新一代智能公交系統(tǒng)體系框架設(shè)計

劉好德，錢貞國，劉向龍，吳忠宜

（1.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院，北京 100029；2.城市公共交通智能化技術(shù)交通運(yùn)輸行業(yè)重點實驗室，北京 100029）

0 引言

智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)（Intelligent Transportation System,ITS）體系框架通過提供統(tǒng)一的系統(tǒng)服務(wù)描述、邏輯關(guān)系和接口標(biāo)準(zhǔn)，使得ITS 各個部分協(xié)調(diào)和集成為一個整體，并具有良好的擴(kuò)展性[1]，對于戰(zhàn)略布局相關(guān)系統(tǒng)的規(guī)劃、全面指導(dǎo)相關(guān)信息工程的部署、系統(tǒng)規(guī)范相關(guān)軟件模塊的實施發(fā)揮了重要作用。20世紀(jì)90年代，世界上第一個智能公交系統(tǒng)（Advanced Public Transportation Sys?tems,APTS）項目啟動以來，APTS 以基于導(dǎo)航、信息、通信等技術(shù)的創(chuàng)新性應(yīng)用為特征，極大地提升了公交系統(tǒng)運(yùn)營效率和服務(wù)品質(zhì)。APTS 作為ITS 的子系統(tǒng)，一直以來其體系框架隨著城市公交服務(wù)業(yè)務(wù)及智能化技術(shù)進(jìn)步，在ITS 體系框架[2]中繼承和發(fā)展。

國際上，ITS 體系框架下的APTS 隨著ITS 戰(zhàn)略規(guī)劃、技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用部署的發(fā)展而不斷發(fā)展。APTS 體系框架研究與實踐應(yīng)用形成了良好的互動，并推動其版本的不斷更新迭代。美國1996 年發(fā)布第一版ITS 體系框架，目前已演進(jìn)到9.0 最新版本[3]。美國ITS 體系框架采用面向過程的研究方法，涵蓋用戶服務(wù)、系統(tǒng)功能、邏輯框架、物理框架等構(gòu)建流程，已成為許多國家構(gòu)建ITS體系框架的主要參考方法[1]。20世紀(jì)初，歐盟依托KAREN （Keystone Architecture Required for European Networks）項目開展ITS 體系框架研究，目前新版本的歐盟ITS 體系框架（European ITS Framework Architecture,FRAME） 計劃通過FRAME NEXT項目進(jìn)行大規(guī)模的更新迭代[4]。

我國自“十五”科技攻關(guān)開始ITS 體系框架及APTS 研究，主要參考了美國ITS 體系框架構(gòu)建方法。2001 年，國家智能交通系統(tǒng)工程研究中心依托“九五”國家科技攻關(guān)項目“中國ITS 體系框架研究”，初步建立了我國智能交通系統(tǒng)體系框架[1]。同期，同濟(jì)大學(xué)楊佩昆教授團(tuán)隊依托國家自然科學(xué)基金重點項目“城市交通流控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)”，研究提出了“智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)”[5]；吉林大學(xué)楊兆升教授團(tuán)隊依托國家自然科學(xué)基金項目“智能公共交通系統(tǒng)關(guān)鍵理論和實踐方法研究”，研究提出了“智能公共交通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架”[6]。2011 年，清華大學(xué)張毅、姚丹亞教授團(tuán)隊依托科技部863 計劃項目“智能車路協(xié)同關(guān)鍵技術(shù)研究”，研究建立了“基于車路協(xié)同的智能交通系統(tǒng)體系框架”[7]。近年來，科技創(chuàng)新日新月異，城市交通向“電動化、自動化、網(wǎng)聯(lián)化”方向發(fā)展，新一代APTS 與大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、第5 代（5th-Generation，5G）通信、區(qū)塊鏈等新基建與新技術(shù)深度融合，城市公交的運(yùn)行更加精準(zhǔn)可靠；同時，隨著個性化、多樣化、高品質(zhì)的出行服務(wù)市場空間不斷放大，城市公交服務(wù)模式創(chuàng)新進(jìn)程也在加速，以網(wǎng)約、共享、定制等為特征的新業(yè)態(tài)公交服務(wù)不斷涌現(xiàn)，如定制公交、需求響應(yīng)式公交等，公交服務(wù)內(nèi)涵不斷發(fā)生變化。新形勢下，APTS 體系框架作為規(guī)劃未來智能公交系統(tǒng)發(fā)展的能力建設(shè)的重要組成，對其作用和意義的理解需要進(jìn)一步深化，并進(jìn)行相應(yīng)的新的設(shè)計。

