PRT交通系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展

王海龍，王青春，劉淅

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PRT交通系統(tǒng)的應(yīng)用及發(fā)展

王海龍，王青春，劉淅

（成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610100）

PRT系統(tǒng)作為現(xiàn)代交通新技術(shù)，擁有諸多其它交通系統(tǒng)不具備的優(yōu)勢，比如乘坐舒適、搭乘便捷、大運(yùn)送能力、較低建設(shè)成本、較低運(yùn)營成本等。文章結(jié)合PRT系統(tǒng)現(xiàn)階段的技術(shù)能力和特點，多方面分析可得它尤其適合作為機(jī)場片區(qū)的客運(yùn)交通。隨著PRT技術(shù)的發(fā)展，特別是自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，PRT系統(tǒng)還將有更為廣闊的應(yīng)用空間，甚至在不久的將來成為人們新的出行方式。

PRT系統(tǒng)；機(jī)場；交通；自動駕駛

前言

人類發(fā)明汽車后的短短30多年時間，便有人提出并嘗試了自動駕駛汽車，當(dāng)時的所謂自動駕駛是一個無線電遙控駕駛汽車。1939年，通用公司又率先提出了未來城市計劃：在城市里，汽車使用無線電遙控。雖然計劃是失敗了，但是這個方向當(dāng)時十分火熱。如今，我們談?wù)摰母劭谧詣玉{駛和當(dāng)時通用公司的未來城市計劃有很大的相似之處，都是在駕駛上弱化人的功能。真正和現(xiàn)代的無人駕駛定義類似的是1969年，人工智能之父約翰.麥卡錫寫了一篇類似電腦加速汽車的文章，這個設(shè)想與現(xiàn)代的智能汽車很相似。上個世紀(jì)70年代，美國、德國等汽車發(fā)達(dá)國家率先開始現(xiàn)代智能汽車的研究，自動駕駛的級別分為6個等級，分別是No Automation（無自動化）、Driver Assistance（駕駛員輔助）、Partial Automation（部分自動化）、Conditional Automation（有條件自動駕駛）、High Automation（高度自動駕駛）、Full Automation（完全自動駕駛）。近半個世紀(jì)的發(fā)展，只有極少部分汽車企業(yè)的量產(chǎn)車自動駕駛技術(shù)發(fā)展到了Conditional Automation（有條件自動駕駛）等級，多方面的技術(shù)瓶頸有待突破，離人們期望中的全路況自動駕駛時代，還有較長的路要走。

盡快如此，現(xiàn)階段的自動駕駛技術(shù)，依然可以在特定的情境下，為人類提供力所能及的服務(wù)。PRT(Personal Rapid Transit)系統(tǒng)便是如此一個在特定情境下的自動駕駛系統(tǒng)應(yīng)用。PRT，即個人快速公交（見圖1），是一種采用具有自導(dǎo)向功能的小型車輛（通常乘員為1～6 人），沿著專用的軌道運(yùn)行，自動無人駕駛的新型軌道交通系統(tǒng)。PRT系統(tǒng)既有軌道交通的方便、快捷、舒適和安全，又能像出租車一樣實現(xiàn)可靠的門到門服務(wù)。PRT 概念起源于1900年之前，現(xiàn)代PRT的研究始于1953 年，1964 年，F(xiàn)ichter對PRT 的技術(shù)及應(yīng)用前景進(jìn)行了充分論述和詳盡解釋，極大地推動了PRT 技術(shù)和系統(tǒng)規(guī)劃研究。1970年至1980 年間，德國、英國、日本、法國、瑞典以及加拿大等都開展過PRT系統(tǒng)的研究，然而由于技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、政策等原因，多數(shù)未能持續(xù)進(jìn)行下去。到1990年左右，堅持發(fā)展并在技術(shù)上逐漸成熟的PRT系統(tǒng)僅有美國的PRT2000、英國的ULTra等［1］。PRT與傳統(tǒng)的軌道交通有很大的不同。通常情況下，當(dāng)你上地鐵或輕軌時，你會進(jìn)入一輛有很多人的大車，然后在線路上的每一站都停下來（除了一些快車停得不太頻繁的情況，比如在紐約）。有了PRT，你就可以坐上一輛小車，它只會去你的目的地，它不會停在其他任何地方。

