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(zé)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?shù)闹匾獦屑~，然而傳統(tǒng)的交通方式如出租車、公交車等在機場交通運輸領(lǐng)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(tǒng)（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(tǒng)被提出應(yīng)用到機場交通運輸領(lǐng)域，PRT 系統(tǒng)在公共交通領(lǐng)域首次實現(xiàn)了“點對點”式的服務(wù)以及24 小時不間斷的運營，因此將PRT 系統(tǒng)與傳統(tǒng)公共交通系統(tǒng)相結(jié)合，可有效地解決傳統(tǒng)公共交通系統(tǒng)“最后一公里”的服務(wù)區(qū)域受限問題。在機場交通運輸領(lǐng)域，機場PRT 系統(tǒng)已經(jīng)被廣泛應(yīng)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(tǒng)，成都天府國際機場也計劃引進PRT 系統(tǒng)[1-7]。

然而，PRT 系統(tǒng)車輛的調(diào)度受人的因素干擾較大，無法像傳統(tǒng)公共交通系統(tǒng)一樣，利用固定的時刻表來組織車輛的運輸調(diào)度。由于PRT 系統(tǒng)中人的乘車因素具有不確定性、爆發(fā)性、單向性等特點，其調(diào)度系統(tǒng)既要在人多時即時調(diào)度空車車輛來車站“等人”，也要在人少時即時將空車車輛調(diào)度回存車場，因此設(shè)計一個合理的PRT 空車調(diào)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(diào)度系統(tǒng)及方案的研究，考慮到成都天府機場PRT 系統(tǒng)站點和存車場的配置情況，提出一個PRT 空車調(diào)度系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上提出三種針對不同場景的PRT 空車調(diào)度方案，以解決PRT 系統(tǒng)在機場交通運輸領(lǐng)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(wù)。

1 成都天府機場及其PRT 系統(tǒng)

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(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為4F，可容納最大的客機A380 起降，同時還設(shè)有大量航班的國內(nèi)和國際航線。除了傳統(tǒng)的航空服務(wù)外，機場還提供PRT 服務(wù)，以便乘客在機場內(nèi)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(tǒng)是全國首個引進英國傲創(chuàng)公司技術(shù)并國產(chǎn)化改造的無人駕駛PRT 系統(tǒng)。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(xiàn)車輛的運行和換乘。成都天府國際機場PRT 系統(tǒng)共設(shè)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(nèi)的各個終點站點。這項服務(wù)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(wù)水平。如圖1 所示為成都天府國際機場PRT 系統(tǒng)車站及其存車場平面示意圖。

圖1 成都天府機場PRT 系統(tǒng)車站及其存車場平面示意圖

2 PRT 調(diào)度系統(tǒng)組成方案

2.1 調(diào)度系統(tǒng)組成

根據(jù)成都天府國際機場PRT 系統(tǒng)組成情況以及PRT系統(tǒng)的列車調(diào)度需求，可搭建如圖2 所示的PRT 系統(tǒng)空車調(diào)度系統(tǒng)，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(diào)度系統(tǒng)組成示意圖

2.2 控制中心單元

控制中心單元是PRT 系統(tǒng)的核心控制單元，主要負責(zé)對整個系統(tǒng)進行統(tǒng)一調(diào)度和控制?？刂浦行膯卧哂袑崟r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(jiān)控車輛的運行狀態(tài)、位置和乘客的需求，并做出合理的運行和調(diào)度決策。控制中心單元的軟件模塊主要包括：調(diào)度命令處理模塊、通信模塊和數(shù)據(jù)存儲模塊。

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

通信模塊：負責(zé)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(tài)。

數(shù)據(jù)存儲模塊：用于預(yù)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(chǔ)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(tài)。相關(guān)的存儲和狀態(tài)信息可以通過通信模塊進行實時調(diào)整。

2.3 車載單元

車載單元是指安裝在PRT 車輛上的設(shè)備單元，可對乘客的需求做出響應(yīng)。車載單元可以作為列車車載控制系統(tǒng)的一個組成部分，其軟件模塊主要包括調(diào)度命令接收模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、車輛狀態(tài)監(jiān)測模塊和通信模塊，一個車載單元的數(shù)據(jù)表示方式可用如表1 所示的編碼結(jié)構(gòu)。

