朱穎婷，楊立鵬，王洪業(yè)，梅巧玲，吳首蓉

（1.北京航空航天大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，北京 100191；2.中國(guó)鐵道科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司電子計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100081）

0 引言

2022年北京冬奧會(huì)在北京、張家口2個(gè)城市的3 個(gè)賽區(qū)舉行，是全球首次3 賽區(qū)聯(lián)動(dòng)的冬季奧運(yùn)會(huì)。2018 年平昌冬奧會(huì)在相隔60 km 的2 賽區(qū)聯(lián)動(dòng)舉辦，期間觀賽游客達(dá)141.2 萬(wàn)人次、參與文化活動(dòng)和慶典的游客有211.6萬(wàn)人次[1]。參照平昌冬奧會(huì)期間的客流量情況，在無(wú)疫情影響下，結(jié)合我國(guó)經(jīng)濟(jì)、賽區(qū)人口流動(dòng)、辦賽時(shí)間和城市文旅設(shè)施等多種因素，賽前預(yù)計(jì)參與冬奧會(huì)服務(wù)的注冊(cè)利益相關(guān)方將達(dá)到20萬(wàn)人次，觀賽游客將達(dá)200萬(wàn)人次，參與文化活動(dòng)和慶典的游客可達(dá)500萬(wàn)~1 000萬(wàn)人次。受北京冬奧會(huì)賽事安排、賽區(qū)周?chē)穆迷O(shè)施和活動(dòng)、春節(jié)放假等多種因素的影響，冬奧會(huì)期間注冊(cè)利益相關(guān)方、觀眾、普通民眾等多種客流交織匯聚，具有出行需求復(fù)雜、易短時(shí)聚集等特點(diǎn)。不同出行群體在兩地三賽區(qū)間流動(dòng)，需要通過(guò)不同交通方式實(shí)現(xiàn)換乘接駁，各交通方式配置過(guò)多運(yùn)力資源可能增加運(yùn)輸企業(yè)成本，配置過(guò)少運(yùn)力資源可能導(dǎo)致接駁點(diǎn)擁堵、影響相關(guān)人群出行體驗(yàn)。

近年來(lái)，綜合交通背景下各交通方式間的運(yùn)力配置協(xié)作和出行誘導(dǎo)主要基于理想的完全數(shù)據(jù)共享基礎(chǔ)，往往忽視了不同交通方式間的商業(yè)壁壘和各自的業(yè)務(wù)規(guī)則限制，導(dǎo)致多數(shù)研究思路只能停留于理論研究層面，很難在實(shí)際工程中推廣應(yīng)用。為解決冬奧會(huì)期間可能出現(xiàn)的交通問(wèn)題，在分析當(dāng)前綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控和出行誘導(dǎo)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，考慮到系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)來(lái)源于不同交通方式、跨越多個(gè)物理隔離網(wǎng)絡(luò)、不同交通方式有特定的業(yè)務(wù)規(guī)則約束，設(shè)計(jì)了具備應(yīng)對(duì)高并發(fā)、實(shí)時(shí)處理多種異質(zhì)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)總體架構(gòu)、技術(shù)架構(gòu)和關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程，研發(fā)了面向北京冬奧會(huì)多元需求的綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控和出行誘導(dǎo)系統(tǒng)，為冬奧會(huì)期間多種交通方式調(diào)控運(yùn)力資源提供決策依據(jù)，向出行人群提供最優(yōu)路徑規(guī)劃路線和出行提示，為推進(jìn)后奧運(yùn)時(shí)代綜合交通一體化出行提供經(jīng)驗(yàn)。

1 綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控和出行誘導(dǎo)現(xiàn)狀

1.1 運(yùn)力資源調(diào)控現(xiàn)狀

通常意義上的運(yùn)力資源，指的是各交通方式的運(yùn)輸能力，由載運(yùn)工具數(shù)量、定員、發(fā)車(chē)頻次等共同決定。因各交通方式間運(yùn)力信息不透明、旅客出行選擇行為存在不確定性，易導(dǎo)致樞紐站旅客積壓和換乘接駁不暢、各交通方式運(yùn)力資源浪費(fèi)等現(xiàn)象。