當(dāng)然，現(xiàn)階段PRT的局限性也比較明顯，它需要有專用路權(quán)，類似一個虛擬的軌道，顯然目前還無法滿足城市里的每個角落。而現(xiàn)如今的自動駕駛技術(shù)，正好能夠在PRT里充分發(fā)揮自身已有的能力。由于專用路權(quán)的要求，雖不會對現(xiàn)有交通系統(tǒng)造成影響［2,3］，同時也注定現(xiàn)階段的PRT只能在一個特定范圍的區(qū)域里運(yùn)行，比如機(jī)場、風(fēng)景區(qū)、游樂園、工業(yè)園區(qū)等等。特別是大型樞紐機(jī)場，常年人流量大、人流頻繁，尤其適合PRT項目，本文對PRT項目在機(jī)場的優(yōu)勢進(jìn)行深入分析。

圖1 英國倫敦希思羅機(jī)場PRT小車

1 大型樞紐機(jī)場地面交通現(xiàn)狀

1.1 國內(nèi)大型樞紐機(jī)場地面交通現(xiàn)狀

根據(jù)中國民航數(shù)據(jù)總局統(tǒng)計，2018年大陸地區(qū)機(jī)場按旅客吞吐量數(shù)據(jù)統(tǒng)計排名前五的分別是北京首都國際機(jī)場、上海浦東國際機(jī)場、廣州白云國際機(jī)場、成都雙流國際機(jī)場、深圳寶安國際機(jī)場。

北京首都國際機(jī)場建有Automated People Mover syste -ms（旅客自動捷運(yùn)系統(tǒng)），簡稱APM系統(tǒng)。北京首都國際機(jī)場3號航站樓南北兩座建筑（T3C和T3E）由于距離過長，兩座樓之間會建造旅客捷運(yùn)系統(tǒng)以方便乘客。旅客捷運(yùn)系統(tǒng)（APM）是一套無人駕駛的全自動旅客運(yùn)輸系統(tǒng)，APM 系統(tǒng)通常采用中、大型軌道車輛，單車載客量可達(dá)100人以上，但多數(shù)乘客是站席，乘坐舒適度較差。且APM的建設(shè)成本通常高達(dá)2.5-3億人民幣/km，年度運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用也高達(dá)千萬人民幣［1］。

上海浦東國際機(jī)場三期工程將采用“航站樓衛(wèi)星廳”的運(yùn)營模式。其中，浦東機(jī)場捷運(yùn)系統(tǒng)工程是實現(xiàn)這一運(yùn)營模式的關(guān)鍵。該工程將連接3個航站樓（預(yù)留1個）、2個衛(wèi)星廳，成為浦東機(jī)場發(fā)揮整體功能的核心、服務(wù)乘客的紐帶。據(jù)悉，該工程計劃于2019年6月通車運(yùn)營。屆時，乘客安檢后可直接乘坐捷運(yùn)系統(tǒng)到達(dá)衛(wèi)星廳，從安檢口出發(fā)，最快四分鐘即可到達(dá)登機(jī)口。由于APM系統(tǒng)核心技術(shù)國產(chǎn)化程度不高，運(yùn)維成本高，保障能力較低，上海市政總院首次提出將技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛的鋼輪鋼軌制式地鐵A型車，即市民熟悉的軌道交通各條線路，應(yīng)用在浦東機(jī)場旅客捷運(yùn)系統(tǒng)上。與普通地鐵不同的是，車站建筑完全實現(xiàn)與航站樓、衛(wèi)星廳有機(jī)融合，乘客下了捷運(yùn)便能直接到達(dá)登機(jī)口，無須再安檢，實現(xiàn)了空間集約、管理高效、功能無縫銜接。但是，此方案僅僅算是改良版的地鐵。

1.2 國際大型樞紐機(jī)場地面交通現(xiàn)狀

目前國際大型樞紐機(jī)場中，英國倫敦的希思羅機(jī)場于2011年率先投入使用PRT系統(tǒng)，在距離T5航站樓近2公里處有一個超大型的停車場，該P(yáng)RT系統(tǒng)的任務(wù)是接送往返于T5航站樓和遠(yuǎn)端大型停車場之間的旅客，每天的載客量上萬［4］。駕駛私家車到達(dá)希思羅機(jī)場的旅客，無需排隊和等待，直接搭乘一輛PRT自動駕駛小車（單車可搭乘4-6名乘客），在車內(nèi)輸入目的地，即可自動直達(dá)指定位置，全程快捷而且舒適。

2 PRT在機(jī)場交通的優(yōu)勢

2.1 良好的乘坐舒適性

無論是機(jī)場地鐵還是機(jī)場擺渡車，往往都是十分擁擠，特別是對于拖著大包小包行李的旅客來說，實在難言舒適。PRT小車的載客量是5人左右，無站位，很少甚至無需和陌生人共享，車內(nèi)寬敞舒適。乘客上車后，在車內(nèi)顯示屏上輸入目的地，即可安心休息。

