數字技術賦能公共交通系統智慧生態建設

胡新光

（中國瑞達投資發展集團有限公司，北京 100040）

引言

城市公共交通是指在城市區域內，利用公共汽（電）車（含有軌電車）、出租車、城市軌道交通系統和有關設施，為公眾提供基本出行服務的活動。2012年國務院發布關于城市優先發展公共交通的指導意見（國發〔2012〕64號）指出：“深入貫徹落實科學發展觀，加快轉變城市交通發展方式，突出城市公共交通的公益屬性，將公共交通發展放在城市交通發展的首要位置，著力提升城市公共交通保障水平。在規劃布局、設施建設、技術裝備、運營服務等方面，明確公共交通發展目標，落實保障措施，創新體制機制，形成城市公共交通優先發展的新格局。”

近年來，我國城市公共交通得到快速發展，技術裝備水平不斷提高，基礎設施建設運營成績顯著，人民群眾出行更加方便，以北京市為例，截至現在北京軌道交通總運行里程727公里，運行線路23條，日客流1000多萬人次，形成由軌道交通指揮中心管理調度下的覆蓋全市的線網運行格局，全地鐵線網實現了電子支付及客流數據集中清算管理；北京公交擁有運營車輛近3萬輛，運營線路895條，線路總長度17.42萬公里，設置有多個公交運行調度管理中心，受票價政策刺激全市公交車基本實現一卡通電子支付，具備公交系統大數據深入分析、挖掘及應用的基礎條件；北京現有出租車7萬輛，各出租車企業均設置有可直接聯絡追蹤每輛車的指揮調度中心。

習近平總書記提出面對新發展格局，需要新發展理念。國家十四五規劃和2035年遠景目標綱要提出：迎接數字時代，激活數據要素潛能，推進網絡強國建設，加快建設數字經濟、數字社會、數字政府，以數字化轉型整體驅動生產方式、生活方式和治理方式變革。隨著互聯網大數據、云計算、人工智能、5G通信等技術的快速發展，城市公共交通系統需要運用數字技術實現提質增效，通過管理理念不斷創新、管理模式不斷創新、技術手段不斷升級，建立以人為本、數據導向、從下至上的制度性的模式創新及技術創新，建設共享共治共管的公共交通智慧生態。

1 城市公共交通系統數字化發展存在的問題

數字時代最顯著的特征是物理世界和數字世界的聯接，數據成為生產力構成基本要素，城市公共交通系統是一個綜合、復雜、開放、動態的大系統，公共交通行業數字化包括基礎設施數字化和業務流程數字化兩個層次，才能完成從物理世界到數字世界的轉換，實現智慧交通的數字孿生和增值應用，如果數字化只是停留在單個行業場景的數據挖掘上，產生的價值是非常有限的，只有實現公共交通全系統及全業務流程的數字化及數字融合才能實現整體層面的提升。根據分析目前公共交通系統數字化發展存在的問題包括以下幾方面。

1.1 行業數字信息孤島問題嚴重，數字融合不足

城市公共交通各條塊設施建設及信息化建設很多城市已具備規模，受條塊限制，行業數字信息孤島問題嚴重，目前尚未形成城市層面可兼容異構信息的統一標準的時空數據底層框架。數據孤島問題雖然一直都受到人們的重視，卻一直未能解決。各部門業務系統數據格式不統一、數據權限不明確、數據對接機制不健全，都將制約公共交通系統的數字孿生、生態發展及服務提升。

1.2 公共交通系統基礎設施缺乏、標準不統一

目前國內尚無一個城市及地區建立起總體層面的系統性整體性交通數據信息中心，也沒有一個統一平臺為市民提供實時、快速、便捷的出行服務。由于建設標準缺乏或標準不統一，機構和廠商各自推進，難以確保統一編碼、多模態數據的精準融合表達，大量的非結構化數據、結構化數據、視頻數據、圖像數據混合，導致公共交通整體性數字信息整合及集成工作難度較大，政府端信息接受滯后，對于突發交通事件的處理顯得被動與不足。

