嘉兴市智慧公交平台设计与效益分析

浙江嘉兴数字城市实验室有限公司 谢秋妹 邬林锋

针对近年来嘉兴道路资源日趋紧张、公共交通出行比例偏低、智慧网联的公共交通基础设施偏少、公众无法享受全域一站式公交定制出行等现状和问题，搭建了智慧公交平台。该平台基于物联网、云计算、人工智能、自动控制、边缘计算等技术，部署后在城市范围内具备感知、互联、分析、预测、控制等能力，能够保障出行安全、发挥基础设施效能、提升系统运行效率和管理水平，为通畅的公众出行和可持续的经济发展服务。

嘉兴市于2016 年建成综合交通数据中心、公众出行服务系统、公交运行监测系统，初步实现跨区域、跨行业、跨部门信息共享。但近年来随着嘉兴市机动车、驾驶人保有量快速增长，道路增长远远低于机动车增长比例，道路资源紧张拥堵情况日益加剧。

随着物联网、大数据、人工智能、5G 等高新技术的广泛应用，交通领域新模式、新需求不断涌现[1]，全国公共交通领域智慧化应用日益深化。但是嘉兴在公共交通信息基础设施方面的投资建设力度不大，重建设、轻运维的情况比较突出，同时还存着数据标准规范不统一、智慧化程度偏低、全市域条块分割、公交数据应用尚不丰富等情况。此外，公交服务形式固定的现状使得嘉兴的公共交通无法做到根据不同时空的客流情况来实时、精准地调整发车计划以及行驶路线，难以充分发挥公共交通的比较优势且造成较大资源浪费。

当前，长三角一体化发展已上升为国家战略[2]，嘉兴首次进入国家战略核心区，为建设长三角区域交通枢纽城市，嘉兴正加快推动区域交通基础设施“一体规划、一体设计、一体建设、一体运营”，打造内接外联、面向未来的立体化交通体系，构建“长三角交通通勤化、市域交通一体化、交通体系立体化”以融入长三角“三化”交通格局。公共交通作为承上启下、沟通连接骨架路网、高速铁路、有轨电车、社区、景区、医院等设施的重要纽带，有着不可或缺的作用，亟待通过智慧化手段赋能嘉兴全域公交一体化发展，提升嘉兴城市品质，营造良好的出行环境。

1 平台建设思路

如图1 所示为本文设计的智慧公交平台架构图。智慧公共交通平台是在嘉兴市交通运输局、市公交公司和市国鸿公交已有交通信息化建设成果基础上，进行改造、完善、升级和扩展。为实现公交出行“准时性、少等待”的服务体验，平台从前端感知基础设施、公交数据汇聚、平台支撑服务层、业务应用层等四个方面进行升级和建设。具体来说，智慧公共交通汇聚电子站牌、车辆ADAS 终端、支付设备、CAN 总线数据等前端感知基础设施获取到的原始数据，将其推送至公交数据汇聚中心（市级大数据中心），经抽取（Extract）、转换（Transform）、清洗（Cleansing）、装载（Load）处理步骤后生成标准规范的数据格式，并按各业务系统需求将数据分发至平台支撑服务层，再由平台支撑服务层为其上层的运行软件提供必要的系统基础功能支撑。

图1 智慧公交平台架构图Fig.1 Architecture diagram of smart bus platform

1.1 前端感知基础设施层

主要采集智慧公交系统所需的各类动态信息，包括：车载智能终端GPS 位置数据、车辆OBD 数据、车载视频数据、车载刷卡信息、实时客流数据、应急事件数据等信息数据；智慧公交站台（含电子站牌）视频和状态等数据；有轨电车车辆及站台数据。

1.2 数据汇聚处理层

主要是汇聚前端感知数据，并结合公交静态数据（包括公交车辆数据、公交站台数据、公交线路数据等）、其他公交体系内、体系外的数据以及外部合作数据，进行数据处理和相关数据服务提供。

1.4 业务应用层

主要是提供与智慧公交相关的各类具体应用，包括公交设施管养、公共交通出行服务、公共交通分析监测、公交调度管理等方面的应用软件。

2 平台核心功能实现

本文提出的智慧公交平台，在充分利用物联网、云计算、边缘计算和移动互联网等新一代信息技术基础上,结合图像处理、目标检测、目标跟踪等人工智能算法和大数据处理技术,全面实施对公共交通在智慧公交基础设施、公交数据汇聚、服务应用等方面的升级和改造，其具体建设任务包括应需定制公交、车辆智慧安全、公共交通监测分析、精准报站服务、信息发布管理、多功能支付服务、公共自行车服务、5G 智慧公交站台等内容。如图2 所示，平台汇聚前端采集的各方面数据，向上与城市大数据中心和城市运营管理中心进行数据和业务对接；与交通领域相关系统及其他政府信息系统通过政务云服务进行数据分享交换，同时向公众提供访问服务；向下对接市级各公交企业信息系统业务应用，支持协调调度管理。

