嘉興市智慧公交平臺設(shè)計與效益分析

浙江嘉興數(shù)字城市實驗室有限公司 謝秋妹 鄔林鋒

針對近年來嘉興道路資源日趨緊張、公共交通出行比例偏低、智慧網(wǎng)聯(lián)的公共交通基礎(chǔ)設(shè)施偏少、公眾無法享受全域一站式公交定制出行等現(xiàn)狀和問題，搭建了智慧公交平臺。該平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、自動控制、邊緣計算等技術(shù)，部署后在城市范圍內(nèi)具備感知、互聯(lián)、分析、預(yù)測、控制等能力，能夠保障出行安全、發(fā)揮基礎(chǔ)設(shè)施效能、提升系統(tǒng)運行效率和管理水平，為通暢的公眾出行和可持續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展服務(wù)。

嘉興市于2016 年建成綜合交通數(shù)據(jù)中心、公眾出行服務(wù)系統(tǒng)、公交運行監(jiān)測系統(tǒng)，初步實現(xiàn)跨區(qū)域、跨行業(yè)、跨部門信息共享。但近年來隨著嘉興市機動車、駕駛?cè)吮Ｓ辛靠焖僭鲩L，道路增長遠遠低于機動車增長比例，道路資源緊張擁堵情況日益加劇。

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G 等高新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，交通領(lǐng)域新模式、新需求不斷涌現(xiàn)[1]，全國公共交通領(lǐng)域智慧化應(yīng)用日益深化。但是嘉興在公共交通信息基礎(chǔ)設(shè)施方面的投資建設(shè)力度不大，重建設(shè)、輕運維的情況比較突出，同時還存著數(shù)據(jù)標準規(guī)范不統(tǒng)一、智慧化程度偏低、全市域條塊分割、公交數(shù)據(jù)應(yīng)用尚不豐富等情況。此外，公交服務(wù)形式固定的現(xiàn)狀使得嘉興的公共交通無法做到根據(jù)不同時空的客流情況來實時、精準地調(diào)整發(fā)車計劃以及行駛路線，難以充分發(fā)揮公共交通的比較優(yōu)勢且造成較大資源浪費。

當(dāng)前，長三角一體化發(fā)展已上升為國家戰(zhàn)略[2]，嘉興首次進入國家戰(zhàn)略核心區(qū)，為建設(shè)長三角區(qū)域交通樞紐城市，嘉興正加快推動區(qū)域交通基礎(chǔ)設(shè)施“一體規(guī)劃、一體設(shè)計、一體建設(shè)、一體運營”，打造內(nèi)接外聯(lián)、面向未來的立體化交通體系，構(gòu)建“長三角交通通勤化、市域交通一體化、交通體系立體化”以融入長三角“三化”交通格局。公共交通作為承上啟下、溝通連接骨架路網(wǎng)、高速鐵路、有軌電車、社區(qū)、景區(qū)、醫(yī)院等設(shè)施的重要紐帶，有著不可或缺的作用，亟待通過智慧化手段賦能嘉興全域公交一體化發(fā)展，提升嘉興城市品質(zhì)，營造良好的出行環(huán)境。

1 平臺建設(shè)思路

如圖1 所示為本文設(shè)計的智慧公交平臺架構(gòu)圖。智慧公共交通平臺是在嘉興市交通運輸局、市公交公司和市國鴻公交已有交通信息化建設(shè)成果基礎(chǔ)上，進行改造、完善、升級和擴展。為實現(xiàn)公交出行“準時性、少等待”的服務(wù)體驗，平臺從前端感知基礎(chǔ)設(shè)施、公交數(shù)據(jù)匯聚、平臺支撐服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層等四個方面進行升級和建設(shè)。具體來說，智慧公共交通匯聚電子站牌、車輛ADAS 終端、支付設(shè)備、CAN 總線數(shù)據(jù)等前端感知基礎(chǔ)設(shè)施獲取到的原始數(shù)據(jù)，將其推送至公交數(shù)據(jù)匯聚中心（市級大數(shù)據(jù)中心），經(jīng)抽取（Extract）、轉(zhuǎn)換（Transform）、清洗（Cleansing）、裝載（Load）處理步驟后生成標準規(guī)范的數(shù)據(jù)格式，并按各業(yè)務(wù)系統(tǒng)需求將數(shù)據(jù)分發(fā)至平臺支撐服務(wù)層，再由平臺支撐服務(wù)層為其上層的運行軟件提供必要的系統(tǒng)基礎(chǔ)功能支撐。

