嘉興市智慧公交平臺設計與效益分析

浙江嘉興數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、智慧網聯的公共交通基礎設施偏少、公眾無法享受全域一站式公交定制出行等現狀和問題，搭建了智慧公交平臺。該平臺基于物聯網、云計算、人工智能、自動控制、邊緣計算等技術，部署后在城市范圍內具備感知、互聯、分析、預測、控制等能力，能夠保障出行安全、發揮基礎設施效能、提升系統運行效率和管理水平，為通暢的公眾出行和可持續的經濟發展服務。

嘉興市于2016 年建成綜合交通數據中心、公眾出行服務系統、公交運行監測系統，初步實現跨區域、跨行業、跨部門信息共享。但近年來隨著嘉興市機動車、駕駛人保有量快速增長，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。

隨著物聯網、大數據、人工智能、5G 等高新技術的廣泛應用，交通領域新模式、新需求不斷涌現[1]，全國公共交通領域智慧化應用日益深化。但是嘉興在公共交通信息基礎設施方面的投資建設力度不大，重建設、輕運維的情況比較突出，同時還存著數據標準規范不統一、智慧化程度偏低、全市域條塊分割、公交數據應用尚不豐富等情況。此外，公交服務形式固定的現狀使得嘉興的公共交通無法做到根據不同時空的客流情況來實時、精準地調整發車計劃以及行駛路線，難以充分發揮公共交通的比較優勢且造成較大資源浪費。

當前，長三角一體化發展已上升為國家戰略[2]，嘉興首次進入國家戰略核心區，為建設長三角區域交通樞紐城市，嘉興正加快推動區域交通基礎設施“一體規劃、一體設計、一體建設、一體運營”，打造內接外聯、面向未來的立體化交通體系，構建“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、高速鐵路、有軌電車、社區、景區、醫院等設施的重要紐帶，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展，提升嘉興城市品質，營造良好的出行環境。

1 平臺建設思路

如圖1 所示為本文設計的智慧公交平臺架構圖。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成果基礎上，進行改造、完善、升級和擴展。為實現公交出行“準時性、少等待”的服務體驗，平臺從前端感知基礎設施、公交數據匯聚、平臺支撐服務層、業務應用層等四個方面進行升級和建設。具體來說，智慧公共交通匯聚電子站牌、車輛ADAS 終端、支付設備、CAN 總線數據等前端感知基礎設施獲取到的原始數據，將其推送至公交數據匯聚中心（市級大數據中心），經抽?。‥xtract）、轉換（Transform）、清洗（Cleansing）、裝載（Load）處理步驟后生成標準規范的數據格式，并按各業務系統需求將數據分發至平臺支撐服務層，再由平臺支撐服務層為其上層的運行軟件提供必要的系統基礎功能支撐。

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

1.1 前端感知基礎設施層

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

1.2 數據匯聚處理層

主要是匯聚前端感知數據，并結合公交靜態數據（包括公交車輛數據、公交站臺數據、公交線路數據等）、其他公交體系內、體系外的數據以及外部合作數據，進行數據處理和相關數據服務提供。

1.4 業務應用層

主要是提供與智慧公交相關的各類具體應用，包括公交設施管養、公共交通出行服務、公共交通分析監測、公交調度管理等方面的應用軟件。

2 平臺核心功能實現

本文提出的智慧公交平臺，在充分利用物聯網、云計算、邊緣計算和移動互聯網等新一代信息技術基礎上,結合圖像處理、目標檢測、目標跟蹤等人工智能算法和大數據處理技術,全面實施對公共交通在智慧公交基礎設施、公交數據匯聚、服務應用等方面的升級和改造，其具體建設任務包括應需定制公交、車輛智慧安全、公共交通監測分析、精準報站服務、信息發布管理、多功能支付服務、公共自行車服務、5G 智慧公交站臺等內容。如圖2 所示，平臺匯聚前端采集的各方面數據，向上與城市大數據中心和城市運營管理中心進行數據和業務對接；與交通領域相關系統及其他政府信息系統通過政務云服務進行數據分享交換，同時向公眾提供訪問服務；向下對接市級各公交企業信息系統業務應用，支持協調調度管理。