1.3 公共交通系統時效性不足、個性化服務不足、服務體驗不佳

公共交通作為城市服務的核心要素，其時效性甚為重要。當前公共交通系統中地鐵時效性稍好，公交則易受包括天氣、重大活動以及路況擁堵影響，時效性不足。城市缺乏針對市民出行的整體性個性化服務，比如個人出行定制服務、出行路線及方式選擇、場站間銜接服務等。由于缺乏統一信息及統一協調，機場及鐵路場站經常發生到站旅客沒有交通工具可選的窘境，很多時候公共交通信息發布、出租調度及出行協調依靠交通廣播電臺完成。

1.4 公共交通系統缺乏市民參與通道難以實現共享共治

長期以來公共交通系統基礎設施和運營服務從規劃、設計、建設到運營均為單向服務模式，即設置一個公共交通設施系統時，缺乏市民溝通參與通道，未建立市民溝通參與激勵機制。目前國內在數字社會和數字政府生態建設方面已有可喜進展，全國一體化政務服務平臺整體上線試運行，接入地方部門360余萬項服務事項和一大批高頻熱點公共服務，共建共治共享的社會治理新格局逐步形成。公共交通服務提升屬于市民急難愁盼的問題，需要以數字化理念、數字化技術打通市民參與溝通通道，建立共享共治共管的智慧交通生態體系。

2 城市公共交通系統智慧生態模型

城市公共交通具備公益和普眾屬性，公共交通智慧生態系統建設需要創新思維，從人本核心需求和服務體驗出發設計和構建，實現各參與方包括政府機構、交通管理部門、交通服務部門、商業機構、社會機構、執法機構及乘客/市民主體的和諧共生、共贏發展格局。構建公共交通系統智慧生態應遵循如下原則。

（1）以人為本，滿足核心出行需求。以人為本，從核心公共交通出行需求出發，如時效性、便捷性、舒適性等方面設計目標愿景，同時提升公民交通文明意識。生態系統中市民在公共交通體系中可承擔多重角色，如數據提供者、服務接受者、治理參與者。與傳統的智能交通系統（ITS）注重系統效率、車輛和車流量本身不同，智慧生態的交通系統致力于優化人的出行體驗，專注于人。與政府、運營商以及其他參與方一樣，乘客也可參與出行服務的數據提供和改進。

（2）集中統一的交通設施多源異構數據融合。建立互聯互通的交通設施數據體系，實現不同公共交通設施及運營機構的多源異構數據集中統一融合和整合，推動公共交通數據在政府內外的雙向流動和有效利用，建立一體化城市公共交通大數據平臺和應急管理出行服務中心。

（3）共享共治的激勵機制及普惠機制。考慮到公共交通的公益屬性，政府需要制定共享共治共管的智慧交通激勵機制和普惠機制，如建立市民信用積分機制，為參與治理和數據提供者、緊急狀態服務者提供積分獎勵。對于商業服務機構或第三方服務機構給與政策激勵及扶持，形成全社會共同參與的良性健康發展的公共交通發展生態格局[1]。

（4）一體化公共交通時空數據管理服務平臺。以物聯網、區塊鏈、數字孿生城市、時空大數據、人工智能為代表的數字技術正蓬勃發展。針對公共交通時效性的重要核心特征，需要應用時空數據、區塊鏈、人工智能、云計算等技術實現數據整合和融合，建立一體化公共交通時空數據管理服務平臺。時空大數據包含時空信息特征，包括時間、地點、場景特征等，實現對匯聚獲取的各類數據添加時空標識，即時間、空間和屬性“三域”標識。時空人工智能是AI領域的新型創新應用技術，以時空為“索引”對多源異構數據進行時空化治理和融合，并借力知識工程和AI算法進行智能化分析，從而挖掘知識和輔助決策。通過時空大數據和時空人工智能可有效實現出行模式挖掘、交通流量預測、智能調度、交通事件預測及個性出行服務[2]。