表1 車載單元數(shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)示意

調(diào)度命令接收模塊：可接收控制中心單元發(fā)來的調(diào)度命令，改變列車當(dāng)前的調(diào)度狀態(tài)；

車輛狀態(tài)監(jiān)測模塊：用于監(jiān)測列車信息，包括當(dāng)前的調(diào)度狀態(tài)、載客狀態(tài)等，并根據(jù)情況實時調(diào)整列車相關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)；

數(shù)據(jù)存儲模塊：包含車輛身份信息、車輛載客狀態(tài)和車輛調(diào)度狀態(tài)等信息；

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

車輛載客狀態(tài)可根據(jù)車門的開關(guān)和車上是否有人進行轉(zhuǎn)換，包括空車狀態(tài)、載客狀態(tài)和上下客狀態(tài)；而車輛調(diào)度狀態(tài)則表示車輛當(dāng)前的調(diào)度情況，包括停于某站/某存車場狀態(tài)和前往某站/存車場狀態(tài)，可根據(jù)乘客的選擇和調(diào)度命令的下達進行改變。

2.4 車站單元

車站單元是PRT 系統(tǒng)中的乘客服務(wù)單元，通過與控制中心單元的通信，實現(xiàn)對車站的管理和調(diào)度，為乘客提供便捷的上下車服務(wù)，車站單元的軟件模塊主要包括：調(diào)度請求模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、車站狀態(tài)監(jiān)測模塊和通信模塊。一個車站單元的數(shù)據(jù)表示方式可用如表2 所示的編碼結(jié)構(gòu)。

表2 車站單元數(shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)示意

調(diào)度請求模塊：根據(jù)車站所?？苛熊嚨能囕v狀態(tài)、車位狀態(tài)和乘客等待情況向控制中心單元發(fā)送調(diào)度請求命令。

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

數(shù)據(jù)存儲模塊：用于存儲與PRT 車站相關(guān)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(tài)、車站停車位數(shù)量以及車站停車位空余數(shù)量。

通信模塊：完成與調(diào)度中心設(shè)備的實時通信，根據(jù)監(jiān)測到的車站狀態(tài)信息發(fā)出相應(yīng)的請求，并接收調(diào)度中心反饋的調(diào)度指令信息。

車站乘客等待情況表示當(dāng)前車站乘客對車輛的需求情況，結(jié)合車站停車位空余數(shù)量可用于選擇空車車輛緊急調(diào)度請求。該信息會基于車站狀態(tài)監(jiān)測模塊的監(jiān)測數(shù)據(jù)實時更新。

車站停車位狀態(tài)表示車站所有停車位的狀態(tài)，包括占用狀態(tài)和空閑狀態(tài)。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(tài)。當(dāng)停在該車站某個停車位的車輛完全離開時，該停車位變?yōu)榭臻e狀態(tài)。該數(shù)據(jù)也會基于車站狀態(tài)監(jiān)測模塊的監(jiān)測數(shù)據(jù)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(tǒng)的重要組成部分。存車場單元主要包括車輛檢修保養(yǎng)區(qū)、車輛存放區(qū)、車輛進出口等區(qū)域，控制中心可利用存車場對車輛進行管理和調(diào)度，確保PRT 系統(tǒng)的高效運行。存車場單元軟件模塊主要由數(shù)據(jù)存儲模塊、車站狀態(tài)監(jiān)測模塊和通信模塊構(gòu)成。一個存車場單元的數(shù)據(jù)表示方式可用如表3 所示的編碼結(jié)構(gòu)。

表3 存車場單元數(shù)據(jù)編碼結(jié)構(gòu)示意

存車場狀態(tài)監(jiān)測模塊：用于監(jiān)測存車場信息，包括存車場身份信息、存車場停車位狀態(tài)、存車場停車位數(shù)量和存車場停車位空余數(shù)量等。