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

2.1 應需定制公交

信息技術推動著城市交通系統服務模式的不斷創新，使得定制公交這樣的出行新業態在全球范圍內蓬勃發展[3,4]。依托車載智能設備、路側智能設施，本平臺實現預約、定制、繳費一條龍的定制化出行服務。應需定制公交的核心業務由用戶端、車輛端和后臺服務等組成部分。

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、預約、消息推送、綠碼聯動、行程實時監控等功能。刷臉支付H5 頁面功能包含登錄/注冊、開通/關閉刷臉支付、線路查詢、充值、退款、充值記錄查詢、乘車記錄查詢、用戶協議確認、實名認證、人臉照片錄入、審核狀態提示。

2.1.2 車輛端

車輛端包括司機端應用和刷臉支付功能，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、結算服務和支付服務。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、系統管理以及運行監控管理、統計分析功能（乘車記錄、運營信息、交易信息統計分析）等。

2.2 公交車輛智慧安全

在兼容現有車載終端功能基礎上，結合道路狀況數據，并綜合車內、站臺監控視頻數據、車輛工況數據、OBD 數據及其他車載傳感等多源數據，采用圖像處理與邊緣計算對動態客流、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象或行為進行監測和預警[5]，并在公交車內顯示當前車輛位置以及換乘信息。公交車輛智慧安全建設包括以下幾個方面。

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，根據業務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。在實時監控拍照后，平臺可對服務器的照片通過車輛、線路、通道等維度進行檢索，以及批量導出表格形式的數據。

2.2.2 車輛調度信息發布

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

2.2.3 客流儀數據實時采集

通過網絡或RS485 接口，將客流數據傳輸至車載主機上傳平臺，實現客流數據的分析管理。通過車載客流統計系統可以獲得實時的車載人數，對各線路車輛和站點的實時上下客人數進行展示，可根據不同線路、不同車輛、不同時間段各站點實時客流情況進行分析，方便公交線路調度，以便公交資源達到優化配置[6]。

2.2.4 主動安全實時預警判斷

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

2.2.5 智能導乘屏信息發布

以車輛和線路為維度批量下發消息到LCD 智能導乘屏供乘客/駕駛員觀看。LCD 智能導乘屏顯示線路站和當前運行線路信息，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 公共交通監測分析

公共交通監測分析是在交通領域知識指導下，采用機器學習和人工智能算法，全面分析公交行業核心運營數據，推薦優化方案并在指揮中心大屏幕展現，其功能包含數據接入、數據處理和數據應用。

2.3.1 數據接入

依托云數據中心和基礎網絡設施，通過文件傳輸、數據抽取、內容爬取、消息推送等方式，獲取各類設施、應用系統的數據，實現分布的、異構的、跨網絡的公交信息資源的匯聚和交換。

2.3.2 數據處理

根據數據處理規范，對多源數據進行清洗、整理、融合等處理，將處理后的數據集中至公交數據匯聚中心存儲。在交通領域知識指導下，采用機器學習和人工智能算法，對數據的分布情況、變化趨勢和規律等進行統計和分析，深入挖掘公共交通運行指標[8]。

2.3.3 數據應用

在數據應用方面，除了將線網分析、客流統計、運營分析、運營優化方案等分析結果數據大屏可視化展示外，平臺還以統一的標準規范對外提供數據服務，使數據按一定業務規則成為可復用的信息資源。同時平臺采用服務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、共享。