2.2 搭乘的便捷性

圖2 PRT系統(tǒng)站臺

旅客駕乘私家車到達(dá)機(jī)場遠(yuǎn)端的大型停車場后，即可在停車場的PRT站點（見圖2、3）無縫銜接換乘PRT小車，無需排隊和等待，就像一輛隨時等候的私人專車。英國希思羅國際機(jī)場PRT系統(tǒng)的最小行車時距是6s，即每6s就能發(fā)送一輛PRT小車。

圖3 PRT系統(tǒng)站臺

2.3 較大的運(yùn)送能力

相對于APM和其它公共交通來說，PRT的單車容量顯然是最低的，但是運(yùn)送能力的大小不僅僅是取決于單車容量的大小，另兩個影響運(yùn)送能力大小的關(guān)鍵指標(biāo)是車輛數(shù)和行車時距，PRT每6S一臺的高頻發(fā)車率，彌補(bǔ)了它單車容量低的缺點。

以國內(nèi)某國際機(jī)場為例估算（見表1），該機(jī)場的PRT項目計劃在長達(dá)4公里的線路上，第一階段運(yùn)行22輛左右的PRT小車（備檢10%，實際運(yùn)行20輛），設(shè)計最小行車時距6S，設(shè)計車速40km/h，單車最大乘坐人數(shù)4人，每車每小時運(yùn)客8次（單向運(yùn)行8次），每日最大運(yùn)營時長16小時，全年運(yùn)輸約3500000人次。

表1 某機(jī)場PRT系統(tǒng)運(yùn)量和收入估算

2.4 較低的建設(shè)成本

PRT建設(shè)成本主要用于專用道路建設(shè)、車輛采購、其它相關(guān)配套設(shè)備采購。其中，專用道路建設(shè)成本約為6000萬人民幣/公里，車輛采購成本約為150萬/輛，其它相關(guān)設(shè)備包括控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、車輛安全自動防護(hù)系統(tǒng)（AVP）、充電系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)、維護(hù)設(shè)施與設(shè)備、質(zhì)保期內(nèi)備品配件、易損件/消耗性材料、專用工具等，成本約為1億。因此，一條路線長度約為4km的PRT項目總投入約為3.7億。

以北京首都國際機(jī)場為代表的APM項目為例分析，該項目建設(shè)成本約為3億人民幣/公里，一條路線長度約為3km的APM項目總投入約為10億人民幣左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PRT項目的建設(shè)成本。

2.5 合理的運(yùn)營成本

英國伯明翰國際機(jī)場APM系統(tǒng)的年度運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用為870萬人民幣，日本成田國際機(jī)場達(dá)到930萬人民幣，每名乘客的運(yùn)營成本約為7元。而PRT系統(tǒng)有著更高的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)和更復(fù)雜的控制管理系統(tǒng)，運(yùn)營成本僅僅略高于APM系統(tǒng)，大約是每名乘客8.5元。

3 PRT系統(tǒng)的現(xiàn)狀

PRT自身的特點和優(yōu)越性，使其可以不僅僅局限于機(jī)場使用，還可以用于校園、景區(qū)。目前，全球已經(jīng)開通運(yùn)營的PRT項目有4個，分別是阿聯(lián)酋阿布扎比馬斯達(dá)爾城、英國倫敦希斯羅機(jī)場、韓國順天市；有包括成都天府國際機(jī)場在內(nèi)的十余個項目在建；以ULTRA為代表的數(shù)十家科技公司在積極研發(fā)最新技術(shù)。

但是最初一代PRT技術(shù)并不成熟，主要原因在于：（1）無人駕駛技術(shù)不成熟，沒有先進(jìn)的傳感器、沒有大數(shù)據(jù)支持、沒有人工智能的決策算法、沒有產(chǎn)業(yè)鏈大規(guī)模的投入；（2）車輛通訊技術(shù)不成熟，早期項目依賴有線傳輸，固定閉塞區(qū)間，無線通信延時較高，信號不穩(wěn)定；（3）探索階段定位不清晰。

新一代PRT技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了能力質(zhì)的提升。采用高效率的中央控制技術(shù)和車輛自主決策技術(shù)相結(jié)合，大幅提升系統(tǒng)控制容量；縮短發(fā)車間隔，同一線路的車輛采用虛擬列車，大幅提升單線運(yùn)輸能力；增加車輛部署，增加網(wǎng)絡(luò)密度、降低等待時間，減少步行距離。