圖1 智慧公交平臺架構(gòu)圖Fig.1 Architecture diagram of smart bus platform

1.1 前端感知基礎(chǔ)設(shè)施層

主要采集智慧公交系統(tǒng)所需的各類動態(tài)信息，包括：車載智能終端GPS 位置數(shù)據(jù)、車輛OBD 數(shù)據(jù)、車載視頻數(shù)據(jù)、車載刷卡信息、實時客流數(shù)據(jù)、應(yīng)急事件數(shù)據(jù)等信息數(shù)據(jù)；智慧公交站臺（含電子站牌）視頻和狀態(tài)等數(shù)據(jù)；有軌電車車輛及站臺數(shù)據(jù)。

1.2 數(shù)據(jù)匯聚處理層

主要是匯聚前端感知數(shù)據(jù)，并結(jié)合公交靜態(tài)數(shù)據(jù)（包括公交車輛數(shù)據(jù)、公交站臺數(shù)據(jù)、公交線路數(shù)據(jù)等）、其他公交體系內(nèi)、體系外的數(shù)據(jù)以及外部合作數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理和相關(guān)數(shù)據(jù)服務(wù)提供。

1.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

主要是提供與智慧公交相關(guān)的各類具體應(yīng)用，包括公交設(shè)施管養(yǎng)、公共交通出行服務(wù)、公共交通分析監(jiān)測、公交調(diào)度管理等方面的應(yīng)用軟件。

2 平臺核心功能實現(xiàn)

本文提出的智慧公交平臺，在充分利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、邊緣計算和移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)基礎(chǔ)上,結(jié)合圖像處理、目標檢測、目標跟蹤等人工智能算法和大數(shù)據(jù)處理技術(shù),全面實施對公共交通在智慧公交基礎(chǔ)設(shè)施、公交數(shù)據(jù)匯聚、服務(wù)應(yīng)用等方面的升級和改造，其具體建設(shè)任務(wù)包括應(yīng)需定制公交、車輛智慧安全、公共交通監(jiān)測分析、精準報站服務(wù)、信息發(fā)布管理、多功能支付服務(wù)、公共自行車服務(wù)、5G 智慧公交站臺等內(nèi)容。如圖2 所示，平臺匯聚前端采集的各方面數(shù)據(jù)，向上與城市大數(shù)據(jù)中心和城市運營管理中心進行數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)對接；與交通領(lǐng)域相關(guān)系統(tǒng)及其他政府信息系統(tǒng)通過政務(wù)云服務(wù)進行數(shù)據(jù)分享交換，同時向公眾提供訪問服務(wù)；向下對接市級各公交企業(yè)信息系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用，支持協(xié)調(diào)調(diào)度管理。

圖2 智慧公交項目部署架構(gòu)圖Fig.2 Deployment architecture diagram of the smart bus project

2.1 應(yīng)需定制公交

信息技術(shù)推動著城市交通系統(tǒng)服務(wù)模式的不斷創(chuàng)新，使得定制公交這樣的出行新業(yè)態(tài)在全球范圍內(nèi)蓬勃發(fā)展[3,4]。依托車載智能設(shè)備、路側(cè)智能設(shè)施，本平臺實現(xiàn)預(yù)約、定制、繳費一條龍的定制化出行服務(wù)。應(yīng)需定制公交的核心業(yè)務(wù)由用戶端、車輛端和后臺服務(wù)等組成部分。

2.1.1 用戶端

用戶端包括公交微信小程序和刷臉支付H5 頁面。微信小程序功能包含路線定制、預(yù)約、消息推送、綠碼聯(lián)動、行程實時監(jiān)控等功能。刷臉支付H5 頁面功能包含登錄/注冊、開通/關(guān)閉刷臉支付、線路查詢、充值、退款、充值記錄查詢、乘車記錄查詢、用戶協(xié)議確認、實名認證、人臉照片錄入、審核狀態(tài)提示。