2.4 公共交通精準報站

公共交通精準報站系統采用RFID+GPS 數據融合處理技術，在所有運營公交車輛上加裝車載RFID 電子標簽，并在所有線路途經的公交站臺安裝RFID 閱讀器。當公交車經過車站時，車站閱讀器將識別到的RFID 電子標簽數據傳輸至控制中心，作為精確報站功能的基礎數據；業務系統從后臺或電子標簽上獲取其上一個站點的編碼信息，根據站點關系，確定車輛是在當前車道還是對面車道，如果是對面車道則將數據過濾，否則產生到站記錄。

2.5 高品質公交示范線

通過5G 技術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的高品質公交示范線路，架起“車、站、人與服務”之間的聯系橋梁。公交示范線路的具體建設任務包括新建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 個墨水屏拉環以及若干個邊緣人工智能設備。

2.5.1 5G 智慧公交站臺

主要功能包括搭載5G 微基站，實現5G 網絡覆蓋、多媒體視頻信息發布、移動智能監控、綜合交通信息顯示、光伏并網/離網發電功能、便民服務功能（智能照明、充電、自動售賣機等）、數據感知智能設備（人臉信息、人流監測、環境監測、無線嗅探）等。

2.5.2 彩色電子墨水屏拉環

通過在公交車輛上安裝彩色電子墨水屏拉環，配合公共交通的信息發布，為乘客在車內乘車時提供應急信息導引、導乘及商業信息服務，還可直觀進行文旅宣傳、紅色宣傳，作為新型公共交通服務的內容。

2.5.3 智慧公交站臺管理系統

該系統具備站臺基礎信息管理及預報站信息發布功能、站臺運行狀態和環境參數的監控功能、多媒體信息發布后臺管理功能，支持站臺數據的增、刪、改與維護、多媒體廣告發布、顯示站臺運行狀態和環境參數信息等。

2.6 公共交通綜合信息管理

公共交通綜合信息管理建設包括統一通訊平臺、統一數據轉發平臺、公交調度平臺、ERP 綜合管理平臺和移動端信息服務平臺等五個方面。

2.6.1 統一通訊平臺

將現有各公交公司的各類車載終端設備及場站終端設備采集到的數據進行統一處理，過程包括兩個方面，一方面通過協議透傳與各公交公司原有的公交調度平臺進行信息交互；另一方面通過統一標準的數據輸出與各公交公司新增的調度平臺進行信息交互。

2.6.2 統一數據轉發平臺

該平臺將統一通訊平臺所采集到的數據，以統一標準的數據格式與監管部門、第三方平臺以及其他信息需求方進行數據傳輸和交互。

2.6.3 公交調度平臺

公交調度平臺集成信息通訊與數字處理、指揮調度管理及營運管理等功能，對排班管理、實時監控、實時調度、電子圍欄、數據統計、數據分析等進行集中處理和指揮調度管理。建成的公交調度平臺為一級管理平臺，擁有最高權限，可集中或分多級管理及調度下屬部門，在必要時可直接指揮現場運營的公交車輛。

2.6.4 ERP 綜合管理平臺

完善公交ERP 綜合管理平臺，將公交企業的綜合管理、物資管理、機務管理、安全管理、業務管理、公文流轉、收爭管理、財務管理等有機結合機來，實時查看公交車輛故障信息、刷卡信息、工況信息、預警信息等數據，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 移動端信息服務平臺

移動端信息服務平臺建設包括微信公眾號（公眾服務）和微信小程序（內部應用）兩個模塊，該平臺結合統一通訊平臺、調度平臺及第三方的數據，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量發展的要求，平臺建成后能夠更好地履行使命責任、服務國家治理體系現代化、提升百姓幸福感、獲得感、壯大數字產業經濟。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，達成綠色環保、節能減排和實現經濟效益最大化。同時，在建成的智慧公交平臺基礎上，還可以不斷探索新型商業模式以及盈利模式，當前各類新商業模式和盈利渠道還在不斷涌現，后續可在此項目建成基礎上不斷挖掘和創新，圍繞后續運營相關的商業價值變現進行深化設計。

4 結語

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