4 新一代PRT的系統(tǒng)構(gòu)成

4.1 地面道路和橋梁

鋼結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化橋梁，采用上下雙層設(shè)計或平面雙向車道設(shè)計，路面鋪裝鋼板路面寬度2-3米（見圖4和表2），上層澆筑塑膠材料，性能接近瀝青路面，但更加平整耐磨。

圖4 PRT小車和道路相關(guān)尺寸

4.2 車輛設(shè)計

分為2座小型車和4座車，車長2米-5米，車輛運(yùn)行時速最高可達(dá)100km/h，最大爬坡16度，車輛針對專有路權(quán)無人駕駛路況，采取輕量化設(shè)計，在現(xiàn)有的車型基礎(chǔ)上進(jìn)行車架和懸掛去冗余，加裝毫米波雷達(dá)、V2X、高精地圖定位、5G通信設(shè)施。采用新能源供電（鋰電池和超級電容），以沿線停靠充電為主。

表2

4.3 中央控制系統(tǒng)

采用虛擬列車技術(shù)，在主干道上車輛進(jìn)行自我編隊行駛，可達(dá)30輛車一編隊，編隊和編隊之間預(yù)留4-6秒安全距離。采用車輛編隊模式可以大幅降低中央調(diào)度系統(tǒng)控制難度，實現(xiàn)高效率的通行，車輛主干道最高可達(dá)1萬-2萬人/小時通行量。

4.4 道岔

采取無道岔設(shè)計（見圖5），車輛自主轉(zhuǎn)向+導(dǎo)向輪輔助轉(zhuǎn)向的雙重安全保障措施。

圖5 新一代PRT系統(tǒng)無道岔設(shè)計

5 結(jié)論與展望

對于機(jī)場的場內(nèi)交通，PRT系統(tǒng)無疑是一個合適的選擇。相對其它交通方式，建設(shè)成本大幅降低的同時，還明顯提高了旅客的搭乘便捷性和乘坐舒適體驗感。在不久的將來，隨著PRT系統(tǒng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，它還將有更為廣闊的應(yīng)用前景，除了連接各航站樓和私家車停車場，甚至通過PRT系統(tǒng)，連接機(jī)場附近所有相關(guān)配套點，比如酒店、公交站、地鐵站、美食街、購物城等等。如此一來，機(jī)場片區(qū)智能交通將構(gòu)建成網(wǎng)，旅客可以隨時搭乘舒適的自動駕駛小車穿梭于機(jī)場大片區(qū)。

當(dāng)然，PRT交通系統(tǒng)不僅僅是適用于機(jī)場片區(qū)的應(yīng)用，在技術(shù)更將成熟的不久的將來，PRT還將應(yīng)用于景點、校園、社區(qū)、工業(yè)園區(qū)等。甚至可以展望，當(dāng)自動駕駛技術(shù)高度成熟的未來，PRT系統(tǒng)甚至可能成為城市新的公共交通，一種兼顧了私家車隱私性和現(xiàn)有公交系統(tǒng)便捷、經(jīng)濟(jì)、安全等特征的出行交通。

[1] 張仟.PRT系統(tǒng)應(yīng)用于樞紐機(jī)場地面交通的可行性研究[J].現(xiàn)代城市軌道交通,2019(1):61-64.

[2] 王春.PRT交通系統(tǒng)在我國城市中的應(yīng)用研究[D].北方工業(yè)大學(xué),2010.

[3] Mac Donald, R. The Need for High Capacity PRT Standardization. in 12th International Conference of Automated People Movers, Auto -mated People Movers 2009: Connecting People, Connecting Places, Connecting Modes, May 31, 2009 - June 3, 2009. 2009. Atlanta, GA, United states: ASCE - American Society of Civil Engineers.

[4] 戴鑫亮.懸掛式PRT車輛結(jié)構(gòu)設(shè)計及動力學(xué)研究[D].成都:西南交通大學(xué),2018:4-5.

Application and Development of PRT Transportation System

Wang Hailong, Wang Qingchun, Liu Xi

( Chengdu Aeronautic Polytechnic, Sichuan Chengdu 610100 )

As an emerging technology of modern transportation system, PRT system possesses many advantages, such as comfortablity, convenience, high capacity, low costs of construction and operation. Judging from the development and features of this technology, PRT system serves as an optimum choice for transportation near airports. As this technology is taking off, especial with the advancement of automated driving, PRT system will find wider application, becoming a common transportation for people in the future.

PRT system; airport; transportation; automated driving

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.10.022

U461.99

A

1671-7988(2019)10-60-04

U461.99

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1671-7988(2019)10-60-04

王海龍（1988-），性別：男，中級工程師，助教，就職于成都航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，研究方向為智能汽車技術(shù)。