在理論研究層面，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)綜合交通樞紐運(yùn)力資源調(diào)控的研究主要集中在宏觀層面的指導(dǎo)性思路[2-5]、多交通方式運(yùn)力資源調(diào)控算法[6-15]等方面。在宏觀層面，羅濤等[2]較早提出要建設(shè)綜合交通智能系統(tǒng)，向出行用戶(hù)和各種交通方式提供實(shí)時(shí)信息服務(wù)，幫助各交通方式靈活調(diào)整運(yùn)力，向用戶(hù)提供最優(yōu)出行路線和向?qū)В粡堒姷萚3]提出要推進(jìn)多種交通信息服務(wù)平臺(tái)的對(duì)接和交通共享出行模式的建立，為公眾提供精準(zhǔn)、人性化的綜合交通信息服務(wù)；單杏花等[4]提出了構(gòu)建綜合交通信息平臺(tái)、促進(jìn)各交通方式數(shù)據(jù)共享和協(xié)同合作的思路；周新軍等[5]從廣義范圍提出了綜合樞紐中不同運(yùn)力資源的優(yōu)化配置建議。上述文獻(xiàn)提出了綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控的想法，但沒(méi)有說(shuō)明具體實(shí)施思路。

在多交通方式運(yùn)力資源調(diào)控算法方面，梁英慧等[6]針對(duì)大型鐵路客運(yùn)樞紐站建立了各種交通方式的換乘接運(yùn)能力協(xié)調(diào)匹配模型；邊莉莉等[7]提出了樞紐運(yùn)力配置的解決方案，并對(duì)方案緩解交通矛盾的效能進(jìn)行了分析；云亮[8]針對(duì)鐵路到達(dá)旅客離站出行需求研究了綜合交通系統(tǒng)的運(yùn)力配置優(yōu)化方案；宋悅[9]建立空港樞紐陸側(cè)多方式交通運(yùn)力配置優(yōu)化模型，研究其運(yùn)力配置與客流分擔(dān)率之間的互動(dòng)影響問(wèn)題；Long 等[10]、馮書(shū)霞等[11]主要從參數(shù)優(yōu)化角度研究了多種交通方式的運(yùn)力配置求解算法；陳慧等[12]、劉鵬[13]、Herbon等[14]以乘客出行成本為最優(yōu)化目標(biāo)，研究了綜合交通運(yùn)力協(xié)調(diào)模型；汪雯文等[15]綜合分析了鐵路綜合樞紐的定位及功能，提出了鐵路到發(fā)能力、樞紐交通方式客流分擔(dān)率、城軌疏散能力和樞紐設(shè)施設(shè)備能力的計(jì)算方法。大量相關(guān)論文模型均基于存在一個(gè)合法的綜合交通信息中心的立場(chǎng)，并假設(shè)掌握所有交通方式信息和用戶(hù)出行選擇行為，相關(guān)交通方式可直接執(zhí)行模型策略，在短期內(nèi)難以實(shí)施應(yīng)用。

1.2 出行誘導(dǎo)現(xiàn)狀

交通擁堵?tīng)顩r的評(píng)價(jià)及其誘導(dǎo)策略一直是城市交通、高速公路等交通方式最關(guān)注的熱點(diǎn)之一，主流出行服務(wù)軟件以提供面向單一交通方式的、實(shí)時(shí)的出行誘導(dǎo)服務(wù)為主。如百度地圖、高德地圖均以城市交通為主，向用戶(hù)提供實(shí)時(shí)出行路線導(dǎo)航、交通狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、約車(chē)出行等服務(wù)；鐵路12306 APP向用戶(hù)提供鐵路客運(yùn)站的站內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)；支付寶、多個(gè)城市地鐵出行軟件可向用戶(hù)提供地鐵站內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)。

在綜合交通領(lǐng)域，要實(shí)現(xiàn)向用戶(hù)提供合理的出行誘導(dǎo)信息，理論上要求掌握一定的用戶(hù)全出行鏈行為特征。但是，因各交通方式的業(yè)務(wù)規(guī)則區(qū)別較大，如鐵路和民航規(guī)定旅客必須實(shí)名制乘車(chē)、其他交通方式則無(wú)此要求，導(dǎo)致即使共享數(shù)據(jù)也難以辨別個(gè)體用戶(hù)的跨交通方式出行需求，難以向用戶(hù)提供準(zhǔn)確的、個(gè)性化的出行提示。

2 綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控與出行誘導(dǎo)系統(tǒng)架構(gòu)與流程設(shè)計(jì)

2.1 總體架構(gòu)

綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控與出行誘導(dǎo)系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，自上而下分為3大部分。

圖1 綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控與出行誘導(dǎo)系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Capacity resource control and travel guidance system architecture of passenger comprehensive transport

