陳曉霞

摘 要：城市公共交通基礎(chǔ)設(shè)施是支撐城市交通出行的主動脈，是城市發(fā)展水平的重要體現(xiàn)，新基建與傳統(tǒng)基建融合發(fā)展最重要的落地領(lǐng)域就是城市交通，而數(shù)字孿生技術(shù)能夠驅(qū)動城市智慧交通快速發(fā)展。本文重點介紹了公交基礎(chǔ)設(shè)施管理現(xiàn)狀及趨勢，數(shù)字孿生公交基礎(chǔ)設(shè)施管理總體路徑，公交設(shè)施數(shù)據(jù)對象模型設(shè)計與功能設(shè)計，最后以原型與案例的形式論述了數(shù)字孿生公交基礎(chǔ)設(shè)施管理實踐。

關(guān)鍵詞：公共交通基礎(chǔ)設(shè)施;數(shù)字孿生;智能管理與運維

1 研究背景

城市公共交通基礎(chǔ)設(shè)施是支撐城市交通出行的主動脈，是一座城市發(fā)展水平的重要體現(xiàn)，它包含公交線路、車輛、站點、停車場、保養(yǎng)場、樞紐站和信息系統(tǒng)。新基建與傳統(tǒng)基建的融合發(fā)展最重要的落地領(lǐng)域就是城市交通，而數(shù)字孿生技術(shù)能夠驅(qū)動城市智慧交通快速發(fā)展。數(shù)字孿生充分利用物理模型、傳感器、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度的實體映射，反映相對應(yīng)實體設(shè)計、開發(fā)、制造、服務(wù)、維護(hù)全生命周期過程。通過數(shù)字孿生技術(shù)能夠?qū)⒐换A(chǔ)設(shè)施數(shù)字場景與物理場景進(jìn)行融合，建立全面的本體與孿生體實時聯(lián)系，還原交通設(shè)施“數(shù)字鏡像世界”，實現(xiàn)數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)監(jiān)測和時序跟蹤。

2 公交基礎(chǔ)設(shè)施管理現(xiàn)狀及趨勢

當(dāng)前公交基礎(chǔ)設(shè)施作為交通基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，為人們的日常出行提供舒適、便捷、可靠、安全乘車服務(wù)。隨著新型基礎(chǔ)設(shè)施在國內(nèi)推進(jìn)，傳統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施融入更多信息手段和智能手段，保證基礎(chǔ)設(shè)施管理的同時，為乘客出行提供更可靠的服務(wù)。以浦東新區(qū)為例，在跨區(qū)域交通聯(lián)合發(fā)展過程中，由于存在區(qū)域公交互通、區(qū)域一體化運營、政府資金投入等原因，智能公交站點基礎(chǔ)設(shè)施在規(guī)劃建設(shè)過程中常常分批建設(shè)，即使在一個站點，存在僅部分線路接入預(yù)報服務(wù)，致使公交站點改造已建與未建信息掌握不全。另一方面，城鎮(zhèn)化發(fā)展和軌交配套服務(wù)，公交線路每年存在10%左右線路調(diào)整，在站點端常常存在印刷錯誤、預(yù)報錯誤、信息準(zhǔn)確性偏差、運維力度大、成本高等問題。

現(xiàn)行運維方式主要依靠人力巡檢及平臺端對信息化數(shù)據(jù)設(shè)備的狀態(tài)采集，由于公交站點預(yù)報設(shè)備信息準(zhǔn)確性包括靜態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、智能化設(shè)備配置、設(shè)備故障、供電狀況、信息傳輸、預(yù)報算法等多方面，對設(shè)施信息化建設(shè)涉及分期規(guī)劃、分期建設(shè)、及時運維等階段，無法實現(xiàn)對全站點所有位置進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測并實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的時序跟蹤，很難給站點的及時可靠運行提供有效的安全保障。為了加大實現(xiàn)公交站點基礎(chǔ)設(shè)備全方位數(shù)據(jù)狀態(tài)、全生命周期數(shù)字化管理，降低運維成本，數(shù)字孿生公交基礎(chǔ)設(shè)施管理應(yīng)運而生。