我國目前的APTS 體系框架仍存在設(shè)計和應(yīng)用相對獨(dú)立、內(nèi)容較注重成熟應(yīng)用、與科技創(chuàng)新相關(guān)規(guī)劃銜接互動不足等問題，新一代APTS 體系框架設(shè)計應(yīng)更具有靈活性、可擴(kuò)展性和開放性，以適應(yīng)公交服務(wù)模式變化、新技術(shù)快速發(fā)展對APTS 體系框架更新迭代的要求。為此，本文提出科技創(chuàng)新驅(qū)動的智能公交系統(tǒng)體系框架設(shè)計與演進(jìn)實施思路，通過建立科技創(chuàng)新規(guī)劃與體系框架反饋迭代的互動演進(jìn)機(jī)制，構(gòu)建面向未來5～10 年的、開放式的、可更新迭代的APTS 體系框架，支撐行業(yè)開發(fā)具有競爭力、高品質(zhì)的下一代城市智能公交系統(tǒng)。

1 APTS體系框架發(fā)展綜述

APTS 較為復(fù)雜，包含很多服務(wù)系統(tǒng)和子系統(tǒng)，需要有一個指導(dǎo)性的頂層框架，來幫助各利益相關(guān)者理解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和達(dá)成廣泛共識，以更好地實施系統(tǒng)功能整合和統(tǒng)一部署。APTS 體系框架一直是各國開展APTS 系統(tǒng)規(guī)劃和建設(shè)的指導(dǎo)框架，是規(guī)范APTS 發(fā)展的重要手段。APTS 作為ITS 的子系統(tǒng)，其體系框架一直在ITS 體系框架中繼承和發(fā)展。自20 世紀(jì)90 年代以來，美國、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相繼開展了ITS 體系框架的研究和制定工作，極大地促進(jìn)了APTS 發(fā)展及其體系框架演進(jìn)。我國自“十五”時期開始對ITS 體系框架進(jìn)行系統(tǒng)研究，在推動APTS 關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用方面發(fā)揮了重要作用。

1.1 國外發(fā)展現(xiàn)狀

美國較早建立了ITS 體系框架，其版本不斷更新迭代，V7.0 之后版本整合了網(wǎng)聯(lián)汽車體系框架（Connected Vehicle Reference Implementation Architecture,CVRIA），形成了協(xié)作式智能交通系統(tǒng)體系框架（Architecture Reference for Coopera?tive and Intelligent Transportation,ARC-IT）。目前ARC-IT 最新版本為V9.0，并提供可在線參考和使用的網(wǎng)站以及相關(guān)設(shè)計工具。其框架下的APTS 在原有車隊管理、出行者信息、電子收費(fèi)、交通安全與保障、交通需求管理和智能車輛系統(tǒng)等用戶服務(wù)基礎(chǔ)上，新增了公交專用道、車站行車安全、便捷出行、多模式公交服務(wù)等內(nèi)容，體現(xiàn)了體系框架不斷更新演化的開放性[8]。

歐盟ITS 體系框架FRAME 為歐盟范圍內(nèi)幾乎所有ITS 應(yīng)用和服務(wù)提供頂層的需求和功能體系，并提供參考使用和維護(hù)工具，包括不斷更新的FRAME 瀏覽頁面，允許使用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)頁瀏覽器以交互方式查看FRAME 體系結(jié)構(gòu)的所有元素及其關(guān)系。正在實施的下一代ITS 體系框架項目“FRAME NEXT”將擴(kuò)展FRAME，包括協(xié)作式智能交通系統(tǒng)（Cooperative ITS,C-ITS）的最新發(fā)展以及歐洲ITS 導(dǎo)則優(yōu)先領(lǐng)域的其他功能，并開發(fā)新的框架使用工具軟件，以不斷演進(jìn)FRAME，這項工作將至少持續(xù)到2021 年[4,9]。FRAME 下的最新版APTS 包括公交車隊監(jiān)控、公交服務(wù)計劃、公交管理、公交車隊控制、公交支付服務(wù)、車輛共享服務(wù)及按需服務(wù)等用戶服務(wù)[6]。歐盟自20 世紀(jì)90 年代起開始持續(xù)實施科技創(chuàng)新計劃和試點，包括歐洲未來公交系統(tǒng)（European Bus System of the Future,EBSF）、智能創(chuàng)新集成公交系統(tǒng)（in?telligent,innovative,integrated Bus Systems project,3iBS）和歐洲未來公交系統(tǒng)2（EBSF_2）等3 個連續(xù)推進(jìn)的項目[10-12]，不斷重塑公交系統(tǒng)內(nèi)涵，有力推進(jìn)了歐洲城市公交系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展，促使其APTS 體系框架不斷更新迭代。

