快速公交系统智慧化设计思路及关键技术研究

廖燕宇

（广州市市政工程设计研究总院,广东 广州 510060）

0 引言

快速公交（Bus Rapid Transit，BRT）不是一个简单的基础设施建设项目，快速公交线网是城市综合交通系统中的重要组成部分，同时快速公交系统也是优化城市交通结构、提升城市交通整体形象的有效措施[1]。快速公交系统充分结合了现代化公交技术、智能运输和运营管理技术[2]，设计和建设不仅与道路土建相关，更是涉及智慧交通、数字交通很多方面的内容，需要在快速公交系统设计的过程中对整个系统涉及的设施、设备和功能进行梳理，厘清系统智慧化设计的总体需求和思路。采用先进的理念和技术对重要节点进行关键技术分析，并在项目全过程中参照遵循，落实系统智慧化的设计与建设。

1 快速公交系统智慧化设计需求

为了更好地发挥快速公交项目在公共交通中的重要作用，向广大乘客提供更为优质、便捷的公共交通服务，为运营管理者提供高度直观、可视的营运生产工具，为城市管理者提供真实、科学的服务监督手段，快速公交系统智慧化需根据项目实际情况。采用网络、通信、控制、计算机、信息处理及智能交通系统技术，实现以下功能：

（1）实现“站台—车辆—道路—场站”一体化，强化合理调度、快速上下、安全舒适、人性化服务的功能。

（2）满足现代化营运对信息系统的需求，实现客流统计预测，优化运营和管理数据；同时面向公众提供精确、方便、有吸引力的信息服务。

（3）实现精准调度：均匀合理的行车间隔；跨线路营运，线路间人员及车辆资源调配；电子路单、自动报站，对车辆运行实现过程监控；符合BRT运行需要的、便捷先进的售票、检票系统。

（4）实现车辆实时动态定位。建立集成的、综合利用的信息传输网络，满足系统多媒体信息传输、业务调度、实时监控需要，满足未来扩展、车路协同、智慧道路系统集成的需要。

2 总体设计思路

在目前常规快速公交智能化设计基础上，提出构建完整的快速公交智慧化系统，包含发布层、应用层、数据中心层、物联感知层。如图1所示。

图1 快速公交智慧化总体构架图

（1）物联感知层：部署在车内、站台、路口等位置的终端及配套设备，负责公共交通运行数据采集，为整个系统提供原始数据支撑。

BRT智能网联车载设备包括车路协同OBU、驾驶员行为分析、碰撞预警、360环视、客流统计、车尾信号灯状态显示LED等；站台终端包括电子站牌、安全门、IP数字广播、UPS系统、视频监控等；道路终端包括RSU、公交优先信号机、BRT诱导屏等；通信层为整个平台系统提供数据、语音、视频提供网络传输服务，包括有线网络、无线网络、卫星通信等。

（2）数据中心层：基于大数据和人工智能技术构建的公交AI大脑，实现多源异构动静海量数据的接入、解析、清洗、存储和分析，打造公交专属AI智能算法仓，负责基础数据、业务数据、主题数据的存储。同时为基础业务应用提供融合计算、数据质量监管、数据共享交换等服务支撑。

（3）应用层：基于数据中心和后台整个应用平台支撑环境[交通地理信息平台（GIS）、交通位置信息平台、视频监控平台、工作流管理平台等]，开发智慧调度系统、ERP系统、中心监管系统、公交大数据分析系统、BRT廊道综合监控系统、线网优化仿真系统等核心应用。

（4）展示发布层：面向企业和社会公众提供服务的终端设施或应用系统，主要包括调度中心大屏、诱导屏、车载LCD屏、公交车尾屏、手机App、BRT站台站牌等。

3 关键技术研究

3.1 车辆智慧化

以智能车载终端为核心，基于无线通信技术、实时定位技术、智能视频分析技术、智能网联技术以及CAN总线通信技术，构建智慧网联车系统，实现车路协同、驾驶员行为分析、碰撞预警、360环视、客流统计、电子LCD后视镜、车尾信号灯状态显示LED等，满足高效运营、辅助驾驶、全面安保和便捷服务要求。

3.2 站台智慧化

BRT站台智慧化包括以下系统：

（1）高清视频监控系统：每个站台及车站布设视频监控摄像机，实现站台内视频监控全覆盖。

（2）乘客信息服务系统：可结合站台平面布设足够的LCD电子站牌，满足BRT车辆的预到站、到站、离站的信息显示；满足其他常规信息（线路调整、天气预报等）信息的显示；满足应急信息的显示。

（3）数字广播系统：站台布设防水音柱、功放等设备，向该站乘客提供车辆停靠、进出站信息、安全提示、导向、音乐及应急广播通知等信息服务。

（4）通信系统：站台布设满足设备传输需求的交换机等通信设备，通过网络专线，将数据传输至中心机房等网络设备上，实现数据上传下达。

（5）站台UPS系统：当市电故障时，为确保BRT站台智能化系统设备能够正常工作，在站台配置UPS电源及配套机柜。可结合具体项目所在地环境，增设太阳能供电系统，满足站台绿色节能设计需求。

（6）站台易燃易爆油气体监测装置系统：要对酒精、汽油、柴油、氢气、天然气、香蕉水、松香水等常见易燃易爆油气体分子实现快速、精确检测，确保站台及乘客安全。

3.3 道路智慧化

3.3.1 智慧道路系统

按照“智慧道路”要求进行BRT走廊道路基础设施优化提升，结合快速公交廊道沿线道路具体情况，构建可感知、可管控、可运营、可服务的新型智慧道路体系，包含智能信号控制系统、智慧路口系统、交通安全监控系统、智慧信息发布系统、行人智慧过街系统、车路协同路侧系统、智慧道路管控平台以及外场通信、后台集成环境系统等。依托新型传感设备支撑上层系统应用，实现人—车—路—环境的全要素协同管控[3]。快速公交系统与智慧道路同步建设，如图2所示。

