摘要 當(dāng)前城市綜合性新片區(qū)發(fā)展迅速，職住人口導(dǎo)入快，居住大區(qū)與產(chǎn)業(yè)園、CBD等辦公片區(qū)的出行量大，但公交服務(wù)覆蓋薄弱，小汽車出行占比高，造成高峰期干道擁堵嚴(yán)重、居民通勤難。發(fā)展快速、準(zhǔn)點(diǎn)的定制化公交服務(wù)，是緩解上述問(wèn)題的優(yōu)良手段。文章提出一種面向通勤的智能網(wǎng)聯(lián)定制公交，基于互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)選線，結(jié)合車路協(xié)同技術(shù)實(shí)現(xiàn)公交時(shí)空優(yōu)先通行，帶來(lái)高效準(zhǔn)點(diǎn)的門到門服務(wù)，有效提升公交的分擔(dān)率，緩解片區(qū)擁堵。

關(guān)鍵詞 智能網(wǎng)聯(lián)；車路協(xié)同；定制公交；信號(hào)優(yōu)先；位置大數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào) U491.54 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2023）07-0004-04

0 引言

城市新片區(qū)軌道建設(shè)滯后于地塊開(kāi)發(fā)和人口導(dǎo)入、居住區(qū)與產(chǎn)業(yè)園區(qū)間的大量職住通勤人員缺乏門到門的公交服務(wù)，出行成本高、時(shí)間長(zhǎng)。小汽車出行占比高，導(dǎo)致職住通勤道路上交通流集中，呈現(xiàn)常態(tài)化擁堵，也影響了公交的運(yùn)行速度。常規(guī)地面公交較軌道交通能快速響應(yīng)出行需求，定制線路能夠面向通勤提供門到門公交服務(wù)，可有效轉(zhuǎn)化小汽車交通到公共交通。同時(shí)，通過(guò)智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)給公交車提供了一種車路協(xié)同式的優(yōu)先通行管控方式，極大地降低線路運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、提高準(zhǔn)點(diǎn)率。在此基礎(chǔ)上形成的智能網(wǎng)聯(lián)通勤定制公交技術(shù)，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)在于定制公交選線和車輛優(yōu)先通行控制。

1 技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前公交領(lǐng)域針對(duì)線路客流少和運(yùn)行效率低等問(wèn)題，常用的技術(shù)手段包括：

（1）開(kāi)辟定制化線路，以覆蓋軌交和地面公交線網(wǎng)難以觸達(dá)的通勤需求。定制線路選線通常采用在線問(wèn)卷調(diào)查方式獲取市民需求，基于調(diào)查結(jié)果分析出定制化的線路和站點(diǎn)。該方法一方面樣本量不足，難以采集全量出行用戶需求形成精準(zhǔn)的線路，另一方面針對(duì)性不強(qiáng)，無(wú)法精準(zhǔn)地挖掘出行人次、時(shí)間分布等關(guān)鍵信息。

（2）采用專用道保障公交車路權(quán)和信號(hào)優(yōu)先控制降低路口延誤，以提高全線運(yùn)行速度和準(zhǔn)點(diǎn)率。類如BRT、中運(yùn)量公交的專用道建設(shè)成本高，也對(duì)大流量道路帶來(lái)了小汽車交通的壓力。信號(hào)優(yōu)先控制則采用感應(yīng)線圈或RFID通信方式來(lái)做優(yōu)先請(qǐng)求的交互，信號(hào)機(jī)被動(dòng)響應(yīng)。這些方法無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)公交車精確位置和運(yùn)行狀態(tài)（包括載客數(shù)和駕駛意圖等），不能精確地計(jì)算公交通過(guò)路口的時(shí)間，導(dǎo)致專用綠燈時(shí)間浪費(fèi)，同時(shí)缺乏路口其他交通流的感知，從而鮮有考慮對(duì)沖突方向車流的影響，往往加劇路口的擁堵[1]。