图2 智慧公交项目部署架构图Fig.2 Deployment architecture diagram of the smart bus project

2.1 应需定制公交

信息技术推动着城市交通系统服务模式的不断创新，使得定制公交这样的出行新业态在全球范围内蓬勃发展[3,4]。依托车载智能设备、路侧智能设施，本平台实现预约、定制、缴费一条龙的定制化出行服务。应需定制公交的核心业务由用户端、车辆端和后台服务等组成部分。

2.1.1 用户端

用户端包括公交微信小程序和刷脸支付H5 页面。微信小程序功能包含路线定制、预约、消息推送、绿码联动、行程实时监控等功能。刷脸支付H5 页面功能包含登录/注册、开通/关闭刷脸支付、线路查询、充值、退款、充值记录查询、乘车记录查询、用户协议确认、实名认证、人脸照片录入、审核状态提示。

2.1.2 车辆端

车辆端包括司机端应用和刷脸支付功能，司机可在操作控制台的显示面板上总览在乘人员和缺乘人员信息、绿码状态信息；乘客上车后可进行人脸识别、体温检测、刷脸支付、刷码支付、刷卡支付等操作。

2.1.3 后台管理平台

后台管理平台作为用户端和车辆端软件功能运行的支撑组件，主要提供人脸识别算法服务、结算服务和支付服务。其具体功能主要包含用户信息管理、用户人脸识别图库管理、公交公司信息管理、线路管理、订单管理、消息管理、系统管理以及运行监控管理、统计分析功能（乘车记录、运营信息、交易信息统计分析）等。

2.2 公交车辆智慧安全

在兼容现有车载终端功能基础上，结合道路状况数据，并综合车内、站台监控视频数据、车辆工况数据、OBD 数据及其他车载传感等多源数据，采用图像处理与边缘计算对动态客流、驾驶员行为、可疑人员识别、路面虫害、前车防碰撞以及车道偏离等现象或行为进行监测和预警[5]，并在公交车内显示当前车辆位置以及换乘信息。公交车辆智慧安全建设包括以下几个方面。

2.2.1 多路视频图像信息采集

每个智能车载终端至少安装8 个摄像头，根据业务需求指定通道或者全部通道视频，平台支持按帧上传图片和视频流上传。在实时监控拍照后，平台可对服务器的照片通过车辆、线路、通道等维度进行检索，以及批量导出表格形式的数据。

2.2.2 车辆调度信息发布

以单个车辆或多个车辆（多线路）为维度下发文本短信到设备端，以通知驾驶员。自动和手动下发排班的发车通知和行车计划到设备端，且平台可以下发调整设备端播读发车通知的间隔、有效时长等策略。

2.2.3 客流仪数据实时采集

通过网络或RS485 接口，将客流数据传输至车载主机上传平台，实现客流数据的分析管理。通过车载客流统计系统可以获得实时的车载人数，对各线路车辆和站点的实时上下客人数进行展示，可根据不同线路、不同车辆、不同时间段各站点实时客流情况进行分析，方便公交线路调度，以便公交资源达到优化配置[6]。

2.2.4 主动安全实时预警判断

通过前端的DSM 摄像机以及C10-AHD 摄像机，采集视频数据后发送给边缘计算AIBOX，AIBOX 中的智能算法芯片对接收的视频数据进行分析整合，将ADAS 和DSM 的报警结果发送给主机终端，主机通过公网发送给平台作最终的平台展现[7]。

2.2.5 智能导乘屏信息发布

以车辆和线路为维度批量下发消息到LCD 智能导乘屏供乘客/驾驶员观看。LCD 智能导乘屏显示线路站和当前运行线路信息，公交车辆在到站、离站时有明显文字及动画提醒，方便乘客了解乘坐信息，及时做好下车安排。

2.3 公共交通监测分析

公共交通监测分析是在交通领域知识指导下，采用机器学习和人工智能算法，全面分析公交行业核心运营数据，推荐优化方案并在指挥中心大屏幕展现，其功能包含数据接入、数据处理和数据应用。

2.3.1 数据接入

依托云数据中心和基础网络设施，通过文件传输、数据抽取、内容爬取、消息推送等方式，获取各类设施、应用系统的数据，实现分布的、异构的、跨网络的公交信息资源的汇聚和交换。

2.3.2 数据处理

根据数据处理规范，对多源数据进行清洗、整理、融合等处理，将处理后的数据集中至公交数据汇聚中心存储。在交通领域知识指导下，采用机器学习和人工智能算法，对数据的分布情况、变化趋势和规律等进行统计和分析，深入挖掘公共交通运行指标[8]。

2.3.3 数据应用

在数据应用方面，除了将线网分析、客流统计、运营分析、运营优化方案等分析结果数据大屏可视化展示外，平台还以统一的标准规范对外提供数据服务，使数据按一定业务规则成为可复用的信息资源。同时平台采用服务总线及消息组件方式，支持接入（接出）多通道的消息，使各类消息在总线上流转、共享。