1.2 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國APTS 建設(shè)一般以信息化工程或科技項目的形式開展，APTS 體系框架在指導(dǎo)APTS 發(fā)展的宏觀、中觀、微觀3 個尺度視角上都發(fā)揮著重要的作用。宏觀層面，APTS 發(fā)展規(guī)劃階段可參考APTS 體系框架規(guī)定的服務(wù)領(lǐng)域和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，劃分子系統(tǒng)，提出系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)，并根據(jù)技術(shù)應(yīng)用成熟度，結(jié)合科技創(chuàng)新規(guī)劃部署關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)計劃，開展試點、示范以及推廣計劃；中觀層面，APTS 項目立項階段可參考APTS 體系框架規(guī)劃設(shè)計系統(tǒng)的物理、邏輯結(jié)構(gòu)等，形成需求規(guī)格說明書，指導(dǎo)工程實施階段的招標(biāo)文件編制；微觀層面，APTS 項目實施階段依據(jù)軟件工程標(biāo)準(zhǔn)開展系統(tǒng)的設(shè)計與實施，可參考APTS 體系框架約定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，使建成的系統(tǒng)之間具有良好的協(xié)調(diào)性和擴(kuò)展性。

2008 年“大部制”改革以后，城市公交快速發(fā)展，APTS 業(yè)務(wù)應(yīng)用不斷深化。自2011 年起，交通運(yùn)輸部實施“城市公共交通智能化應(yīng)用示范工程”，建立了APTS 應(yīng)用的體系框架并在全國36個城市開展大范圍試點、部署實施。交通運(yùn)輸部組織編制發(fā)布了《城市公共交通智能化應(yīng)用示范工程建設(shè)指南》（廳運(yùn)字〔2014〕105號）[13]，提出了面向企業(yè)運(yùn)營、行業(yè)監(jiān)管、公眾服務(wù)三方面用戶服務(wù)需求的應(yīng)用平臺及其子系統(tǒng)功能的業(yè)務(wù)應(yīng)用架構(gòu)（見圖1）；編制并發(fā)布了涵蓋終端設(shè)備、數(shù)據(jù)資源、通信協(xié)議、系統(tǒng)應(yīng)用等方面11項標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)要求[14]，形成了APTS 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。這兩套成果在以往APTS 體系框架成果基礎(chǔ)上，在全國范圍內(nèi)面向信息化工程建設(shè)和城市公交業(yè)務(wù)應(yīng)用首次實踐了我國APTS 體系框架（APTS1.0）[2]。

圖1 公交智能化示范工程建立的APTS體系框架1.0

這批示范工程覆蓋了全國36 個城市，范圍廣、規(guī)模大，發(fā)揮了工程實效，促進(jìn)了城市公交向要素全息化、系統(tǒng)協(xié)同化、決策科學(xué)化、服務(wù)精準(zhǔn)化方向快速發(fā)展，為城市公交領(lǐng)域的“互聯(lián)網(wǎng)+”應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)。

1.3 我國APTS體系框架存在的問題

我國城市智能公交系統(tǒng)經(jīng)歷科研驅(qū)動、業(yè)務(wù)應(yīng)用兩輪創(chuàng)新技術(shù)實施部署以后，形成的APTS體系框架（APTS1.0）在技術(shù)應(yīng)用推廣、指導(dǎo)工程建設(shè)等階段性任務(wù)方面發(fā)揮了重要作用，但在支撐上述宏觀、中觀和微觀3 個尺度視角的應(yīng)用方面仍存在以下突出問題。

（1）APTS 體系框架本身亟待更新完善。隨著APTS 所服務(wù)的城市公交業(yè)務(wù)模式不斷發(fā)展變化，定制公交、需求響應(yīng)型公交等新的服務(wù)模式對固定式公交服務(wù)提出了“需求在線”“實時響應(yīng)”“一體化服務(wù)”等新要求，未來的APTS體系框架應(yīng)更體現(xiàn)對業(yè)務(wù)發(fā)展與模式創(chuàng)新的包容性。

（2）APTS 體系框架需適應(yīng)技術(shù)發(fā)展。由于APTS 所應(yīng)用的信息技術(shù)本身也在不斷升級變化，導(dǎo)航向高精度定位技術(shù)發(fā)展、移動通信技術(shù)向5G發(fā)展，區(qū)塊鏈、人工智能、自動駕駛等新技術(shù)應(yīng)用到APTS，極大地賦能了城市公交系統(tǒng)業(yè)務(wù)和模式創(chuàng)新，未來的APTS 體系框架應(yīng)具有一定的技術(shù)包容性和應(yīng)用創(chuàng)新彈性，有利于部署關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)和新技術(shù)推廣應(yīng)用。

