成都天府国际机场PRT 空车调度系统及方案研究

王凌 WANG Ling；杨朝华 YANG Chao-hua；王坚强 WANG Jian-qiang；陈曦 CHEN Xi；郭彦宏 GUO Yan-hong

（①中铁二院工程集团有限责任公司，成都 610031；②京昆高速铁路西昆有限公司，重庆 400023）

0 引言

随着全球航空旅客的不断增加，机场成为城市交通运输的重要枢纽，然而传统的交通方式如出租车、公交车等在机场交通运输领域存在诸多问题，如交通拥堵、行车路线单一、无法直达目的地等。为了解决这些问题，个人捷运系统（Personal Rapid Transit，简称PRT）作为一种智能化的、使用无人驾驶小型车辆的公共交通系统被提出应用到机场交通运输领域，PRT 系统在公共交通领域首次实现了“点对点”式的服务以及24 小时不间断的运营，因此将PRT 系统与传统公共交通系统相结合，可有效地解决传统公共交通系统“最后一公里”的服务区域受限问题。在机场交通运输领域，机场PRT 系统已经被广泛应用，例如英国伦敦的希思罗机场于2011 年就率先投入使用PRT 系统，成都天府国际机场也计划引进PRT 系统[1-7]。

然而，PRT 系统车辆的调度受人的因素干扰较大，无法像传统公共交通系统一样，利用固定的时刻表来组织车辆的运输调度。由于PRT 系统中人的乘车因素具有不确定性、爆发性、单向性等特点，其调度系统既要在人多时即时调度空车车辆来车站“等人”，也要在人少时即时将空车车辆调度回存车场，因此设计一个合理的PRT 空车调度方法很有必要。

本文的目的是通过对成都天府国际机场PRT 空车调度系统及方案的研究，考虑到成都天府机场PRT 系统站点和存车场的配置情况，提出一个PRT 空车调度系统的结构，并在此基础上提出三种针对不同场景的PRT 空车调度方案，以解决PRT 系统在机场交通运输领域中的运输问题，为机场乘客提供更加高效、便捷的交通服务。

1 成都天府机场及其PRT 系统

成都天府国际机场是中国四川省成都市的一座国际航空枢纽机场，于2021 年6 月27 日正式启用。该机场设计标准为4F，可容纳最大的客机A380 起降，同时还设有大量航班的国内和国际航线。除了传统的航空服务外，机场还提供PRT 服务，以便乘客在机场内便捷地移动[8-9]。

成都天府国际机场PRT 项目于2019 年7 月正式启动，该PRT 系统是全国首个引进英国傲创公司技术并国产化改造的无人驾驶PRT 系统。它由电动车辆组成，行驶在固定的线路上，通过自动控制实现车辆的运行和换乘。成都天府国际机场PRT 系统共设有4 个车站，覆盖机场的2 个航站楼和停车场，总长度为约4 公里，最高时速可达到40 公里。乘客可以通过机场提供的PRT 站点购票并乘坐车辆，到达机场内的各个终点站点。这项服务旨在为乘客提供便捷、高效、绿色的出行体验，同时还有效缓解了机场交通压力，提升了机场的整体服务水平。如图1 所示为成都天府国际机场PRT 系统车站及其存车场平面示意图。

图1 成都天府机场PRT 系统车站及其存车场平面示意图

2 PRT 调度系统组成方案

2.1 调度系统组成

根据成都天府国际机场PRT 系统组成情况以及PRT系统的列车调度需求，可搭建如图2 所示的PRT 系统空车调度系统，包括控制中心单元、车载单元、存车场单元、车站单元四个功能单元。

图2 PRT 调度系统组成示意图

2.2 控制中心单元

控制中心单元是PRT 系统的核心控制单元，主要负责对整个系统进行统一调度和控制。控制中心单元具有实时控制、计算和通信功能，通过与车载单元和车站单元的通信，实时监控车辆的运行状态、位置和乘客的需求，并做出合理的运行和调度决策。控制中心单元的软件模块主要包括：调度命令处理模块、通信模块和数据存储模块。

调度命令处理模块：可以接收来自车站单元的不同调度请求，根据列车信息寻找最适合调度的空车辆，并向空车列车下达调度命令。

通信模块：负责与车站单元、车载单元和存车场单元进行实时通信，并获取它们的基本信息和状态。

数据存储模块：用于预先存储线路运行方向、车站ID及其位置、存车场ID 及其位置等基础信息，并存储来自车站单元、车载单元和存车场单元的基本信息和状态。相关的存储和状态信息可以通过通信模块进行实时调整。

2.3 车载单元

车载单元是指安装在PRT 车辆上的设备单元，可对乘客的需求做出响应。车载单元可以作为列车车载控制系统的一个组成部分，其软件模块主要包括调度命令接收模块、数据存储模块、车辆状态监测模块和通信模块，一个车载单元的数据表示方式可用如表1 所示的编码结构。

表1 车载单元数据编码结构示意

调度命令接收模块：可接收控制中心单元发来的调度命令，改变列车当前的调度状态；

车辆状态监测模块：用于监测列车信息，包括当前的调度状态、载客状态等，并根据情况实时调整列车相关状态数据；

数据存储模块：包含车辆身份信息、车辆载客状态和车辆调度状态等信息；

通信模块：负责与控制中心设备进行实时通信，传输列车信息，并获取相关调度指令（车站信息与车位信息）。

车辆载客状态可根据车门的开关和车上是否有人进行转换，包括空车状态、载客状态和上下客状态；而车辆调度状态则表示车辆当前的调度情况，包括停于某站/某存车场状态和前往某站/存车场状态，可根据乘客的选择和调度命令的下达进行改变。