城市公共交通智慧生態模型如圖1所示，智慧生態以時空數據、人工智能、區塊鏈、云計算等數字技術為支撐，以一體化時空大數據公共交通管理服務平臺為中心，構成覆蓋市民、地鐵、公交、出租、機場、鐵路、車站等多要素公共交通時空數據融合及智能挖掘及服務，形成以技術創新、數據轉化、共贏發展、共享共治的協同發展公共交通智慧生態體系，助推新型智慧城市高質量建設發展。

圖1 城市公共交通系統智慧生態模型

3 公共交通一體化時空數據管理服務平臺系統

3.1 總體目標

為構成以人為本、數字導向的城市公共交通智慧生態體系，需要建立公共交通一體化時空數據管理服務平臺系統，通過數字建模、多源異構數據融合、時空數字計算、人工智能等技術手段，為城市公共交通整體管理、公眾服務、應急處置、公共交通場站及設施優化等各方面提供有力支撐，實現公共交通綜合預測預警及決策支持。

公共交通一體化時空數據管理服務平臺需要把各垂直領域的數字化整合起來，從乘客/市民的角度將地鐵、公交、出租、鐵路、機場、車站等多樣化交通工具數據與用戶出行需求實現最佳對接，實現開放架構，乘客/市民參與出行服務的數據提供和改進，融合不同部門的“數據倉庫”和數據資源，建立開放性、綜合性、全息的公共交通數字化體系，運用時空數據分析計算、人工智能、區塊鏈等技術為社會公眾提供智能出行服務，為管理機構提供公共交通應急預警及處置服務，形成公共交通時空數據資源共享平臺，提高公共交通數據資源的整體性服務能力。推進數據標準化建設，運用區塊鏈可信技術加強數據安全防范，提升數據監管和保護能力，維護數據的安全使用。

基于公共交通一體化時空數據管理服務平臺，構建完備網絡化交通信息環境，實現跨行業跨模式的大范圍出行調控和網絡化誘導的協同聯動控制，形成公共交通、城際公路、鐵路、民航等交通系統的協調運行體系，強化交通運營管理的整體性功能，實現步調一致的協同管理，為公共交通運行高效有序、居民出行便捷提供更有力的保障。

城市公共交通一體化時空數據管理服務平臺系統構成如圖2所示，通過區塊鏈技術的可信計算支撐平臺，實現各部門數據的安全可信傳輸，通過時空大數據中心系統實現時空數據建模、多源異構數據融合，通過時空數據計算及時空智能提供服務及決策支持。

圖2 公共交通一體化時空數據管理服務平臺

3.2 關鍵技術

（1）基于乘客的時空大數據建模。公共交通系統數據中帶有時間與位置標簽的數據十分常見，人類生活中所產生的數據約有80%和時空位置有關。時空信息與大數據的融合標志著正式進入了時空大數據時代，時空大數據公認具備“4V”特征：規模性（Volume）、多樣性（Variety）、高速性（Velocity）和有價值（Value）[2]，此外，具備對象/事件的豐富語義特征和時空維度動態關聯特性。基于乘客的時空大數據建模將回歸到人本的數字模型設計與建立，時空數據模型有效組織和管理時空地理數據、屬性、空間和時間，表達隨時間變化的動態結構、空間數據的時態變化，考慮時空數據的空間/屬性內聚性和時態內聚性的強度，選擇時間標記的對象，提供靜態、動態數據建模手段（靜態、動態數據類型和操作）。