（1）訪問(wèn)層。訪問(wèn)層面向決策管理者、公共交通出行者兩大群體，基于不同需求與關(guān)注點(diǎn)提供相應(yīng)的服務(wù)與管理入口。以大屏和Web端為載體，基于后端業(yè)務(wù)向決策管理者提供基礎(chǔ)信息管理、交通運(yùn)營(yíng)綜合監(jiān)控、交通態(tài)勢(shì)預(yù)判和應(yīng)急指揮調(diào)度等功能，輔助運(yùn)營(yíng)用戶(hù)靈活調(diào)控運(yùn)力；以Web和APP為前端載體，基于后端業(yè)務(wù)向公共交通出行者提供聯(lián)程出行路徑規(guī)劃、路況與事件查詢(xún)等功能，用戶(hù)可獲取包含鐵路在內(nèi)的聯(lián)程出行路線方案、出行路線相關(guān)道路交通狀態(tài)等信息。

（2）系統(tǒng)業(yè)務(wù)層。系統(tǒng)業(yè)務(wù)層以?xún)纱笥脩?hù)群體需求為導(dǎo)向規(guī)劃功能模塊，面向決策管理者設(shè)計(jì)基礎(chǔ)信息管理、客流預(yù)測(cè)、運(yùn)行監(jiān)控和運(yùn)力資源配置等功能，面向出行用戶(hù)設(shè)計(jì)聯(lián)程出行路徑規(guī)劃與出行誘導(dǎo)功能。

①運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)。在基礎(chǔ)信息管理模塊，可查詢(xún)各交通方式的運(yùn)力運(yùn)量和賽事安排，管理突發(fā)事件和主要客運(yùn)樞紐站的承載能力等信息；在運(yùn)行監(jiān)控模塊，實(shí)時(shí)計(jì)算并可視化展示客流量、交通狀態(tài)和供需關(guān)系等3 大類(lèi)指標(biāo)，并和其他交通方式共享約定的指標(biāo)數(shù)據(jù)；在客流預(yù)測(cè)模塊，圍繞鐵路運(yùn)輸和售票組織流程，分別面向中長(zhǎng)期(預(yù)售期前)、短期(預(yù)售期內(nèi)和用戶(hù)出行時(shí))、突發(fā)事件構(gòu)建客流預(yù)測(cè)模型；在運(yùn)力資源配置模塊，基于客流預(yù)測(cè)結(jié)果，分別設(shè)計(jì)面向預(yù)售期前的鐵路運(yùn)行計(jì)劃和售票組織方案、進(jìn)入預(yù)售期內(nèi)的鐵路票額調(diào)整和應(yīng)急方案。

②出行誘導(dǎo)平臺(tái)。圍繞鐵路客運(yùn)業(yè)務(wù)，對(duì)用戶(hù)出行流程劃分為購(gòu)票和出行2 個(gè)環(huán)節(jié)，并考慮突發(fā)事件對(duì)用戶(hù)出行的影響，向用戶(hù)提供面向不同行程階段的聯(lián)程出行路徑規(guī)劃和出行誘導(dǎo)功能。

（3）數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)層是以邏輯集中或物理集中的方式接入既有的系統(tǒng)和數(shù)據(jù)源，并對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，滿足用戶(hù)查詢(xún)的及時(shí)響應(yīng)、各業(yè)務(wù)模塊的實(shí)時(shí)與離線分析提取需求等。根據(jù)數(shù)據(jù)源頭與業(yè)務(wù)屬性的不同，需要采集接入綜合交通運(yùn)營(yíng)信息和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。

2.2 技術(shù)架構(gòu)

綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控與出行誘導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖2所示，面向公共交通出行和運(yùn)營(yíng)決策用戶(hù)采用基本一致的技術(shù)架構(gòu)。系統(tǒng)以鐵路12306大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)和離線計(jì)算業(yè)務(wù)特征指標(biāo)、構(gòu)建路徑規(guī)劃模型，根據(jù)功能需求將計(jì)算結(jié)果分別同步至分布式緩存和常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)負(fù)載均衡將公共交通出行用戶(hù)請(qǐng)求分發(fā)至不同服務(wù)器處理，將用戶(hù)人數(shù)較少的運(yùn)營(yíng)用戶(hù)請(qǐng)求直接發(fā)送至指定服務(wù)器處理；系統(tǒng)將應(yīng)用和接口服務(wù)分開(kāi)部署，從而實(shí)現(xiàn)前后端分離，從而提高網(wǎng)站應(yīng)用、數(shù)據(jù)庫(kù)和其他服務(wù)的性能和可靠性；應(yīng)用和接口服務(wù)程序通過(guò)快速訪問(wèn)分布式緩存和常規(guī)數(shù)據(jù)庫(kù)，獲取響應(yīng)請(qǐng)求相關(guān)的參數(shù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和特征值，最終向用戶(hù)展示數(shù)據(jù)結(jié)果。

