空港樞紐綜合交通信息系統(tǒng)研究

□ 中國民航管理干部學院 鐘 敏 劉 一/文

智慧民航建設是“十四五”時期行業(yè)發(fā)展主線，是實現(xiàn)多領域民航強國建設目標的必由之路，也是便捷順暢、智能先進的現(xiàn)代化高質(zhì)量國家綜合立體交通網(wǎng)的重要組成部分。智慧機場作為智慧民航建設的關鍵支撐，已成為機場業(yè)變革和實施數(shù)字化轉(zhuǎn)型的必然趨勢。智慧機場建設是一個系統(tǒng)工程，大型樞紐機場航班流、旅客流、行李流、交通流相互交織，運行管理十分復雜。隨著互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術的發(fā)展，利用新技術實現(xiàn)樞紐旅客流、各種交通運力流等多要素感知，基于航班流牽引，統(tǒng)籌規(guī)劃和引導旅客流和交通流，建設智能化空港樞紐綜合交通運行管理系統(tǒng)，加快民航與其他交通方式的深度融合，已逐漸成為各機場建設智慧機場的一個重要著力點。

隨著民航業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的不斷深入，空港樞紐針對相關業(yè)務已建成和正在建設一些信息系統(tǒng)來支撐樞紐綜合交通的運行，如北京大興國際機場、青島膠東國際機場、成都天府國際機場等新建機場及一些大型樞紐機場已建成視頻監(jiān)測系統(tǒng)、出租車排隊管理系統(tǒng)、出租車短途管理系統(tǒng)、車輛身份驗證系統(tǒng)、停車誘導系統(tǒng)、出租車蓄車場管理系統(tǒng)、陸側(cè)監(jiān)控系統(tǒng)等，部分大型機場正在籌劃建設智能化空港樞紐綜合交通系統(tǒng)，通過多維數(shù)據(jù)感知、集成與融合，實現(xiàn)空港綜合交通態(tài)勢動態(tài)監(jiān)測和各交通方式協(xié)同調(diào)度，促進空港綜合交通運行效率與旅客服務品質(zhì)的持續(xù)提升。

空港樞紐信息系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和功能研究

（一）空港樞紐信息系統(tǒng)需求分析和發(fā)展現(xiàn)狀

空港樞紐信息系統(tǒng)的使用對象需求主要包括兩方面：一方面來自樞紐運營管理部門和各運營主體，樞紐管理部門是整個空港樞紐的運營協(xié)調(diào)方，需要掌握樞紐內(nèi)各交通方式運營計劃和狀態(tài)、設施布局、旅客流量等信息，實時監(jiān)控樞紐內(nèi)各場站運營情況，在樞紐日常運營和應急事件下，溝通協(xié)調(diào)各運營主體，實現(xiàn)各交通方式協(xié)同合作。各運營主體需要獲取與其銜接交通方式的運營計劃和狀態(tài)，與其聯(lián)動區(qū)域的旅客流量等信息，以便為交通方式之間有效銜接提供動態(tài)調(diào)度和應急措施。另一方面來自旅客，做好旅客出行服務是空港樞紐建設的重要目標，空港樞紐信息系統(tǒng)也需要提升服務水平，方便旅客快捷高效出行。旅客需要在樞紐換乘過程中及時獲取準確的樞紐外部道路信息、各交通方式運營班次、運行動態(tài)、換乘路徑、停車位等信息，空港樞紐信息系統(tǒng)通過為旅客提供全面、完善、優(yōu)質(zhì)與人性化的綜合服務類和換乘引導等信息服務，提升旅客對綜合交通服務的獲得感與滿意度。

根據(jù)我國空港樞紐信息系統(tǒng)的建設實踐，目前主要存在三種類型：第一種是各交通方式分別規(guī)劃、獨立建設運營。在空港樞紐規(guī)劃和建設初期，各交通方式基礎設施、旅客服務標準等分別規(guī)劃，樞紐內(nèi)各交通方式信息系統(tǒng)獨立建設和運營，導致存在“信息孤島”現(xiàn)象，未實現(xiàn)運行信息共享和旅客服務一體化，是目前最普遍也是協(xié)同程度最低的類型。第二種是各交通方式協(xié)調(diào)規(guī)劃、分別建設運營。在空港樞紐規(guī)劃和建設初期，各交通方式建立了信息系統(tǒng)建設的協(xié)商機制，并預留軟硬件接口，但在具體實施中各交通方式信息系統(tǒng)未建立運行信息共享的協(xié)調(diào)機制，信息系統(tǒng)缺少整合和集成，各交通方式仍然無法實現(xiàn)協(xié)同運行。第三種是各交通方式統(tǒng)一規(guī)劃、協(xié)調(diào)建設運營。在樞紐規(guī)劃和建設初期，提出建立多方式協(xié)同的信息服務平臺與多個相關信息系統(tǒng)共同組成的總體架構，明確樞紐信息系統(tǒng)與各交通方式信息系統(tǒng)之間的交互方式和運營管理模式。在樞紐建設方統(tǒng)一協(xié)調(diào)下，基本實現(xiàn)各交通方式的運行協(xié)同，如上海虹橋綜合交通樞紐、北京大興國際機場、青島膠東國際機場是目前協(xié)同化程度最高的樞紐。總的來看，目前我國大部分空港樞紐因缺乏信息系統(tǒng)互聯(lián)互通和信息共享，在各交通方式監(jiān)控管理、運行協(xié)調(diào)、應急聯(lián)動和決策支持等方面難以突破，因而制約了樞紐運行效率和旅客服務水平的提升。