數(shù)據(jù)存儲模塊：用于存儲存車場相關(guān)信息，包含存車場身份信息、存車場停車位狀態(tài)、存車場停車位數(shù)量和存車場停車位空余數(shù)量等。

通信模塊：完成與調(diào)度中心設(shè)備的實時通信，向調(diào)度中心設(shè)備發(fā)送存車場信息，并獲取相關(guān)指令信息。

3 PRT 調(diào)度方案

3.1 空車車輛一般調(diào)度方案

針對PRT 系統(tǒng)中車等人的特點，本論文提出了一種空車車輛一般調(diào)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(tài)。一旦停車位狀態(tài)出現(xiàn)空閑，車站調(diào)度請求模塊將向控制中心發(fā)送一般調(diào)度請求，以調(diào)度車輛至當(dāng)前空位。具體流程如下：①控制中心接收到車站發(fā)來的一般調(diào)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(dāng)前缺少車輛的車站；②如果正在前往該車站的車輛數(shù)大于等于空余車位數(shù)量，則無需額外調(diào)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(shù)小于空余車位數(shù)量，則需要額外調(diào)度空車車輛前往該車站；④在調(diào)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(diào)度車輛；⑤直到前往該車站的車輛數(shù)等于空余車位數(shù)量，停止空車車輛調(diào)度。

3.2 空車車輛緊急調(diào)度方案

針對PRT 系統(tǒng)“運輸單向性”“客流爆發(fā)性”的運輸特點，車站的空車車輛緊急調(diào)度方案，當(dāng)車站有超過預(yù)設(shè)數(shù)量的乘客等待時啟動空車車輛緊急調(diào)度方案，其預(yù)設(shè)數(shù)量可根據(jù)需求進行設(shè)定設(shè)置。針對空車車輛緊急調(diào)度方案，與空車車輛一般調(diào)度方案相比，調(diào)車的方法一致，唯一不同之處在于調(diào)度前往當(dāng)前缺車車站的空車車輛數(shù)需要大于空余車位數(shù)量，直到前往當(dāng)前車站的空車車輛數(shù)大于一定數(shù)量時，才停止調(diào)度空車車輛。

3.3 列車進站的空車調(diào)度方案

該方案旨在解決PRT 系統(tǒng)中列車進出站的空車調(diào)度問題，以實現(xiàn)高效的乘客運輸。當(dāng)PRT 車輛進入車站一定范圍內(nèi)時，車站單元將向調(diào)度中心設(shè)備發(fā)出進站調(diào)度請求。①控制中心基于車站調(diào)度請求，并根據(jù)該進站列車的相關(guān)信息進行判斷，當(dāng)該列車的調(diào)度狀態(tài)不是前往當(dāng)前車站時，不為其分配車位；②如果該進站車輛調(diào)度狀態(tài)為前往當(dāng)前車站時，則當(dāng)前車站根據(jù)停車位狀態(tài)為該車輛分配停車位，如果當(dāng)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(dāng)前車站沒有空位且當(dāng)前進站車輛為載客狀態(tài)時，則遍歷當(dāng)前調(diào)度狀態(tài)為停于當(dāng)前車站的列車，當(dāng)存在有車輛狀態(tài)為空車時，則獲取存車場信息，將停于當(dāng)前車站的空車車輛調(diào)度至最近的有空余停車位的存車場；④如果當(dāng)前沒有空位且當(dāng)前進站車輛為載客狀態(tài)時，且停于當(dāng)前車站的車輛不存在狀態(tài)為空車時，則該車輛在等待區(qū)域等待分配車位；⑤如果當(dāng)前車站沒有空位且當(dāng)前進站車輛為空車狀態(tài)時，若停于當(dāng)前站車輛有空車狀態(tài)車，則獲取存車場信息，將當(dāng)前進站車輛調(diào)度至最近的有空余停車位的存車場；⑥如果當(dāng)前車站沒有空位且當(dāng)前進站車輛為空車狀態(tài)時，若停于當(dāng)前車站的車輛無空車狀態(tài)車，則該車輛在等待區(qū)域等待分配車位。

4 結(jié)語

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