2.1.2 車輛端

車輛端包括司機端應(yīng)用和刷臉支付功能，司機可在操作控制臺的顯示面板上總覽在乘人員和缺乘人員信息、綠碼狀態(tài)信息；乘客上車后可進行人臉識別、體溫檢測、刷臉支付、刷碼支付、刷卡支付等操作。

2.1.3 后臺管理平臺

后臺管理平臺作為用戶端和車輛端軟件功能運行的支撐組件，主要提供人臉識別算法服務(wù)、結(jié)算服務(wù)和支付服務(wù)。其具體功能主要包含用戶信息管理、用戶人臉識別圖庫管理、公交公司信息管理、線路管理、訂單管理、消息管理、系統(tǒng)管理以及運行監(jiān)控管理、統(tǒng)計分析功能（乘車記錄、運營信息、交易信息統(tǒng)計分析）等。

2.2 公交車輛智慧安全

在兼容現(xiàn)有車載終端功能基礎(chǔ)上，結(jié)合道路狀況數(shù)據(jù)，并綜合車內(nèi)、站臺監(jiān)控視頻數(shù)據(jù)、車輛工況數(shù)據(jù)、OBD 數(shù)據(jù)及其他車載傳感等多源數(shù)據(jù)，采用圖像處理與邊緣計算對動態(tài)客流、駕駛員行為、可疑人員識別、路面蟲害、前車防碰撞以及車道偏離等現(xiàn)象或行為進行監(jiān)測和預(yù)警[5]，并在公交車內(nèi)顯示當(dāng)前車輛位置以及換乘信息。公交車輛智慧安全建設(shè)包括以下幾個方面。

2.2.1 多路視頻圖像信息采集

每個智能車載終端至少安裝8 個攝像頭，根據(jù)業(yè)務(wù)需求指定通道或者全部通道視頻，平臺支持按幀上傳圖片和視頻流上傳。在實時監(jiān)控拍照后，平臺可對服務(wù)器的照片通過車輛、線路、通道等維度進行檢索，以及批量導(dǎo)出表格形式的數(shù)據(jù)。

2.2.2 車輛調(diào)度信息發(fā)布

以單個車輛或多個車輛（多線路）為維度下發(fā)文本短信到設(shè)備端，以通知駕駛員。自動和手動下發(fā)排班的發(fā)車通知和行車計劃到設(shè)備端，且平臺可以下發(fā)調(diào)整設(shè)備端播讀發(fā)車通知的間隔、有效時長等策略。

2.2.3 客流儀數(shù)據(jù)實時采集

通過網(wǎng)絡(luò)或RS485 接口，將客流數(shù)據(jù)傳輸至車載主機上傳平臺，實現(xiàn)客流數(shù)據(jù)的分析管理。通過車載客流統(tǒng)計系統(tǒng)可以獲得實時的車載人數(shù)，對各線路車輛和站點的實時上下客人數(shù)進行展示，可根據(jù)不同線路、不同車輛、不同時間段各站點實時客流情況進行分析，方便公交線路調(diào)度，以便公交資源達到優(yōu)化配置[6]。

2.2.4 主動安全實時預(yù)警判斷

通過前端的DSM 攝像機以及C10-AHD 攝像機，采集視頻數(shù)據(jù)后發(fā)送給邊緣計算AIBOX，AIBOX 中的智能算法芯片對接收的視頻數(shù)據(jù)進行分析整合，將ADAS 和DSM 的報警結(jié)果發(fā)送給主機終端，主機通過公網(wǎng)發(fā)送給平臺作最終的平臺展現(xiàn)[7]。

2.2.5 智能導(dǎo)乘屏信息發(fā)布

以車輛和線路為維度批量下發(fā)消息到LCD 智能導(dǎo)乘屏供乘客/駕駛員觀看。LCD 智能導(dǎo)乘屏顯示線路站和當(dāng)前運行線路信息，公交車輛在到站、離站時有明顯文字及動畫提醒，方便乘客了解乘坐信息，及時做好下車安排。