圖2 綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控與出行誘導(dǎo)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)Fig.2 Capacity resource control and travel guidance system technical architecture for passenger comprehensive transport

2.3 關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程

（1）運(yùn)力資源調(diào)控。各交通方式的運(yùn)營(yíng)主體、業(yè)務(wù)規(guī)則不同，且在一定范圍內(nèi)存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，面對(duì)高度復(fù)雜的業(yè)務(wù)和異質(zhì)交通數(shù)據(jù)，很難存在一個(gè)可統(tǒng)一調(diào)配不同交通方式運(yùn)力資源的綜合交通信息中心。因此，需要從實(shí)際情況出發(fā)，采用不同于理論研究層面的綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控方法，從產(chǎn)品層面設(shè)計(jì)綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控方法，即各交通方式間盡可能共享有益于對(duì)方調(diào)控運(yùn)力資源的信息，并基于共享信息優(yōu)化自身運(yùn)力資源配置，以冬奧會(huì)期間的綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控為例，綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控流程如圖3所示。

圖3 綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控流程Fig.3 Capacity resource control process for passenger comprehensive transport

鐵路運(yùn)營(yíng)方首先對(duì)觀賽出行相關(guān)的重點(diǎn)車(chē)站客流和候車(chē)能力、車(chē)次運(yùn)能等基礎(chǔ)信息進(jìn)行管理；基于北京市交通委員會(huì)提供的主要車(chē)站相關(guān)公交、地鐵線路運(yùn)力、客流、路況信息和鐵路客運(yùn)站出發(fā)、到達(dá)客流信息，重點(diǎn)分析北京西站、北京南站、北京北站的鐵路出發(fā)和到達(dá)客流規(guī)律、車(chē)站內(nèi)部和周邊交通擁堵?tīng)顟B(tài)變化規(guī)律、鐵路客流和城市交通運(yùn)力的相關(guān)性等規(guī)律，設(shè)計(jì)客流量、交通狀態(tài)、鐵路客流和城市交通運(yùn)力的供需關(guān)系等運(yùn)行監(jiān)控指標(biāo)；構(gòu)建中長(zhǎng)期、短期和應(yīng)急客流預(yù)測(cè)模型，分別向制定鐵路運(yùn)行計(jì)劃和售票組織策略、進(jìn)入預(yù)售期內(nèi)的鐵路票額調(diào)整、車(chē)站運(yùn)營(yíng)管理提供決策基礎(chǔ)。在冬奧會(huì)期間，鐵路運(yùn)營(yíng)方預(yù)測(cè)觀賽出行相關(guān)車(chē)站的出發(fā)到達(dá)客流數(shù)據(jù)，并以約定的頻率發(fā)送至城市交通運(yùn)營(yíng)方，城市交通以此為依據(jù)靈活調(diào)控公交、地鐵、網(wǎng)約車(chē)等運(yùn)力資源。

（2）聯(lián)程出行路徑規(guī)劃和出行誘導(dǎo)。以冬奧會(huì)期間的綜合交通聯(lián)程出行路徑規(guī)劃和出行誘導(dǎo)為例，用戶(hù)需要在預(yù)售期內(nèi)較出發(fā)日期提前一段時(shí)間購(gòu)買(mǎi)鐵路車(chē)票，據(jù)此將用戶(hù)的聯(lián)程出行劃分為購(gòu)票時(shí)、出發(fā)時(shí)和旅途中3 個(gè)階段，綜合交通路徑規(guī)劃和出行誘導(dǎo)流程如圖4所示。

圖4 綜合交通路徑規(guī)劃和出行誘導(dǎo)流程Fig.4 Path planning and travel guidance for passenger comprehensive transport