图2 快速公交项目中推进智慧道路的建设

完整的智慧道路系统构架中包含应用展示系统、智慧数据中心、标准规范管理层级信息共享交换层。应用及展示系统是道路管理的核心，根据交通、公交管理的需求，完成各种指令的执行。智慧数据中心为交通管理系统的运行提供支撑，可结合项目与快速公交管理平台共建或者根据具体管理需要分设，但两者之间必须进行数据交互，协同运作。

3.3.2 智能网联公交优先系统

智能网联公交优先是指公交车在行驶至有红绿灯的信号路口时，交叉路口的信号控制机检测到公交车即将驶入路口时调整交叉路口的红绿灯的相位，优先让公交车通过交叉路口。基于V2X的快速公交优先方法能够实现公交与红绿灯之间的双向通信、公交的精确的位置速度检测、公交上乘客的数量统计、信号优先配时等功能。重要思想是保证公交优先通行的需求时同时能够兼顾其他车辆的交通利益[4,5]，实现整个交叉路口的乘客的利益最大化。如图3所示。

图3 智能网联公交优先技术原理图

通过车端搭载OBU设备、路侧布设RSU设备，实现车—路双向实时通信。同时车端搭载RTK高精度定位、车内及车尾信息屏，实现车道级定位实时感知、车内面向驾驶员的公交车速引导、面向乘客的精准到站预报及公交优先信息发布服务、车尾端面向社会车辆的路口信号灯提示信息发布服务。智能网联车路协同系统作为公交信号优先控制系统在车—端双向通信桥梁，信号优先控制系统可根据每辆公交的实时位置、速度信息进行精细化的动态信号调整及公交车速诱导，提高线路准点率，提升公交服务水平。

需要补充的是，我们这里谈论的AI所指代的是运转于图灵机之上的AI程序，亦即当下提到人工智能时默认的预设，而没有完全排除其他某种形式的“人工”智能体成为艺术家的可能性。量子力学理论本身容纳了意识所具有的整一性和不确定性特征，这就给用量子力学框架解释意识和自由意志留出了理论空间。那么我们就有理由期待基于量子力学原理制造的量子计算机有朝一日成为具有自由意志的人工智能体的载体，而本文讨论涉及的AI并不涉及量子人工智能。

3.3.3 多媒体信息发布子系统

采用全彩显示屏作为多媒体信息发布的平台，内嵌LAN、WIFI、4G，智能管理核心模块，根据具体场景需求，显示系统可胜任各种需求，包括商业广告、公益宣传、公共信息发布、紧急情况警告、区域地图显示、路段管制诱导显示、重大节日信息发布等。

3.3.4 智能监控子系统

视频监控作为系统的核心单元，将智能监控概念及产品引入系统设计中，为道路等多种场景适配视频监控，做到与一键告警、广播等其他模块设备的快速有效联动，从而实现对人、车、物的安全、智能、有效监控与便捷预警，为营造智慧城市、平安城市做出应有贡献。

3.4 运营管理系统智慧化

配置和建设公交AI大脑、中心监管系统、公交大数据分析系统、BRT廊道综合监控系统、线网优化仿真系统。

（1）公交AI大脑：基于大数据和人工智能技术，实现海量数据快速检索和分析，深入挖掘安全、成本、客流等核心数据，为企业运营、安全和服务决策提供有效支撑，智慧公交AI大脑统一存储管理各应用系统所收集或处理的数据，包括但不限于公交车辆实时位置、客流、音视频等多种格式数据，满足BRT日常运营调度管理等业务需要。同时将业务数据清洗转换后应用大数据技术建立专题数据库供各系统使用。

（2）中心监管系统：面向快速公交调度指挥中心，中心监管人员通过中心监管系统，实现调度质量、安全事件的识别和及时处置，保障企业经营指标达成。

（4）BRT廊道综合监控系统：突破常规公交以线路为单位监管模式，实现对BRT走廊沿线全部运营线路、车辆、站台、路口的实时监管，以BRT走廊为核心整体监控途经所有线路、车辆运力投入，多线路公交车辆廊道行驶、有序进出站台减少车辆排队提升乘客运送效率。实现线路运力投入与线路/站台客流分析、车辆运行效率、站台进出站效率等分析。

（5）线网优化仿真系统：基于公交客流OD分析、线网瓶颈识别、客流预测研发或集成对应算法技术，通过准确聚焦线网瓶颈点，智能推荐优化场景，科学评估调优方案，实现线网空间布局及运力配置优化，提高BRT运营效益和公交服务水平。

4 结束语

综上所述，快速公交系统以效率高、舒适、方便快捷有效改变了市民出行观念和行为，改善城市的交通出行结构。同时，在国家明确碳达峰、碳中和目标，促进生态文明建设的背景下，快速公交作为更加高效集约的公共交通方式作用明显。在现有的快速公交系统设计中，有必要结合交通数字化、智慧化建设进行智慧化设计，更好地整合公共交通资源，缓解城市交通拥挤，更好满足乘客、公交运营企业及城市管理者的需要，切实提高公共交通干线的建设标准。同时，快速公交智慧化设计也是对绿色、节能设计的加强，通过更为先进的技术应用降低系统建设成本，通过智能、集约化和高效的管理手段应用降低系统运营成本、乘客出行成本，切实提高公共交通在节能减排上的关键作用。对快速公交系统的智慧化建设是动态的，也是长期的，从规划设计阶段进行整体的统筹部署、关键技术的研究应用以及预留未来技术发展升级空间对快速公交项目建设至关重要。