2.4 公共交通精准报站

公共交通精准报站系统采用RFID+GPS 数据融合处理技术，在所有运营公交车辆上加装车载RFID 电子标签，并在所有线路途经的公交站台安装RFID 阅读器。当公交车经过车站时，车站阅读器将识别到的RFID 电子标签数据传输至控制中心，作为精确报站功能的基础数据；业务系统从后台或电子标签上获取其上一个站点的编码信息，根据站点关系，确定车辆是在当前车道还是对面车道，如果是对面车道则将数据过滤，否则产生到站记录。

2.5 高品质公交示范线

通过5G 技术提升公交站台的智慧化水平，打造一条由高铁南站至南湖景区的高品质公交示范线路，架起“车、站、人与服务”之间的联系桥梁。公交示范线路的具体建设任务包括新建6 座智慧公交站台、加装12 套5G 基站、2 辆示范公交车加装94 个墨水屏拉环以及若干个边缘人工智能设备。

2.5.1 5G 智慧公交站台

主要功能包括搭载5G 微基站，实现5G 网络覆盖、多媒体视频信息发布、移动智能监控、综合交通信息显示、光伏并网/离网发电功能、便民服务功能（智能照明、充电、自动售卖机等）、数据感知智能设备（人脸信息、人流监测、环境监测、无线嗅探）等。

2.5.2 彩色电子墨水屏拉环

通过在公交车辆上安装彩色电子墨水屏拉环，配合公共交通的信息发布，为乘客在车内乘车时提供应急信息导引、导乘及商业信息服务，还可直观进行文旅宣传、红色宣传，作为新型公共交通服务的内容。

2.5.3 智慧公交站台管理系统

该系统具备站台基础信息管理及预报站信息发布功能、站台运行状态和环境参数的监控功能、多媒体信息发布后台管理功能，支持站台数据的增、删、改与维护、多媒体广告发布、显示站台运行状态和环境参数信息等。

2.6 公共交通综合信息管理

公共交通综合信息管理建设包括统一通讯平台、统一数据转发平台、公交调度平台、ERP 综合管理平台和移动端信息服务平台等五个方面。

2.6.1 统一通讯平台

将现有各公交公司的各类车载终端设备及场站终端设备采集到的数据进行统一处理，过程包括两个方面，一方面通过协议透传与各公交公司原有的公交调度平台进行信息交互；另一方面通过统一标准的数据输出与各公交公司新增的调度平台进行信息交互。

2.6.2 统一数据转发平台

该平台将统一通讯平台所采集到的数据，以统一标准的数据格式与监管部门、第三方平台以及其他信息需求方进行数据传输和交互。

2.6.3 公交调度平台

公交调度平台集成信息通讯与数字处理、指挥调度管理及营运管理等功能，对排班管理、实时监控、实时调度、电子围栏、数据统计、数据分析等进行集中处理和指挥调度管理。建成的公交调度平台为一级管理平台，拥有最高权限，可集中或分多级管理及调度下属部门，在必要时可直接指挥现场运营的公交车辆。

2.6.4 ERP 综合管理平台

完善公交ERP 综合管理平台，将公交企业的综合管理、物资管理、机务管理、安全管理、业务管理、公文流转、收争管理、财务管理等有机结合机来，实时查看公交车辆故障信息、刷卡信息、工况信息、预警信息等数据，并向场站推送展示车辆班次、停放位置等信息，全面提升公交公司的运行效率。

2.6.5 移动端信息服务平台

移动端信息服务平台建设包括微信公众号（公众服务）和微信小程序（内部应用）两个模块，该平台结合统一通讯平台、调度平台及第三方的数据，为公众提供更为称心方便的出行帮助。

3 效益分析

智慧公交平台项目是贯彻落实国家对于长三角一体化高质量发展的要求，平台建成后能够更好地履行使命责任、服务国家治理体系现代化、提升百姓幸福感、获得感、壮大数字产业经济。智慧公交平台一旦投入使用能够极大地降低城市运行管理成本，达成绿色环保、节能减排和实现经济效益最大化。同时，在建成的智慧公交平台基础上，还可以不断探索新型商业模式以及盈利模式，当前各类新商业模式和盈利渠道还在不断涌现，后续可在此项目建成基础上不断挖掘和创新，围绕后续运营相关的商业价值变现进行深化设计。

4 结语

智慧公共交通项目为民生工程，以服务于社会、改善环境、提高居民幸福指数为主要目的，它既是生产部门必不可少的生产条件，又是居民生活的必要条件。可以有效实现人民生活水准的提高和健康条件的改善、推进城市经济的加速发展等宏观效益，大幅度提升城市品质和管理服务水平，便利市民生活出行，实现城市物联感知能力，提高城市和谐宜居形象，提高公共交通出行分担率，实现政民良性互动，提升城市交通服务水平，实现和谐宜居城市。