2 新一代APTS體系框架設(shè)計方法

從發(fā)達(dá)國家ITS 發(fā)展經(jīng)驗來看，完善的、可更新迭代的體系框架是智能化系統(tǒng)發(fā)展成熟度的重要標(biāo)志，不僅可直接指導(dǎo)智能化系統(tǒng)建設(shè)，也是評估系統(tǒng)實施效果、識別新需求、部署關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)等的重要技術(shù)支撐。其中，建立體系框架與科技規(guī)劃的互動銜接機(jī)制是關(guān)鍵所在。在美國，ITS體系框架已與ITS規(guī)劃真正融為一體，并隨著技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)步，其版本不斷更新迭代和演進(jìn)，如美國交通部最近發(fā)布的《ITS 戰(zhàn)略計劃（2020—2025）》，已將ITS 體系框架更新與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定列為創(chuàng)新能力建設(shè)的重點任務(wù)，以加速ITS部署與實施[15]。借鑒國外發(fā)展經(jīng)驗，針對我國目前APTS 體系框架應(yīng)用存在的問題與更新需求，本文提出科技創(chuàng)新驅(qū)動下的新一代APTS 體系框架設(shè)計與演進(jìn)思路。

2.1 新一代APTS體系框架設(shè)計思路

科技創(chuàng)新驅(qū)動下的APTS 體系框架開放式設(shè)計將通過提供統(tǒng)一的工作界面、需求數(shù)據(jù)庫、評估和體系維護(hù)工具等，建立APTS 體系框架設(shè)計與科技創(chuàng)新規(guī)劃的互動機(jī)制，力求APTS 體系框架在指導(dǎo)各地開展公交智能化系統(tǒng)建設(shè)的同時，更好地支撐城市公交領(lǐng)域的科技需求預(yù)測、科技創(chuàng)新規(guī)劃，并在以下方面區(qū)別于目前的體系框架設(shè)計。

（1）基于統(tǒng)一的需求數(shù)據(jù)庫。建立覆蓋全面的、分類規(guī)范的用戶及服務(wù)需求體系和數(shù)據(jù)庫，記錄具體需求內(nèi)容和階段實現(xiàn)程度，作為APTS現(xiàn)狀評估和未來科技需求預(yù)測的基礎(chǔ)信息庫，并可更新迭代。

（2）兼顧現(xiàn)階段和未來應(yīng)用需求?？傮w用戶服務(wù)體系、應(yīng)用邏輯框架上應(yīng)包容現(xiàn)階段和未來業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，但在系統(tǒng)及子系統(tǒng)功能描述上區(qū)分應(yīng)用成熟度，這需要基于物理部署框架，建立技術(shù)框架體系并進(jìn)行階段性評估。

（3）提供體系框架可視化瀏覽和使用工具，以及體系框架更新維護(hù)工具，如可繼承和復(fù)用的框架圖、流程、功能架構(gòu)等。

2.2 新一代APTS體系框架設(shè)計流程

本文提出的APTS 體系框架設(shè)計、更新迭代和演進(jìn)流程如圖2所示。

圖2 新一代APTS體系框架設(shè)計與演進(jìn)流程

（1）分析城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展下的出行新需求、技術(shù)發(fā)展趨勢等因素，作為輸入，在已有APTS 體系框架的基礎(chǔ)上，識別用戶與服務(wù)需求，建立用戶服務(wù)體系，涵蓋服務(wù)領(lǐng)域、用戶服務(wù)、子服務(wù)等內(nèi)容，廣泛征集行業(yè)內(nèi)專家意見。

（2）根據(jù)確立的用戶服務(wù)體系，面向全行業(yè)內(nèi)管理部門、運(yùn)營企業(yè)、研發(fā)單位及社會公眾廣泛調(diào)研，開展APTS 現(xiàn)狀評估和需求征集，評價各服務(wù)領(lǐng)域系統(tǒng)及技術(shù)應(yīng)用成熟度，建立用戶服務(wù)需求數(shù)據(jù)庫。

（3）在現(xiàn)狀評估和需求征集的基礎(chǔ)上，對接國家重大需求、行業(yè)發(fā)展規(guī)劃等，分析未來技術(shù)應(yīng)用需求，遴選優(yōu)先發(fā)展、重點發(fā)展的領(lǐng)域或主題，支撐未來公交系統(tǒng)科技創(chuàng)新規(guī)劃、重點研發(fā)計劃等，成果包括APTS 關(guān)鍵技術(shù)方向、總體發(fā)展路徑、重點研發(fā)計劃和示范推廣計劃等。

（4）建立與未來公交系統(tǒng)科技創(chuàng)新規(guī)劃互動的機(jī)制，共享需求數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)狀評估報告，在此過程中，不斷完善和建立APTS 應(yīng)用邏輯框架、物理部署框架、關(guān)鍵技術(shù)體系（包括標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范），完整地描述未來APTS 藍(lán)圖及具有的服務(wù)功能，為APTS 研發(fā)、工程建設(shè)、系統(tǒng)部署提供參考依據(jù)和知識庫，成果包括APTS 體系框架瀏覽工具（網(wǎng)站等）、現(xiàn)狀綜述、需求導(dǎo)則、建設(shè)指南、評估指標(biāo)體系和維護(hù)工具等。