3 數(shù)字孿生公交基礎(chǔ)設(shè)施管理總體路徑

數(shù)字孿生公交基礎(chǔ)設(shè)施管理融合需要同時取得多項數(shù)據(jù)資源（如圖1所示），為了保證數(shù)據(jù)一致性問題，以公交線路調(diào)度系統(tǒng)為基礎(chǔ)，獲取車輛進(jìn)出站狀態(tài)、車輛實時位置等信息;浦東公交信息發(fā)布系統(tǒng)通過時間預(yù)報算法等解算出公交到站位置、預(yù)計到站時間發(fā)送至電子站牌后臺管理系統(tǒng);電子站牌后臺管理系統(tǒng)對車輛進(jìn)出站和實時位置系統(tǒng)進(jìn)行解算，并存入線路上行或者下行隊列中，系統(tǒng)同時提取線路設(shè)備信息，生成帶有設(shè)備編號的數(shù)據(jù)協(xié)議發(fā)送至線路上行或下行外場公交基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備;外區(qū)域公交到站時間和站級預(yù)報通過上海公交APP轉(zhuǎn)發(fā)至電子站牌后臺管理系統(tǒng)，電子站牌后臺管理系統(tǒng)按上述方式進(jìn)行解算。外場基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)的電子站牌終端控制系統(tǒng)解算后，分別將信息發(fā)送給時間顯示控制單元和站級顯示控制單元，由硬件驅(qū)動控制程序完成終端數(shù)據(jù)顯示。至此，外場公交基礎(chǔ)設(shè)施動態(tài)信息預(yù)報工作完成。

為了保障公交基礎(chǔ)設(shè)施的準(zhǔn)確性、可靠性需要建立數(shù)字孿生公交基礎(chǔ)設(shè)施管理運營系統(tǒng)進(jìn)行海量基礎(chǔ)設(shè)施線上運營數(shù)據(jù)監(jiān)測和監(jiān)管，構(gòu)建一個實時在線、廣域覆蓋、24小時監(jiān)測和運營的公交基礎(chǔ)設(shè)施大腦，將片區(qū)公交基礎(chǔ)設(shè)施智能化改造工程項目所涉及的站點信息分類管理和集中運維。

4 公交設(shè)施數(shù)據(jù)對象模型設(shè)計

數(shù)據(jù)模型對公交設(shè)施主要業(yè)務(wù)對象進(jìn)行清晰的描述，并定義統(tǒng)一的數(shù)據(jù)視圖，形成元素的統(tǒng)一名稱和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，模型清晰展現(xiàn)數(shù)據(jù)對象之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而規(guī)范數(shù)據(jù)之間的交互流轉(zhuǎn)。包括站點對象Station、公交基礎(chǔ)設(shè)施智能設(shè)備對象Device、線路對象Line。

Station（pdb編號、站點名稱、Device{}）

Device{Device_1（設(shè)備編號、所屬站點類型、項目歸屬、設(shè)備版本、最近心跳時間，背光亮度、背光時間、溫度、電壓、電池類型，Line{}），…， Device_n（設(shè)備編號、所屬站點類型、項目歸屬、設(shè)備版本、最近心跳時間，背光亮度、背光時間、溫度、電壓、電池類型，Line{}）}