2.3 公共交通監(jiān)測分析

公共交通監(jiān)測分析是在交通領(lǐng)域知識指導(dǎo)下，采用機器學(xué)習(xí)和人工智能算法，全面分析公交行業(yè)核心運營數(shù)據(jù)，推薦優(yōu)化方案并在指揮中心大屏幕展現(xiàn)，其功能包含數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)應(yīng)用。

2.3.1 數(shù)據(jù)接入

依托云數(shù)據(jù)中心和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，通過文件傳輸、數(shù)據(jù)抽取、內(nèi)容爬取、消息推送等方式，獲取各類設(shè)施、應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)分布的、異構(gòu)的、跨網(wǎng)絡(luò)的公交信息資源的匯聚和交換。

2.3.2 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)數(shù)據(jù)處理規(guī)范，對多源數(shù)據(jù)進行清洗、整理、融合等處理，將處理后的數(shù)據(jù)集中至公交數(shù)據(jù)匯聚中心存儲。在交通領(lǐng)域知識指導(dǎo)下，采用機器學(xué)習(xí)和人工智能算法，對數(shù)據(jù)的分布情況、變化趨勢和規(guī)律等進行統(tǒng)計和分析，深入挖掘公共交通運行指標[8]。

2.3.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用

在數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，除了將線網(wǎng)分析、客流統(tǒng)計、運營分析、運營優(yōu)化方案等分析結(jié)果數(shù)據(jù)大屏可視化展示外，平臺還以統(tǒng)一的標準規(guī)范對外提供數(shù)據(jù)服務(wù)，使數(shù)據(jù)按一定業(yè)務(wù)規(guī)則成為可復(fù)用的信息資源。同時平臺采用服務(wù)總線及消息組件方式，支持接入（接出）多通道的消息，使各類消息在總線上流轉(zhuǎn)、共享。

2.4 公共交通精準報站

公共交通精準報站系統(tǒng)采用RFID+GPS 數(shù)據(jù)融合處理技術(shù)，在所有運營公交車輛上加裝車載RFID 電子標簽，并在所有線路途經(jīng)的公交站臺安裝RFID 閱讀器。當(dāng)公交車經(jīng)過車站時，車站閱讀器將識別到的RFID 電子標簽數(shù)據(jù)傳輸至控制中心，作為精確報站功能的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；業(yè)務(wù)系統(tǒng)從后臺或電子標簽上獲取其上一個站點的編碼信息，根據(jù)站點關(guān)系，確定車輛是在當(dāng)前車道還是對面車道，如果是對面車道則將數(shù)據(jù)過濾，否則產(chǎn)生到站記錄。

2.5 高品質(zhì)公交示范線

通過5G 技術(shù)提升公交站臺的智慧化水平，打造一條由高鐵南站至南湖景區(qū)的高品質(zhì)公交示范線路，架起“車、站、人與服務(wù)”之間的聯(lián)系橋梁。公交示范線路的具體建設(shè)任務(wù)包括新建6 座智慧公交站臺、加裝12 套5G 基站、2 輛示范公交車加裝94 個墨水屏拉環(huán)以及若干個邊緣人工智能設(shè)備。

2.5.1 5G 智慧公交站臺

主要功能包括搭載5G 微基站，實現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)覆蓋、多媒體視頻信息發(fā)布、移動智能監(jiān)控、綜合交通信息顯示、光伏并網(wǎng)/離網(wǎng)發(fā)電功能、便民服務(wù)功能（智能照明、充電、自動售賣機等）、數(shù)據(jù)感知智能設(shè)備（人臉信息、人流監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、無線嗅探）等。

2.5.2 彩色電子墨水屏拉環(huán)

通過在公交車輛上安裝彩色電子墨水屏拉環(huán)，配合公共交通的信息發(fā)布，為乘客在車內(nèi)乘車時提供應(yīng)急信息導(dǎo)引、導(dǎo)乘及商業(yè)信息服務(wù)，還可直觀進行文旅宣傳、紅色宣傳，作為新型公共交通服務(wù)的內(nèi)容。

2.5.3 智慧公交站臺管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)具備站臺基礎(chǔ)信息管理及預(yù)報站信息發(fā)布功能、站臺運行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)的監(jiān)控功能、多媒體信息發(fā)布后臺管理功能，支持站臺數(shù)據(jù)的增、刪、改與維護、多媒體廣告發(fā)布、顯示站臺運行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)信息等。