從綜合客運樞紐建設經(jīng)驗來看，加強信息系統(tǒng)建設頂層設計，依托互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術，通過綜合交通信息充分交換和共享，建設智能化空港樞紐綜合交通信息系統(tǒng)以實現(xiàn)樞紐智能運行和旅客一體化服務是未來發(fā)展趨勢。

（二）空港樞紐綜合交通信息系統(tǒng)功能分析

根據(jù)對空港樞紐信息系統(tǒng)使用對象的需求分析，明確空港樞紐綜合交通信息系統(tǒng)的功能要求，基于對與空港樞紐聯(lián)通的出租車、私家車、機場巴士、高鐵、地鐵等各類交通運力信息與航班信息的融合分析，通過多運營主體協(xié)同、多部門調(diào)度實現(xiàn)空港樞紐綜合交通信息共享、運行監(jiān)控、協(xié)同調(diào)度、旅客智能信息服務等功能，為樞紐運行和旅客服務提供信息化支撐，幫助樞紐實現(xiàn)綜合交通態(tài)勢感知與預測，助力樞紐綜合交通智能化水平的提升。

1.運行監(jiān)控?？崭蹣屑~綜合交通系統(tǒng)需要集成多種交通方式的實時運營數(shù)據(jù)，通過感知和監(jiān)測基礎設施運行情況、各關鍵場所客流情況以及各交通方式的運行狀態(tài)，對可能產(chǎn)生的運行壓力進行預測，一旦監(jiān)測到異常立即預警，并根據(jù)事件類型及程度給予相應處置。

2.協(xié)同調(diào)度?？崭蹣屑~內(nèi)各交通方式運營主體進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)各交通方式信息在綜合交通系統(tǒng)的共享。從流量協(xié)同和時間協(xié)同兩方面，基于對旅客流和交通流態(tài)勢的精準感知與預測，實現(xiàn)對樞紐內(nèi)各交通方式的智能協(xié)同調(diào)度。如提前預測旅客排隊等候時間，預測車輛數(shù)是否滿足旅客需求，提前協(xié)調(diào)車輛調(diào)度，幫助樞紐綜合交通管理部門對樞紐內(nèi)各種交通方式進行協(xié)同調(diào)度，從而促進旅客在樞紐與其他交通方式間高效換乘。

3.應急管理。當空港樞紐內(nèi)某種交通方式發(fā)生應急事件影響正常運行時，及時從綜合交通信息系統(tǒng)獲得應急事件類型、位置等信息，協(xié)調(diào)樞紐內(nèi)其他交通方式，協(xié)同應急處置保障樞紐的有序運行。如面對航班大面積延誤等應急情況時，通過協(xié)調(diào)各交通方式運營主體，智能分析與制定旅客疏散方案，通過出租車運力調(diào)配、地鐵加開、機場巴士加開等方式及時疏散旅客。

4.旅客信息服務。通過機場APP、公眾號、小程序、電子顯示屏、動態(tài)導向標識、廣播、觸摸屏查詢終端、導航導乘設施設備等多種方式向旅客實時發(fā)布到港航班信息與綜合交通信息，為旅客提供各交通方式有效信息指引和路徑導航，幫助旅客快速制定行程計劃，減少其盲目等待時間。