2 總體技術(shù)思路

智能網(wǎng)聯(lián)定制通勤公交，采用車路云一體化的技術(shù)架構(gòu)，技術(shù)原則上需滿足如下三點(diǎn)：

（1）線路選線采用互聯(lián)網(wǎng)OD大數(shù)據(jù)，快速挖掘通勤需求，形成定制線路和站點(diǎn)布設(shè)方案。

（2）路面交通組織不采用專用道方式，在路口采用借道轉(zhuǎn)向的方式為公交實(shí)現(xiàn)連續(xù)通行，減少工程改造投入和道路資源占用。

（3）采用車路協(xié)同信號(hào)控制在實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的公交優(yōu)先通行，提高全線運(yùn)行時(shí)效和到站準(zhǔn)點(diǎn)率。算法設(shè)計(jì)上，智能路側(cè)感知和計(jì)算能力綜合平衡路口交通流效率。

3 主要內(nèi)容與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的通勤定制線路分析與生成

通勤出行是居住地和職業(yè)地之間的出行，互聯(lián)網(wǎng)地圖及社交應(yīng)用有著豐富的位置大數(shù)據(jù)，對(duì)海量用戶職住OD和通勤特征有著細(xì)致的刻畫。

（1）線路識(shí)別：通過(guò)采用互聯(lián)網(wǎng)位置OD大數(shù)據(jù)，將城市空間劃分為若干個(gè)一定尺寸（例如500 m×500 m）的網(wǎng)格小區(qū)，挖掘各網(wǎng)格出行量和熱門出行OD網(wǎng)格對(duì)（見(jiàn)圖1、2），結(jié)合大數(shù)據(jù)分析手段能夠有效識(shí)別出熱門通勤路徑（圖3）和客流集中點(diǎn)，聚類串聯(lián)形成線路起終點(diǎn)和走向。

（2）站點(diǎn)分析：定制線路連接重點(diǎn)居住大區(qū)和產(chǎn)業(yè)園區(qū)，沿線站點(diǎn)采用k-means聚類方法以出行路徑作為最小粒度，計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格下聚類簇的質(zhì)心點(diǎn)，將保留的質(zhì)心點(diǎn)通過(guò)地圖API檢索附近的公交站（圖4），輔以公交站的人流熱力作為參考值，形成線路站點(diǎn)?？糠桨?，這樣可達(dá)到全局用戶平均步行距離最優(yōu)。

（3）時(shí)刻排班：基于互聯(lián)網(wǎng)位置大數(shù)據(jù)挖掘的定制化線路能有效串聯(lián)交通需求，具備良好客流基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)線路輻射人群的用戶畫像分析（例如圖5的出行時(shí)刻畫像），能夠進(jìn)一步挖掘出潛在乘客及其出行時(shí)間和方式偏好，以指導(dǎo)車輛排班。

3.2 車路云一體時(shí)空優(yōu)先通行技術(shù)

快速準(zhǔn)點(diǎn)是傳統(tǒng)公交吸引增量客流的核心支撐，為此需要提升車輛通行效率，壓縮行程時(shí)間和提高到站準(zhǔn)點(diǎn)率。該文提出的車路云協(xié)同時(shí)空優(yōu)先通行技術(shù)，采用交通工程和車路協(xié)同技術(shù)結(jié)合，從時(shí)間和空間上實(shí)現(xiàn)公交車在交叉口的優(yōu)先通行，其車路云一體化架構(gòu)（圖6）包括公交車輛智能化升級(jí)、道路智能化改造和AI智能云控平臺(tái)三大部分。

3.2.1 公交車輛智能化升級(jí)

公交車輛智能化升級(jí)主要增加客流采集和車路協(xié)同通信能力，加裝包括客流儀（車門處加裝紅外傳感設(shè)備采集上下車客流）、OBU（車載通信單元，與路側(cè)的RSU進(jìn)行信息通信）、高精定位裝置（實(shí)現(xiàn)車輛厘米級(jí)的定位，以支持距離計(jì)算和所在車道的判斷）。