2.6 公共交通綜合信息管理

公共交通綜合信息管理建設(shè)包括統(tǒng)一通訊平臺、統(tǒng)一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平臺、公交調(diào)度平臺、ERP 綜合管理平臺和移動端信息服務(wù)平臺等五個方面。

2.6.1 統(tǒng)一通訊平臺

將現(xiàn)有各公交公司的各類車載終端設(shè)備及場站終端設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理，過程包括兩個方面，一方面通過協(xié)議透傳與各公交公司原有的公交調(diào)度平臺進行信息交互；另一方面通過統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)輸出與各公交公司新增的調(diào)度平臺進行信息交互。

2.6.2 統(tǒng)一數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平臺

該平臺將統(tǒng)一通訊平臺所采集到的數(shù)據(jù)，以統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)格式與監(jiān)管部門、第三方平臺以及其他信息需求方進行數(shù)據(jù)傳輸和交互。

2.6.3 公交調(diào)度平臺

公交調(diào)度平臺集成信息通訊與數(shù)字處理、指揮調(diào)度管理及營運管理等功能，對排班管理、實時監(jiān)控、實時調(diào)度、電子圍欄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析等進行集中處理和指揮調(diào)度管理。建成的公交調(diào)度平臺為一級管理平臺，擁有最高權(quán)限，可集中或分多級管理及調(diào)度下屬部門，在必要時可直接指揮現(xiàn)場運營的公交車輛。

2.6.4 ERP 綜合管理平臺

完善公交ERP 綜合管理平臺，將公交企業(yè)的綜合管理、物資管理、機務(wù)管理、安全管理、業(yè)務(wù)管理、公文流轉(zhuǎn)、收爭管理、財務(wù)管理等有機結(jié)合機來，實時查看公交車輛故障信息、刷卡信息、工況信息、預(yù)警信息等數(shù)據(jù)，并向場站推送展示車輛班次、停放位置等信息，全面提升公交公司的運行效率。

2.6.5 移動端信息服務(wù)平臺

移動端信息服務(wù)平臺建設(shè)包括微信公眾號（公眾服務(wù)）和微信小程序（內(nèi)部應(yīng)用）兩個模塊，該平臺結(jié)合統(tǒng)一通訊平臺、調(diào)度平臺及第三方的數(shù)據(jù)，為公眾提供更為稱心方便的出行幫助。

3 效益分析

智慧公交平臺項目是貫徹落實國家對于長三角一體化高質(zhì)量發(fā)展的要求，平臺建成后能夠更好地履行使命責(zé)任、服務(wù)國家治理體系現(xiàn)代化、提升百姓幸福感、獲得感、壯大數(shù)字產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟。智慧公交平臺一旦投入使用能夠極大地降低城市運行管理成本，達成綠色環(huán)保、節(jié)能減排和實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。同時，在建成的智慧公交平臺基礎(chǔ)上，還可以不斷探索新型商業(yè)模式以及盈利模式，當(dāng)前各類新商業(yè)模式和盈利渠道還在不斷涌現(xiàn)，后續(xù)可在此項目建成基礎(chǔ)上不斷挖掘和創(chuàng)新，圍繞后續(xù)運營相關(guān)的商業(yè)價值變現(xiàn)進行深化設(shè)計。

4 結(jié)語

智慧公共交通項目為民生工程，以服務(wù)于社會、改善環(huán)境、提高居民幸福指數(shù)為主要目的，它既是生產(chǎn)部門必不可少的生產(chǎn)條件，又是居民生活的必要條件?？梢杂行崿F(xiàn)人民生活水準的提高和健康條件的改善、推進城市經(jīng)濟的加速發(fā)展等宏觀效益，大幅度提升城市品質(zhì)和管理服務(wù)水平，便利市民生活出行，實現(xiàn)城市物聯(lián)感知能力，提高城市和諧宜居形象，提高公共交通出行分擔(dān)率，實現(xiàn)政民良性互動，提升城市交通服務(wù)水平，實現(xiàn)和諧宜居城市。