（5）通過技術(shù)研發(fā)、推廣應(yīng)用和效果評估，使用APTS 體系框架維護(hù)工具階段性地將成熟應(yīng)用及時更新到需求數(shù)據(jù)庫和體系框架設(shè)計中，實現(xiàn)體系框架版本的更新迭代和演進(jìn)。

3 新一代APTS體系框架設(shè)計

基于本文提出的設(shè)計流程，根據(jù)未來APTS的特征分析，從建立用戶服務(wù)體系開始，開展新一代APTS 體系框架設(shè)計。體系框架設(shè)計可輸出的成果包括設(shè)計類成果與創(chuàng)新規(guī)劃類成果，以體現(xiàn)體系框架與科技規(guī)劃的互動銜接，指導(dǎo)APTS發(fā)展、工程設(shè)計與建設(shè)等。

3.1 未來APTS的顯著特征

隨著居民生活水平從生存型、溫飽型向發(fā)展型、美好型的轉(zhuǎn)變，城市交通從滿足基本出行、快捷出行轉(zhuǎn)向高品質(zhì)交通出行，由單一的、固定的、有限的交通供給轉(zhuǎn)向多元的、定制的、彈性的供給模式[16]。城市交通“電動化、自動化、共享化”趨勢交叉影響，以及大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、5G、區(qū)塊鏈等新技術(shù)快速發(fā)展背景下，公交出行服務(wù)需求日益多樣化、差異化和個性化，公交服務(wù)模式創(chuàng)新迭代在加速，新一代的城市公交系統(tǒng)正在形成。對比發(fā)展現(xiàn)狀，承載新技術(shù)應(yīng)用的未來APTS將具有以下顯著特征。

（1）業(yè)務(wù)模式方面，將支撐城市公交系統(tǒng)從供給導(dǎo)向、被動服務(wù)轉(zhuǎn)向需求導(dǎo)向、個性化服務(wù)，從靜態(tài)固定線路運(yùn)營轉(zhuǎn)向?qū)崟r動態(tài)線路運(yùn)營，從被動應(yīng)急處置轉(zhuǎn)向主動安全防范；城市公交與軌道交通、共享出行、私人出行等多種交通方式不斷整合與銜接，向“出行即服務(wù)”（Mobil?ity as a Service，MaaS）的一站式出行服務(wù)方向發(fā)展，未來出行系統(tǒng)的效率進(jìn)一步優(yōu)化[17]。

（2）系統(tǒng)運(yùn)行方面，圍繞車輛智慧化、基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)同、運(yùn)營服務(wù)增質(zhì)提效等重點領(lǐng)域，將支撐實現(xiàn)城市公交系統(tǒng)全要素感知精準(zhǔn)化、運(yùn)營管理精細(xì)化與生產(chǎn)集約化，以及多模式公交調(diào)度與服務(wù)協(xié)同化，公交系統(tǒng)中人、車、線網(wǎng)、場站、物資、能源供應(yīng)等各要素的高效管理與優(yōu)化配置。

（3）關(guān)鍵技術(shù)方面，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G通信等新技術(shù)融合將帶來城市公交系統(tǒng)的全息信息采集、高精度地圖與定位、泛在互聯(lián)、自動駕駛、無感快捷支付、需求動態(tài)響應(yīng)等深度應(yīng)用。

3.2 新一代APTS用戶服務(wù)體系設(shè)計

用戶服務(wù)體系設(shè)計首先需要劃分服務(wù)領(lǐng)域，以明確頂層分類。為適應(yīng)未來公交新業(yè)態(tài)快速發(fā)展等帶來的APTS 用戶服務(wù)更新需求，使得未來APTS 體系框架更容易拓展和迭代，本文采用要素分類劃分方法，以公交服務(wù)涉及的載運(yùn)工具、基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)營、信息服務(wù)等要素或者環(huán)節(jié)作為對象，經(jīng)過行業(yè)內(nèi)廣泛征集專家意見，確立了新一代APTS 的四大服務(wù)領(lǐng)域，包括智慧公交車輛、智慧公交設(shè)施、智慧公交運(yùn)營和智慧公交信息服務(wù)等。圍繞每個服務(wù)領(lǐng)域，根據(jù)用戶服務(wù)需求分析，經(jīng)過兩輪廣泛地征集行業(yè)內(nèi)專家意見，建立了涵蓋20 項用戶服務(wù)、52 項子服務(wù)的用戶服務(wù)體系，體現(xiàn)了最新的成熟應(yīng)用和發(fā)展趨勢。