Line{line_1（端口號，線路名，開往方向，站序，運營時間，標(biāo)準(zhǔn)間距，運營公司，第1輛車站距，第1輛車牌號，第1輛預(yù)計到達(dá)時間，第2輛車站距，第2輛車牌號，第2輛預(yù)計到達(dá)時間，第3輛車站距，第3輛車牌號，第3輛預(yù)計到達(dá)時間），…，line_n（端口號，線路名，開往方向，站序，運營時間，標(biāo)準(zhǔn)間距，運營公司，第1輛車站距，第1輛車牌號，第1輛預(yù)計到達(dá)時間，第2輛車站距，第2輛車牌號，第2輛預(yù)計到達(dá)時間，第3輛車站距，第3輛車牌號，第3輛預(yù)計到達(dá)時間）}

統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)規(guī)范，在遵循一體化城市級公交設(shè)備信息模型的基礎(chǔ)上，為實現(xiàn)不同系統(tǒng)、不同結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一訪問途徑，設(shè)計形成的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口服務(wù)規(guī)范，以滿足各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)的共享交換及分析應(yīng)用。

規(guī)范各類數(shù)據(jù)決策分析應(yīng)用，形成用于規(guī)范數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)的數(shù)據(jù)倉庫模型，并完成支撐運營監(jiān)測、專業(yè)輔助決策等各類數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，實現(xiàn)各類分析應(yīng)用的統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)。

5 公交基礎(chǔ)設(shè)施管理功能設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)治理。以對象化為基礎(chǔ)進(jìn)行管理，充分挖掘系統(tǒng)數(shù)據(jù)，對接入數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、融合、形成帶有業(yè)務(wù)信息的結(jié)構(gòu)化時序數(shù)據(jù)。構(gòu)建“原始數(shù)據(jù)-站點畫像-分析挖掘-策略制定-資源優(yōu)化”的公交基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)資產(chǎn)和運行應(yīng)用體系，推動建設(shè)過程場景化、設(shè)備狀態(tài)全景化、數(shù)據(jù)分析智能化、運檢管理精細(xì)化，為后續(xù)開展業(yè)務(wù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)融合以及信息展示提供全新方式。

（2）多模式監(jiān)管。根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施全生命周期建設(shè)將監(jiān)管分為改造模式、踩點模式、維護(hù)模式、收藏模式等，推動建設(shè)過程的場景化。其意義在于：1）待改造模式能夠地圖集中展示區(qū)域范圍未完全改造站點及未改造站點，方便制定階段改造任務(wù)和計劃;2）踩點模式根據(jù)踩點計劃，快速制定多人協(xié)同踩點作業(yè)模式，地圖展示已踩點位及未踩點位，便于分工實施踩點任務(wù)和踩點計劃;3）巡檢模式制定巡檢周期、巡檢任務(wù)批次清單，監(jiān)督任務(wù)完成情況;4）維護(hù)模式能夠?qū)崟r監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)，并用不同標(biāo)志標(biāo)識，加速定位設(shè)備故障診斷能力，提高維修作業(yè)效率;5）收藏模式使實際運維人員能夠根據(jù)點位重要性，加入收藏模式，重點關(guān)注;

（3）精細(xì)化運維。通過對公交數(shù)據(jù)進(jìn)行梳理和規(guī)范編制，從站點概況、設(shè)備詳情、自定義故障類型、維修日志、照片實時記錄，追溯公交站點設(shè)施狀態(tài)，進(jìn)而進(jìn)行工單派發(fā)。對運維作業(yè)進(jìn)行任務(wù)制定和運維人員巡檢路徑規(guī)劃、巡檢過程全方位記錄、設(shè)備巡檢時序數(shù)據(jù)分析，精細(xì)化管理公交基礎(chǔ)設(shè)施，保障可靠地為居民出行提供服務(wù)。

6 原型與案例

本文展示了一個公交基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字孿生系統(tǒng)原型。如圖2所示實現(xiàn)了可重構(gòu)近物理仿真，構(gòu)建了復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施對象模式。圖3多模式監(jiān)管，實現(xiàn)公交基礎(chǔ)設(shè)施從規(guī)劃設(shè)計、智能改造、運行維護(hù)全過程管理。圖4演示現(xiàn)場故障運維場景。

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