2.4 车站单元

车站单元是PRT 系统中的乘客服务单元，通过与控制中心单元的通信，实现对车站的管理和调度，为乘客提供便捷的上下车服务，车站单元的软件模块主要包括：调度请求模块、数据存储模块、车站状态监测模块和通信模块。一个车站单元的数据表示方式可用如表2 所示的编码结构。

表2 车站单元数据编码结构示意

调度请求模块：根据车站所停靠列车的车辆状态、车位状态和乘客等待情况向控制中心单元发送调度请求命令。

车站状态监测模块：对车站停车位状态、乘客等待情况以及进入车站一定范围的列车进行监测。

数据存储模块：用于存储与PRT 车站相关的信息，包括车站身份信息、车站乘客等待情况、车站停车位状态、车站停车位数量以及车站停车位空余数量。

通信模块：完成与调度中心设备的实时通信，根据监测到的车站状态信息发出相应的请求，并接收调度中心反馈的调度指令信息。

车站乘客等待情况表示当前车站乘客对车辆的需求情况，结合车站停车位空余数量可用于选择空车车辆紧急调度请求。该信息会基于车站状态监测模块的监测数据实时更新。

车站停车位状态表示车站所有停车位的状态，包括占用状态和空闲状态。一旦有车辆进入该车站的某个停车位，该停车位就会变成占用状态。当停在该车站某个停车位的车辆完全离开时，该停车位变为空闲状态。该数据也会基于车站状态监测模块的监测数据实时更新。

2.5 存车场单元

存车场单元是指用于停放和管理PRT 车辆的场地，是PRT 系统的重要组成部分。存车场单元主要包括车辆检修保养区、车辆存放区、车辆进出口等区域，控制中心可利用存车场对车辆进行管理和调度，确保PRT 系统的高效运行。存车场单元软件模块主要由数据存储模块、车站状态监测模块和通信模块构成。一个存车场单元的数据表示方式可用如表3 所示的编码结构。

表3 存车场单元数据编码结构示意

存车场状态监测模块：用于监测存车场信息，包括存车场身份信息、存车场停车位状态、存车场停车位数量和存车场停车位空余数量等。

数据存储模块：用于存储存车场相关信息，包含存车场身份信息、存车场停车位状态、存车场停车位数量和存车场停车位空余数量等。

通信模块：完成与调度中心设备的实时通信，向调度中心设备发送存车场信息，并获取相关指令信息。

3 PRT 调度方案

3.1 空车车辆一般调度方案

针对PRT 系统中车等人的特点，本论文提出了一种空车车辆一般调度方案。该方案旨在确保车站的停车位始终保持没有空余的状态。一旦停车位状态出现空闲，车站调度请求模块将向控制中心发送一般调度请求，以调度车辆至当前空位。具体流程如下：①控制中心接收到车站发来的一般调度请求后，立即遍历所有列车并查找是否有车辆正在前往当前缺少车辆的车站；②如果正在前往该车站的车辆数大于等于空余车位数量，则无需额外调度空车，正常等待车辆到达即可；③如果正在前往该车站的车辆数小于空余车位数量，则需要额外调度空车车辆前往该车站；④在调度额外空车车辆时，控制中心将首选正在前往某存车场的空车车辆，其次选择由近至远的从存车场调度车辆；⑤直到前往该车站的车辆数等于空余车位数量，停止空车车辆调度。

3.2 空车车辆紧急调度方案

针对PRT 系统“运输单向性”“客流爆发性”的运输特点，车站的空车车辆紧急调度方案，当车站有超过预设数量的乘客等待时启动空车车辆紧急调度方案，其预设数量可根据需求进行设定设置。针对空车车辆紧急调度方案，与空车车辆一般调度方案相比，调车的方法一致，唯一不同之处在于调度前往当前缺车车站的空车车辆数需要大于空余车位数量，直到前往当前车站的空车车辆数大于一定数量时，才停止调度空车车辆。

3.3 列车进站的空车调度方案

该方案旨在解决PRT 系统中列车进出站的空车调度问题，以实现高效的乘客运输。当PRT 车辆进入车站一定范围内时，车站单元将向调度中心设备发出进站调度请求。①控制中心基于车站调度请求，并根据该进站列车的相关信息进行判断，当该列车的调度状态不是前往当前车站时，不为其分配车位；②如果该进站车辆调度状态为前往当前车站时，则当前车站根据停车位状态为该车辆分配停车位，如果当前车站有空余停车位，则按照车位编码顺序为该列车分配车位；③如果当前车站没有空位且当前进站车辆为载客状态时，则遍历当前调度状态为停于当前车站的列车，当存在有车辆状态为空车时，则获取存车场信息，将停于当前车站的空车车辆调度至最近的有空余停车位的存车场；④如果当前没有空位且当前进站车辆为载客状态时，且停于当前车站的车辆不存在状态为空车时，则该车辆在等待区域等待分配车位；⑤如果当前车站没有空位且当前进站车辆为空车状态时，若停于当前站车辆有空车状态车，则获取存车场信息，将当前进站车辆调度至最近的有空余停车位的存车场；⑥如果当前车站没有空位且当前进站车辆为空车状态时，若停于当前车站的车辆无空车状态车，则该车辆在等待区域等待分配车位。

4 结语

本文根据天府国际机场PRT 系统的特点，设计了一套完整的PRT 空车调度系统及方案，并介绍了其系统组成、运行原理以及调度方案。本文的调度方案可以为其他类似的PRT 系统提供参考，通过对PRT 系统的调度方案进行详细分析和设计，可以保证车站停车位的充分利用，提高PRT 系统的运行效率和服务质量，同时也能够有效解决客流高峰期的调度问题，并对提高PRT 系统的智能化水平和运行效率具有一定的借鉴意义。