（1）“智慧公交車輛”服務(wù)領(lǐng)域

安全、舒適、綠色是公交車輛發(fā)展的永恒主題。近年來，針對駕駛員的主動安全防范技術(shù)得到規(guī)模推廣應(yīng)用，包括駕駛員身心健康、駕駛行為實時監(jiān)測與預(yù)警等。自2018年重慶公交車墜江事件以來，公交車廂內(nèi)安全防范設(shè)施設(shè)備配置、危險品檢測、治安監(jiān)控等要求進(jìn)一步強(qiáng)化。安全駕駛輔助已得到普及應(yīng)用，公交自動駕駛L3級已在許多城市開展測試和應(yīng)用，可以預(yù)見將顯著提升車輛行駛安全、運(yùn)行效率，未來與車輛模塊化、輕量化設(shè)計相結(jié)合，能不斷促進(jìn)需求響應(yīng)式（在線需求） 等靈活型公交服務(wù)模式創(chuàng)新發(fā)展[18-19]。乘車舒適性是影響公交吸引力的重要因素，公交車輛設(shè)計越來越人性化，更加重視車廂內(nèi)溫濕度、顆粒物、消殺狀態(tài)等環(huán)境保持，配置無障礙乘降服務(wù)設(shè)施，為老弱病殘等弱勢群體提供無差別的乘坐環(huán)境，相應(yīng)的APTS 用戶服務(wù)應(yīng)能體現(xiàn)對這些服務(wù)設(shè)施設(shè)備狀態(tài)、車廂環(huán)境狀況進(jìn)行監(jiān)控與調(diào)節(jié)。綠色出行趨勢下，公交電動化轉(zhuǎn)型步伐加快，截至2018年底，我國新能源公交車輛34.19萬輛，占比已過半[20]?；陔妱踊墓卉囕v智慧化管理與服務(wù)需求突出，包括車輛動力和行駛工況等狀況監(jiān)控、遠(yuǎn)程故障診斷與智能維護(hù)等，可大幅提升車輛全生命周期及性能。匯總設(shè)計該服務(wù)領(lǐng)域下的6 個用戶服務(wù)、16 個子服務(wù)，見表1。

表1 “智慧公交車輛”服務(wù)領(lǐng)域下的用戶服務(wù)與子服務(wù)

表1 （續(xù)）

（2）“智慧公交設(shè)施”服務(wù)領(lǐng)域

舒適、便捷、安全的車站候車與通行環(huán)境是公交設(shè)施服務(wù)功能的主要要求。未來的公交車站無障礙行走空間和乘車設(shè)施應(yīng)更加完備，設(shè)置更多的公交專用道和公交信號優(yōu)先設(shè)施，保障乘客便捷乘車、提升公交通行能力。公交設(shè)施與車輛、乘客之間的信息交互與協(xié)同日益重要，公交車站、場站能夠成為智慧城市的重要信息節(jié)點，相對應(yīng)的APTS 用戶服務(wù)應(yīng)在已有車站客流及安全監(jiān)控能力的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步體現(xiàn)對無障礙設(shè)施狀態(tài)的監(jiān)控，基于車路協(xié)同技術(shù)，對公交車輛站點高效?？亢屯ㄐ锌刂?，對公交專用道路權(quán)動態(tài)共享管理以及公交信號優(yōu)先控制等新需求。匯總設(shè)計該服務(wù)領(lǐng)域下的4個用戶服務(wù)、10個子服務(wù)，具體見表2。

表2 “智慧公交設(shè)施”服務(wù)領(lǐng)域下的用戶服務(wù)與子服務(wù)

