方面的精准匹配。

在功能要素方面，平台需实现的核心功能包括运力整合、一站式服务、与交通治理的整合等，支撑功能包括支付服务、身份识别服务、出行配套等，附加功能包括出行与消费、物流、保险等的融合。

基于上述思路，一体化出行服务平台架构如图3所示。

图3 一体化出行服务平台架构Fig.3 Architecture of integrated travel service platform

其中，感知层、网络层分别对平台提供数据和网络支撑，平台层提供平台基础能力，应用层提供相关子系统及服务。

4 平台实现分析

按照一体化出行服务平台总体架构，平台的实现需要考虑4个层面的方案与实施，具体分析如下。

4.1 感知层

平台的感知层通过多种方式收集平台所需数据信息，涉及人、车、线路、环境等，包括物理空间的数据、移动数据，还包括各个相关联平台提供的数据信息等。举例如下：

交通数据：车船等交通载具、路桥等交通设施、交通环境、信号控制系统等；

出行数据：停车、加油站、充电站、维修、安全检查、Wi-Fi等；

空间信息数据：定位服务、地图数据、第三方开发公司等；

身份认证数据：交通数据、一卡通公司、互联网企业、第三方开发公司等；

支付服务数据：移动支付公司、银行、第三方支付公司等数据；

消费服务数据：吃、住、游、购、娱等消费服务平台数据；

保险服务数据：为车辆、乘客等提供保险服务。

感知层数据除了通过各外部系统接入、物联网感知网络收集外，近年来，依靠低空平台提供的感知/定位网络也是可供参考的新方案，具体为：使用无人机平台周期性对地面运输载具的移动情况进行巡逻采集，然后由低空无人机网络传递给低空浮空器平台进行汇总，低空浮空器平台通过空地高带宽链路同地面指挥中心共同完成对数据的分析和指挥任务。地面的传感器网络、5G网络、低空无人机和低空浮空器网络共同构建成空天地一体化感知网络。

4.2 网络层

平台的网络层可综合使用多种网络技术，提供数据共享互通的通道，主要包括：

1）有线网络：宽带高速通信网，提供各骨干节点间的、高传输速率的连接，也可作为其他网络的承载网；

2）5G无线网络：提供移动接入、大带宽、低时延、万物互联的无线网络，满足感知层终端无线接入需求，亦可满足工业环境、高速移动等特殊场景的接入需求；

3）其他类型网络：比如低空通信网络，可依托低空通信平台搭载网络基础设施，具有续航时间长、载重大、监测覆盖范围大、使用成本低、使用维护方便、起降场地要求低等优势，提供多模式的通信网络支撑。

实际网络建设中，既可使用运营商公共网络提供的通道，也可依据交通领域特点采用灵活建网方案。例如在道路、停车场等建设5G智能灯杆，集成智能照明、5G基站、Wi-Fi热点、监控、充电、传感等功能，更好的匹配覆盖一体化交通路网。

4.3 平台层

平台层作为综合性的基础能力平台，其建设主要考虑以下方面。

1）采用云原生架构，提供统一的开发、组态、运维、调试工具及各种通用服务，减少重复性设计开发，实现各种应用的敏捷开发和部署。

2）整合网络层多种数据来源，开放多接口，接入包括有线网络、5G网络、低空网络、互联网等数据来源，并统一采集和预处理各类数据，包括业务数据、运营数据、物联网数据、基于位置服务（Location Based Services，LBS）数据、用户位置等。

3）建设系统中台，实现共享的服务中间件，为一体化出行各系统提供基础能力，如数据治理、数据挖掘、数据交换、消息服务、地理信息系统（Geography Information System， GIS）服务、安全认证等。

4）统一上层服务接口，对接上层应用，并支持与外部应用系统对接，如公共出行服务商、政府监管部门、物流服务商、其他服务商等提供的应用系统。

4.4 应用层

平台的应用层需实现如下相关服务。

1）一体化出行规划服务：实现基于规则的出行路径优选及综合交通出行解决方案生成，考虑时间、费用、换乘约束、偏好等，优先推荐公共交通，综合展示方案比选和实时交通信息，并可实时更新路线计算和规划。

2）出行无障碍服务：提供统一的票务预订、行程订单管理，对接第三方服务平台，实现电子通票、身份互认等，让用户以简单的消费获得全程服务。

3）信息服务系统：对需求端信息和供给端信息进行收集、整合，将需求端的出行意愿、客流情况与供给端的交通资源进行匹配和调度，对用户个性化需求提供动态响应。

4）支付系统：对接和整合各交通场景的互联网支付通道，提供对账、差错处理等统一管理，提高支付和结算效率。

5）运营分析系统：运营数据收集和挖掘，形成运营分析报告，量化对比成效，为城市交通整体规划、一体化交通体系建设和改善提供参考。

6）信用评价系统：记录、评价各交通方式供方和需方的行为信用，设定奖惩规则，引导规范服务，文明出行。

7）绿色评价系统：记录公共交通、共享交通出行行程积分，提供兑换奖励，提倡绿色低碳出行。

8）附加服务系统：对接、联动其他服务，如旅行方案、酒店服务等。

此外，平台最终还需考虑呈现给用户统一的APP，给运维人员综合的运维终端等。

一体化出行服务平台各个层面的实现融合了互联网、物联网、云平台、大数据和人工智能等先进的感知技术和信息处理技术，并涉及动态规划、路径优选算法、数据挖掘、分布式计算、信息加密等多种处理算法，是一个综合性的项目。如果考虑到平台与城市运营、各交通服务公司、互联网公司、网络运营等的多方互动，更是需要开展综合规划与合作建设。