3.2.2 道路智能化改造

（1）智能網(wǎng)聯(lián)改造：主要增加道路的數(shù)據(jù)采集及通信能力，以實(shí)現(xiàn)車路協(xié)同控制。

在常規(guī)的城市交叉口已有設(shè)備（包括聯(lián)網(wǎng)信號(hào)機(jī)、卡口監(jiān)控等）基礎(chǔ)上，新增：①公交車信號(hào)專用燈——用于顯示公交車優(yōu)先通行信號(hào)。②RSU——路側(cè)通信單元，與車載OBU設(shè)備進(jìn)行信息傳輸，同時(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和云端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通。③MEC（可選）——邊緣計(jì)算單元，對(duì)卡口監(jiān)控采集的視頻進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，計(jì)算路口交通流量。

（2）進(jìn)口道渠化改造：對(duì)路口渠化進(jìn)行優(yōu)化，將機(jī)動(dòng)車右轉(zhuǎn)專用道改為兼容公交車的優(yōu)先通行功能，在公交信號(hào)放行時(shí)，實(shí)現(xiàn)公交車借道直行/左轉(zhuǎn)。該方法在不開(kāi)辟公交專用道的情況下實(shí)現(xiàn)專用轉(zhuǎn)向路權(quán)，提高路口車道資源的利用率。

3.2.3 AI智能云控平臺(tái)建設(shè)

云控平臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)車側(cè)和路側(cè)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合分析，利用云端大數(shù)據(jù)計(jì)算的能力，實(shí)時(shí)生成車輛的運(yùn)行狀態(tài)、道路的交通流狀態(tài)以及信號(hào)動(dòng)態(tài)管控方案。其中，信號(hào)動(dòng)態(tài)管控是實(shí)現(xiàn)公交車輛優(yōu)先通行的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)。

3.3 車路協(xié)同實(shí)時(shí)公交信號(hào)優(yōu)先控制策略

該控制方式是智能網(wǎng)聯(lián)的技術(shù)應(yīng)用，優(yōu)勢(shì)在于車輛的厘米級(jí)定位、毫秒級(jí)延時(shí)的實(shí)時(shí)信息交互和精準(zhǔn)的控制策略，基本技術(shù)原理如下：

當(dāng)裝載有OBU的公交車接近路口時(shí)，OBU接收到路側(cè)RSU下發(fā)的地圖消息后匹配自身路徑，分析車輛到達(dá)路口時(shí)間，再將公交車基本數(shù)據(jù)（位置、速度、行駛方向、載客人數(shù)等）通過(guò)RSU上傳到云控平臺(tái)，由平臺(tái)進(jìn)行公交車輛篩驗(yàn)、優(yōu)先級(jí)排序和優(yōu)先請(qǐng)求匹配，生成對(duì)應(yīng)的信號(hào)配時(shí)方案下發(fā)至信號(hào)控制機(jī)，執(zhí)行包括綠燈延長(zhǎng)、紅燈截?cái)嗟葞追N優(yōu)先策略。

在信號(hào)策略生成時(shí)，需兼顧路口各方向社會(huì)車輛的通行，以及在多方向公交優(yōu)先請(qǐng)求時(shí)的路口效率最優(yōu)化[2]，因此需結(jié)合路口車流數(shù)據(jù)、公交乘客數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合考慮[3]，具體設(shè)計(jì)思路如下：

（1）考慮社會(huì)車輛通行效益：云控平臺(tái)實(shí)時(shí)接收道路感知設(shè)備的檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，形成道路擁堵態(tài)勢(shì)，并計(jì)算出各方向可壓縮綠燈時(shí)長(zhǎng)。

（2）考慮多方向優(yōu)先沖突請(qǐng)求：云控平臺(tái)對(duì)公交車輛載客數(shù)、站點(diǎn)延誤等信息，進(jìn)行各公交車的優(yōu)先級(jí)排序和優(yōu)先方案號(hào)對(duì)應(yīng)，生成各方向最優(yōu)的相位調(diào)整策略和優(yōu)先時(shí)長(zhǎng)，保證路口總體的公交優(yōu)先效益最大化。