（3）“智慧公交運(yùn)營”服務(wù)領(lǐng)域

近年來，定制公交、需求響應(yīng)式公交（網(wǎng)約公交）等新業(yè)態(tài)公交快速發(fā)展，全國超過50 個“公交都市”創(chuàng)建城市提供了基于互聯(lián)網(wǎng)的定制公交服務(wù)，如廣州的“如約巴士”等。2018 年9月，北京公交集團(tuán)推出“網(wǎng)約公交車”，向乘客提供定制化、“準(zhǔn)門到門”的公交出行服務(wù)[21]。2020 年新型冠狀病毒肺炎疫情期間，以定人、定點、定時、定價、定車等“需求在線”為特征的響應(yīng)式公交（Demand Response Transit,DRT）得到了廣泛應(yīng)用，有力支持了復(fù)工復(fù)產(chǎn)?？梢灶A(yù)見，在城市交通共享出行大環(huán)境下，具有“需求在線”特征的定制公交、需求響應(yīng)式等靈活型公交服務(wù)應(yīng)能持續(xù)發(fā)展，與主要客流通道的大容量、高頻固定公交線路服務(wù)（常規(guī)公交）實現(xiàn)融合發(fā)展、調(diào)度協(xié)同等。相對應(yīng)的APTS 在已有支撐常規(guī)公交運(yùn)營管理功能的基礎(chǔ)上，用戶服務(wù)應(yīng)能進(jìn)一步體現(xiàn)對多模式公交服務(wù)協(xié)同調(diào)度與一體化管理服務(wù)需求，包括公交線網(wǎng)規(guī)劃、客流監(jiān)測、計劃與排班、調(diào)度與服務(wù)等方面；在大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)支撐下，實現(xiàn)公交運(yùn)行實時動態(tài)監(jiān)測、考慮多因素的動態(tài)智能排班，以及交通卡、二維碼等多模式電子支付集成應(yīng)用等。匯總設(shè)計該服務(wù)領(lǐng)域8 個用戶服務(wù)、20 個子服務(wù)，具體見表3。

表3 “智慧公交運(yùn)營”服務(wù)領(lǐng)域下的用戶服務(wù)與子服務(wù)

表3 （續(xù)）

（4）“智慧公交信息服務(wù)”服務(wù)領(lǐng)域

針對公交運(yùn)行的動態(tài)海量信息采集、存儲和應(yīng)用需求，目前很多中心城市建成和運(yùn)行了公交大數(shù)據(jù)中心，通過提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)資源目錄和數(shù)據(jù)接口，實現(xiàn)公交系統(tǒng)內(nèi)外數(shù)據(jù)匯聚、交換共享，支撐客流分析、線網(wǎng)優(yōu)化、動態(tài)排班等大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用。數(shù)據(jù)已成為核心生產(chǎn)要素和資產(chǎn)，未來數(shù)據(jù)倉庫與信息圖譜技術(shù)應(yīng)用將進(jìn)一步強(qiáng)化，以更好地服務(wù)公交運(yùn)營生產(chǎn)、管理決策與乘客信息服務(wù)。移動互聯(lián)網(wǎng)時代，基于公交大數(shù)據(jù)中心，公交出行信息服務(wù)在乘客整個出行鏈（出行前、在途、出行后）中，能夠提供更加精準(zhǔn)的行程規(guī)劃、動態(tài)換乘信息服務(wù)、來車預(yù)報、預(yù)約支付服務(wù)等功能，更加體現(xiàn)泛在連接和獲取、多方式無縫接續(xù)、個性化定制等便捷性。未來，公交出行信息服務(wù)應(yīng)能夠更多地為城市出行一站式等綜合出行信息服務(wù)提供接口和服務(wù)，支撐城市公交與其他城市客運(yùn)方式在信息、票務(wù)、支付等方面實現(xiàn)服務(wù)一體化，促進(jìn)“出行即服務(wù)”（MaaS）推廣應(yīng)用[17]。匯總設(shè)計該服務(wù)領(lǐng)域下的2個用戶服務(wù)、6個子服務(wù)，具體見表4。

表4 “智慧公交信息服務(wù)”服務(wù)領(lǐng)域下的用戶服務(wù)與子服務(wù)

3.3 新一代APTS體系框架設(shè)計輸出成果

基于第一個階段的APTS 用戶服務(wù)體系設(shè)計，根據(jù)前文提出的設(shè)計方法，考慮與科技創(chuàng)新驅(qū)動之間的反饋，新一代APTS 體系框架設(shè)計后續(xù)主要工作與輸出成果包括以下兩方面。

（1）體系框架類成果

采用ITS 體系框架設(shè)計方法，開展用戶服務(wù)及子服務(wù)對應(yīng)的系統(tǒng)及子系統(tǒng)功能描述，建立新一代APTS 的邏輯應(yīng)用框架，進(jìn)而建立物理部署框架、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和關(guān)鍵技術(shù)體系，開發(fā)體系框架使用和維護(hù)工具包等。

這項工作成果包括APTS 需求數(shù)據(jù)庫，APTS體系框架瀏覽工具，APTS 應(yīng)用評估指標(biāo)體系，APTS 體系框架維護(hù)工具等。要求未來版本的APTS 體系框架基于本文方法進(jìn)行周期性的迭代，實現(xiàn)開放更新。

（2）發(fā)展規(guī)劃類成果

以APTS 用戶服務(wù)體系為主線，開展APTS 現(xiàn)狀調(diào)查與綜述研究，評估技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，征集未來需求，對接國家重大需求、行業(yè)發(fā)展規(guī)劃，分析和提煉未來APTS關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方向和任務(wù)。