空港樞紐綜合交通態(tài)勢監(jiān)測

（一）空港樞紐綜合交通信息系統(tǒng)框架體系建設

隨著信息技術的快速發(fā)展，與空港樞紐綜合交通業(yè)務相關的運行信息、旅客服務信息等分散在機場各信息系統(tǒng)中，需要從相關信息系統(tǒng)持續(xù)獲取數(shù)據(jù)，并且部分數(shù)據(jù)還需要從外部單位獲得。通過將空港樞紐內(nèi)涉及到航班運行、旅客服務與各交通方式的信息系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)樞紐內(nèi)信息的交換和共享?；诙嘣磾?shù)據(jù)的采集、分類與識別，對數(shù)據(jù)進行標準化處理和融合分析，為交通態(tài)勢的感知和預測建立基礎。一方面，綜合交通運行管理系統(tǒng)需要從機場航班運行與旅客服務相關系統(tǒng)獲取航班流、旅客流、天氣、地理信息等相關數(shù)據(jù)；另一方面，從綜合交通相關系統(tǒng)如出租車、機場巴士、陸側(cè)交通、停車場等相關系統(tǒng)獲取綜合交通信息；此外，為實現(xiàn)空港樞紐與高鐵、地鐵、出租車公司等其他運營主體的運行協(xié)同，還需從機場外部協(xié)同單位獲取各交通方式相關數(shù)據(jù)；同時，綜合交通運行管理系統(tǒng)為相關系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)反饋?？崭蹣屑~綜合交通信息系統(tǒng)框架體系以綜合交通運行管理系統(tǒng)為基礎，構建面向樞紐運營管理部門與各運營主體協(xié)同聯(lián)動以及旅客信息服務的應用系統(tǒng)環(huán)境，如圖1所示。

1.機場航班運行與旅客服務相關系統(tǒng)。從機場航班運行與旅客服務相關業(yè)務系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，包括：從航班信息管理系統(tǒng)獲取航班信息（航班計劃、航班動態(tài)、航線特征、旅客人數(shù)等）；從旅客服務類業(yè)務系統(tǒng)獲取旅客數(shù)據(jù)（進港旅客、出港旅客、中轉(zhuǎn)旅客等）；從天氣系統(tǒng)獲取天氣數(shù)據(jù)（當日天氣、現(xiàn)在天氣、未來一小時天氣等）；從機場地理信息系統(tǒng)獲取地理數(shù)據(jù)（航空器位置、交通車輛位置、換乘點位置等）。

2.綜合交通相關信息系統(tǒng)。從機場綜合交通相關信息系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)，包括：從出租車蓄車場管理系統(tǒng)獲取出租車信息（出租車流量、排隊車輛數(shù)據(jù)、候車區(qū)旅客數(shù)量等）；從機場巴士場站管理系統(tǒng)獲取機場巴士信息（機場巴士線路、站點、機場巴士排班、機場巴士旅客人數(shù)等）；從陸側(cè)交通監(jiān)控系統(tǒng)獲取車輛信息（主要道路和路口的車輛行駛狀況等）；從停車場管理系統(tǒng)獲取停車信息（出入口流量、平均等待時間、車位數(shù)據(jù)等）。

3.機場外部協(xié)同單位。從高鐵公司獲取高鐵數(shù)據(jù)（高鐵車次、晚點車次、上下車旅客數(shù)等）；從地鐵公司獲取地鐵數(shù)據(jù)（地鐵車次、地鐵出入口旅客流量、上下車旅客數(shù)等）；從出租車公司和市交委獲取道路與車輛相關信息（高速口流量、擁堵路段、出租車信息等）；從機場巴士公司獲取巴士信息（機場巴士線路、班次、車輛定位、售檢票數(shù)據(jù)等）。

4.標準規(guī)范與協(xié)同聯(lián)動保障體系。一方面，對整合的內(nèi)外部數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)治理和集成融合處理，建立包括數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)交互、數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)質(zhì)量等內(nèi)容的數(shù)據(jù)標準規(guī)范體系，便于各信息系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通、數(shù)據(jù)共享及融合計算，為綜合交通態(tài)勢感知和預測以及旅客精細化服務提供數(shù)據(jù)支持；另一方面，建立樞紐內(nèi)各交通方式、各管理主體間的協(xié)同聯(lián)動管理機制，保障規(guī)范化、標準化、程序化的運營協(xié)調(diào)與應急處置運作機制。

（二）空港樞紐綜合交通態(tài)勢分析

通過對空港樞紐綜合交通運行與旅客服務業(yè)務流程及各環(huán)節(jié)特點、屬性和業(yè)務規(guī)則的研究，提煉綜合交通業(yè)務的影響因素，分析各因素之間的邏輯關系，提取出綜合交通運行與旅客服務的關鍵特征，建立空港樞紐綜合交通的多維度態(tài)勢評價指標。如針對出租車運力的出租車平均排隊長度、出租車平均等候時間、旅客平均排隊時長等。通過航班流、旅客流、各交通方式運力流、停車場等多源數(shù)據(jù)的全面采集，利用數(shù)據(jù)挖掘、機器學習算法，對多源數(shù)據(jù)進行深入挖掘和融合分析，構建旅客流與運力流相互耦合的旅客出行和協(xié)同調(diào)度模型，實現(xiàn)空港樞紐綜合交通態(tài)勢的精細化感知和趨勢預測，為綜合交通運力的動態(tài)調(diào)度、旅客服務提供支撐。包括：針對航班、旅客、車輛、道路、蓄車場等的流量分析；針對出租車、機場巴士等上客點的旅客排隊流量分析；針對停車場的停車流量分析；針對旅客流量、車流的預測；針對各交通運力的缺口預測；以及針對各交通運力的旅客排隊時間預測等。同時，通過關鍵指標設置觸發(fā)態(tài)勢預警，為綜合交通預警和應急處置提供科學決策依據(jù)，如圖2所示。