（2）時空大數據計算。時空大數據計算是在時空大數據采集、接入、存儲、管理、分析等各個流程環節中，處理時空大數據的計算方法、技術選型、實現框架、性能分析等的總稱，實現時空大數據的數據整理以及計算結果的規整合并和可視化。基于乘客的時空計算可完整勾畫出乘客出行規律、出行軌跡、交通設施選擇、交通場站客流密度及常住地設施分布等信息，可籍此實現個性化的個人出行定制服務。

（3）時空知識推理。知識推理是指基于已知的事實或知識推斷得出未知的事實或知識的過程。公共交通時空數據中心系統的時空知識推理將著力于建立人本的時空知識圖譜及交通流圖譜，用于動態交通流預測預警、智能調度、決策支持及智能出行服務。

（4）可信計算、可信身份、可信跨鏈。可信計算基于可信軟硬件及區塊鏈技術，在保證公共交通服務數據絕對安全和隱私保護的前提下完成多方數據傳輸及協同計算，做到服務方數據確權及協作行為追溯，保證協作協同過程的權益平衡。可信身份用于破解各業務系統間的數據孤島現象，在數據不泄露的前提下完成各業務系統之間的數據協作及交換。可信跨鏈技術致力于實現通用的、標準化的區塊鏈接入模型，同時也以跨鏈解決方案的方式支持不同服務模型、不同區塊鏈網絡的跨鏈服務。

3.3 智慧生態應用

（1）出行模式挖掘。城市居民是公共交通出行的組成主體，城市居民的出行活動規律是對城市公共交通運行狀況的反映，其活動規律對于深刻理解城市公共交通具有重要意義。基于乘客的時空大數據融合，將各種類型的時空軌跡大數據用于居民出行模式研究及挖掘分析，如移動車運行軌跡數據、交通智能卡刷卡數據等，同時可識別個體或群體的出行活動是否規律或異常、出行目的的識別以及預測個體活動軌跡的相似性等。

（2）智能調度。智能調度是把先進的數字技術及計算機處理技術等有效地綜合運用于地面交通管理體系中，從而建立起一種大范圍、全方位發揮作用，實時、準確、高效的交通運輸管理系統。城市公交系統智能調度實現對公共交通系統整體謀劃，使多種交通方式能夠聯系緊密，在保證乘客出行銜接方式更加便捷的同時也使得交通系統擁有更高的效率。公共交通智能化調度系統所涉及的基礎數據由動態數據和靜態數據組成。這些數據中最重要的就是站點客流量數據和站點間運行時間數據，站點客流實時預測是公共交通實時調度的基礎，常見的算法包括：聚類分析、逐步回歸分析、時間序列預測方法、循環神經網絡等。

（3）個性化出行服務。當前的公共交通服務面向社會公眾只提供了基本的、廣播式的服務，公眾在獲取信息和服務時需要進行查找、篩選和辨別，過濾出自己需要的信息，而無法根據自身的需求定制交通服務，將定制的內容通過指定的渠道或者手段，在規定的時間發送給出行者[3]。個性化的交通服務研究是對新的交通服務方式的探索，是公共交通智慧生態的重要體現。通過個性化服務系統將融合后的交通信息按種類進行服務產品化，以供社會公眾通過系統進行服務定制，并將個性化信息推送給定制的出行者。典型的應用包括交通信息推送、個性化導航、出行方式推薦等，開展上述應用的技術基礎主要包括：基于機器學習和人工智能的交通數據挖掘、交通出行行為分析和個性化交通服務系統構建等方面。

4 結語

城市公共交通系統復雜龐大，除公共交通運營系統外，還包括道路交通、交通信號管理、交通執法等眾多領域，限于篇幅難以概覽全貌。本文力圖以數字技術為抓手，著力分析研究基于乘客時空數據的公共交通智慧生態系統建設模式、關鍵技術、生態應用及方法。公共交通智慧生態建設符合習總書記的人類命運共同體理念，需要政府、交通服務機構、社會機構及公眾合力打造，形成多方受益共贏的開放發展格局，其成為城市公共交通可持續、健康、穩定發展的主導方向未來可期。