① 購(gòu)票時(shí)。為了保護(hù)用戶(hù)隱私，各交通方式間不共享涉及用戶(hù)隱私的身份、設(shè)備等信息，且不同交通方式對(duì)實(shí)名制乘車(chē)要求不同，系統(tǒng)無(wú)法根據(jù)各交通方式的共享數(shù)據(jù)精準(zhǔn)判斷個(gè)體用戶(hù)的詳細(xì)出行需求，但以用戶(hù)歷史出發(fā)地和到達(dá)地作為默認(rèn)需求。用戶(hù)購(gòu)票時(shí)需輸入城市內(nèi)具體出發(fā)和到達(dá)地點(diǎn)，根據(jù)冬奧會(huì)3賽區(qū)和相關(guān)區(qū)域的交通規(guī)劃、賽事安排以及運(yùn)力資源配置，進(jìn)行偏靜態(tài)的出行路徑方案測(cè)算與規(guī)劃，滿足前端用戶(hù)的訪問(wèn)與查詢(xún)，方便用戶(hù)安排旅行規(guī)劃，并可為后續(xù)提供一站式購(gòu)買(mǎi)多種交通方式的聯(lián)程票提供票務(wù)方案；對(duì)于出行方案中包含鐵路出行的用戶(hù)，基于對(duì)鐵路用戶(hù)出行偏好、出行目的等需求特征結(jié)果，系統(tǒng)為不同出行群體展示差異化的出行路線，提高用戶(hù)購(gòu)票體驗(yàn)；用戶(hù)選擇聯(lián)程出行路線后，可查詢(xún)和其出發(fā)到達(dá)車(chē)站相關(guān)的周邊公共交通歷史和實(shí)時(shí)狀態(tài)、歷史和實(shí)時(shí)運(yùn)力等信息，為旅客提前安排出行計(jì)劃提供判斷依據(jù)。

② 出發(fā)時(shí)和旅途中。以鐵路出行為主導(dǎo)方式，針對(duì)鐵路出行用戶(hù)，在用戶(hù)出行過(guò)程中，需要基于實(shí)時(shí)道路網(wǎng)交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)、突發(fā)事件、運(yùn)力資源、鐵路客運(yùn)站出發(fā)到達(dá)客流變化趨勢(shì)等動(dòng)態(tài)擾動(dòng)因素，結(jié)合出行群體當(dāng)前所處位置不斷采用啟發(fā)式的算法以最小成本、最少換乘、最短用時(shí)等優(yōu)化目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃局部最優(yōu)出行路徑；通過(guò)消息推送、可視化等方式告知用戶(hù)和其出行路線相關(guān)道路網(wǎng)和車(chē)站的交通狀態(tài)、交通管制、車(chē)站內(nèi)擁堵?tīng)顩r和臨時(shí)進(jìn)出站要求等，盡可能高效便捷地引導(dǎo)用戶(hù)出行。

3 結(jié)束語(yǔ)

面向冬奧會(huì)研制的綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控與出行誘導(dǎo)系統(tǒng)，以運(yùn)營(yíng)管理用戶(hù)、公共出行用戶(hù)的需求為出發(fā)點(diǎn)，兼顧各交通方式的業(yè)務(wù)規(guī)則，在冬奧會(huì)賽區(qū)相關(guān)車(chē)站和城市路網(wǎng)實(shí)現(xiàn)各交通方式間的運(yùn)力聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)，向用戶(hù)提供跨多個(gè)交通方式的全出行鏈誘導(dǎo)服務(wù)。相比目前綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控研究現(xiàn)狀，研究方案更符合交通行業(yè)的市場(chǎng)發(fā)展規(guī)律；相比目前出行誘導(dǎo)現(xiàn)狀，研究方案以鐵路出行作為核心環(huán)節(jié)，打通了鐵路和其他交通方式的出行誘導(dǎo)服務(wù)，為鐵路用戶(hù)提供更好的出行服務(wù)。但是，一方面因后期疫情影響導(dǎo)致無(wú)社會(huì)觀眾觀賽，各交通方式面向注冊(cè)利益相關(guān)方和志愿者等其他具有確定出行需求的人員以計(jì)劃運(yùn)輸?shù)姆绞教峁┓?wù)，綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控與出行誘導(dǎo)系統(tǒng)僅在幾次測(cè)試賽中測(cè)試應(yīng)用，未在正式賽中投入使用，系統(tǒng)功能、性能還有待在實(shí)際環(huán)境中檢驗(yàn)；另一方面因全國(guó)不同鐵路車(chē)站規(guī)模、用戶(hù)出行規(guī)律、城市交通建設(shè)差異較大，還需進(jìn)一步完善面向全路的車(chē)站分類(lèi)、發(fā)到站客流預(yù)測(cè)、鐵路客流和其他交通方式運(yùn)力關(guān)系挖掘等方法，提高綜合交通運(yùn)力資源調(diào)控與出行誘導(dǎo)系統(tǒng)的適用范圍。