（三）空港樞紐綜合交通運力缺口預測關鍵技術研究

空港樞紐綜合交通旅客流量受航班流牽引，如航班架次、航班延誤情況直接影響進港旅客數(shù)，通過綜合交通運行管理系統(tǒng)，空港樞紐運營管理部門能對到港客流及綜合交通方式各運力信息實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)管，通過到港客流動態(tài)信息進行各交通方式的運力匹配和運力缺口預判，進而作出相應的運力調(diào)配決策，將旅客及時有效疏散出去。出租車作為多種交通方式的一種，其客流分擔在我國大型空港樞紐均發(fā)揮著重要作用，出租車服務也是影響旅客服務品質(zhì)的重要影響因素，故以出租車為例進行交通方式運力缺口預測的方法與流程研究。對于出租車運力的監(jiān)測，進港客流換乘出租車旅客數(shù)、出租車候客區(qū)排隊車輛數(shù)、出租車旅客排隊人數(shù)、出租車平均等候時間、旅客人均排隊時長等指標是出租車態(tài)勢感知與預測的關鍵指標，通過對出租車運力與進港旅客人數(shù)的匹配分析，得出預計的出租車缺口數(shù)量，進而進行預警及相應處置。

1.實時進港航班客流預測。航空旅客存在時空分布不均衡、高密度可變等特點，旅客流受航班流牽引，能否準確預測未來某段時間的進港旅客流量，是為換乘出租車客流提前做好出租車匹配和調(diào)度的重要前提。目前常用的旅客流量預測方法包括：基于統(tǒng)計、基于回歸、基于時間序列、基于神經(jīng)網(wǎng)絡以及基于機器學習技術的旅客流量預測方法。隨著大數(shù)據(jù)技術的發(fā)展，機器學習技術對影響因素眾多、關系復雜的預測問題預測效果較好，成為目前應用廣泛的預測方法；其中，XGBoost是較為流行的一種機器學習技術。對于航班客流預測，XGBoost算法預測效果較好，算法運行速度較快，具有較強實用性。短期進港航班客流量預測流程如圖3所示。

2.出租車實時分擔率和補充出租車運力預測。與實時進港航班客流預測流程類似，采用XGBoost算法結合Logistic回歸等方法分別對進港航班客流的出租車分擔率和補充出租車運力預測進行模型構建，通過數(shù)據(jù)采集（出租車運量數(shù)據(jù)、航班數(shù)據(jù)、到港旅客數(shù)據(jù)、天氣數(shù)據(jù)、日期數(shù)據(jù)等）、數(shù)據(jù)預處理、特征構建、訓練樣本構建、模型構建與訓練，采用集成學習將各模型進行整合，利用空港樞紐實例數(shù)據(jù)進行實驗結果驗證后，分別獲得基于多模型集成學習的實時出租車分擔比和補充出租車運力預測結果。

3.出租車運力匹配和調(diào)度。通過對出租車候車區(qū)當前時段出租車旅客排隊長度、候場出租車運力的現(xiàn)場采集及視頻系統(tǒng)計算結果，結合上述構建的計算模型對出租車運力補充與進港航班出租車分擔客流進行預測，即可對出租車運力是否滿足旅客需求進行計算和分析。通過計算得出出租車運力需求與實際運力容量的差值，預警潛在的出租車運力不足情況，為出租車的運力匹配和調(diào)度提供依據(jù)，幫助加快旅客疏散，解決旅客滯留問題，提高樞紐運行效率和旅客服務水平。如圖4所示。

結 語

空港樞紐綜合交通運行管理系統(tǒng)集成航班流、旅客流、交通流數(shù)據(jù)，對多交通方式進行統(tǒng)籌管理，形成內(nèi)外聯(lián)通的智能化空港樞紐綜合交通管理體系，對提升空港樞紐運營、管理和服務水平具有重要作用，是實現(xiàn)空港樞紐協(xié)同運行與一體化服務的有力保障，將成為我國民航推進智慧機場建設的重要抓手和關鍵支撐。同時，通過提升空港樞紐的信息化和智能化水平，有助于打造現(xiàn)代化綜合交通樞紐，構建現(xiàn)代綜合交通運輸體系，加強空港樞紐在國家綜合立體交通網(wǎng)中的地位和作用。