（3）在信號(hào)配時(shí)方案中，需考慮公交車行駛的垂直方向上在途行人過(guò)街時(shí)間，基于厘米級(jí)的車輛定位推算車輛抵達(dá)停車線的預(yù)計(jì)時(shí)間，最終計(jì)算出相位調(diào)整方案。同時(shí)RSU將建議車速和綠燈開(kāi)啟時(shí)間反饋至車輛，由駕駛員進(jìn)行響應(yīng)。由于借道轉(zhuǎn)向會(huì)受到右轉(zhuǎn)小汽車影響，所以結(jié)合車輛位置判斷車輛是否已通過(guò)停車線后再關(guān)閉優(yōu)先信號(hào)，最大程度地減少綠燈損耗。

4 實(shí)施案例

該技術(shù)方案在長(zhǎng)沙市梅溪湖片區(qū)定制公交試點(diǎn)項(xiàng)目中得到應(yīng)用。長(zhǎng)沙市作為國(guó)家級(jí)車聯(lián)網(wǎng)先導(dǎo)區(qū)，已建設(shè)100 km智能網(wǎng)聯(lián)開(kāi)放道路、2 000多輛公交車智能化升級(jí)和云控管理平臺(tái)。通過(guò)騰訊地圖位置大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)OD分析，在梅溪湖居住片區(qū)至高新區(qū)產(chǎn)業(yè)園區(qū)間，為沿線1萬(wàn)余名市民量身定制了兩條智慧通勤公交專線。

（1）高新區(qū)—梅溪湖定制公交東線：玉蘭路南園路口—梅溪湖東地鐵站—平川路文軒路口—麓谷大道谷苑路口—青山路望安路口—信息產(chǎn)業(yè)園，采用現(xiàn)狀站臺(tái)設(shè)站6對(duì)，線路長(zhǎng)度約7.7 km，服務(wù)通勤人口3 400余人。

（2）高新區(qū)—梅溪湖定制公交西線：梅溪湖街道辦事處一看云路踏雪路口一看云路觀花路口—柏家塘小區(qū)—平川路文軒路口—麓谷大道谷苑路口—青山路望安路口—信息產(chǎn)業(yè)園，采用現(xiàn)狀站臺(tái)設(shè)站8對(duì)，線路長(zhǎng)度約9.2 km，服務(wù)通勤人口7 100余人。

定制公交于2021年4月7日上線試運(yùn)營(yíng)，期間兩條線每天早、晚高峰各發(fā)車一班，試運(yùn)行15個(gè)工作日內(nèi)總客流超1 400余人次（圖7）。

通過(guò)對(duì)后臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析（圖8、9），定制公交西線的平均行程時(shí)間為26.9 min，相比普通公交（沿定制公交路線）可提升行程效率約33%，相比私家車（沿導(dǎo)航路線）可提升行程效率約20%。定制公交東線的平均行程時(shí)間為22.9 min，相比普通公交提升約42.5%，相比私家車約23.7%。在到站準(zhǔn)點(diǎn)率上，開(kāi)啟公交優(yōu)先后到站時(shí)間誤差提升水平明顯，高峰期的準(zhǔn)點(diǎn)率提升超過(guò)80%。另?yè)?jù)市交警支隊(duì)對(duì)乘客的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，約24%的乘客是由小汽車出行轉(zhuǎn)換而來(lái)。總體而言，智能網(wǎng)聯(lián)通勤定制公交能有效減少私家車流量以緩解擁堵，提升公交出行分擔(dān)率，為市民提供快速可靠的出行體驗(yàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

相較于BRT、中運(yùn)量公交等公交優(yōu)先的形式，智能網(wǎng)聯(lián)公交是在智能網(wǎng)聯(lián)示范區(qū)實(shí)踐總結(jié)形成一套經(jīng)濟(jì)、有效的技術(shù)體系，以低成本的改造方式激發(fā)傳統(tǒng)路面公交的效能，實(shí)現(xiàn)公交客流提升和市民通勤體驗(yàn)優(yōu)化，也為擁堵治理、交通碳中和提供了一條經(jīng)濟(jì)可行的路徑，具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值和意義。

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