這項工作成果包括APTS 發(fā)展現(xiàn)狀報告，APTS 關(guān)鍵技術(shù)方向，APTS 總體發(fā)展路徑，APTS重點研發(fā)計劃，APTS 示范推廣計劃等。近期下一個版本的APTS基本規(guī)劃期限為2020—2025年，以支撐交通運(yùn)輸科技五年規(guī)劃。

4 新一代APTS實施路徑

APTS 技術(shù)進(jìn)步需要科研、產(chǎn)業(yè)、運(yùn)營等多個領(lǐng)域共同合作，廣泛發(fā)動全行業(yè)力量，共同規(guī)劃和推進(jìn)新一代APTS 發(fā)展，全面、系統(tǒng)地把握未來智能公交系統(tǒng)的深層次需求，積極引進(jìn)和推廣創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，規(guī)劃未來公交系統(tǒng)發(fā)展方向和重點。為此，需開展以下研究及相關(guān)工作。

（1）持續(xù)開展能力研究?；贏PTS 體系框架，階段性地評估技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，提煉關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、示范應(yīng)用計劃等實施任務(wù)，提出配套的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、政策法規(guī)建議等，促進(jìn)APTS 科技創(chuàng)新發(fā)展。

（2）推進(jìn)成立發(fā)展聯(lián)盟。成立由行業(yè)主管部門、科研機(jī)構(gòu)、協(xié)會、運(yùn)輸企業(yè)、車廠、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)等單位組成的發(fā)展聯(lián)盟，建立合作、交流、反饋機(jī)制，在重大需求、體系框架、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、示范推廣等方面廣泛達(dá)成共識。

（3）部署關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)。根據(jù)科技創(chuàng)新規(guī)劃，聚焦電動化、自動化、共享化交叉融合的多模式公交服務(wù)協(xié)同等，部署關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，并開展應(yīng)用示范，通過試點帶動技術(shù)應(yīng)用。

（4）促進(jìn)企業(yè)自主創(chuàng)新。優(yōu)化發(fā)展環(huán)境，發(fā)揮地方城市自主創(chuàng)新能力，鼓勵和支持企業(yè)自選某特定領(lǐng)域開展創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用，適時將評估效果好的技術(shù)成果列入科技項目清單，并進(jìn)行推廣。

5 結(jié)語

本文在回顧我國APTS 體系框架發(fā)展歷程，借鑒國外發(fā)展經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)闡述了APTS體系框架應(yīng)用在3 個尺度上的重要作用，分析了現(xiàn)狀A(yù)PTS 體系框架及其存在的不足，提出了科技創(chuàng)新驅(qū)動下的未來APTS 體系框架設(shè)計方法與演進(jìn)思路，并設(shè)計了體系框架建立、更新迭代和演進(jìn)的流程；基于提出的設(shè)計方法，開展了新一代APTS 體系框架設(shè)計，建立了包括4 大服務(wù)領(lǐng)域、20 項用戶服務(wù)、52 項子服務(wù)的APTS 用戶服務(wù)體系，涉及了目前成熟應(yīng)用以及需求響應(yīng)式公交、自動駕駛等趨勢應(yīng)用；初步提出了可支撐科技創(chuàng)新規(guī)劃以及體系框架使用與更新迭代的設(shè)計成果體系以及新一代APTS的發(fā)展路徑。

本文的主要貢獻(xiàn)包括：（1）提出了新一代APTS 體系框架設(shè)計方法和流程，體現(xiàn)了體系框架與科技規(guī)劃等應(yīng)用的互動銜接以及更新演進(jìn)，為APTS 實施和體系框架應(yīng)用提供了新思路；（2）設(shè)計了新一代APTS 用戶服務(wù)體系，體現(xiàn)了未來城市公交服務(wù)新特征，可供行業(yè)內(nèi)人員參考；（3）探討了新一代APTS 體系框架設(shè)計預(yù)期的輸出成果，使體系架構(gòu)更加完善和具有可操作性，并可更好地指導(dǎo)APTS 項目實施?；隗w系框架設(shè)計的整體構(gòu)想，下一階段將結(jié)合交通運(yùn)輸科技創(chuàng)新中長期規(guī)劃、“十四五”規(guī)劃等研究工作，基于APTS 用戶服務(wù)體系，深入評估應(yīng)用現(xiàn)狀，廣泛征集未來技術(shù)應(yīng)用需求，提煉科技研發(fā)需求、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)方向，支撐未來城市公交系統(tǒng)的科技創(chuàng)新規(guī)劃；開展新一代APTS 應(yīng)用邏輯框架、物理部署框架設(shè)計，建立關(guān)鍵技術(shù)體系，開發(fā)體系框架使用和維護(hù)工具，為部署我國新一代APTS發(fā)展、推進(jìn)未來演進(jìn)提供技術(shù)支撐。