基于模块化公交的机场远程旅客接驳系统设计

摘" 要：模块化自动驾驶公交的发展为未来大型机场旅客远程接驳系统的发展提供了新的技术和途径。该文以广州白云国际机场为例，在对当前机场旅客出行特征和问题进行分析的基础上，设计基于模块化自动驾驶公交的机场远程停车旅客接驳系统，并对运营效果进行模拟评测。结果显示，该系统的使用能在一定程度上解决机场航站楼停车空间不足、陆侧交通拥堵等问题，相对传统穿梭巴士系统而言，能更好地满足旅客随到随走的需求，也能有效降低系统运营成本，有利于实现机场交通多样化和便捷化。

关键词：机场；旅客接驳；模块化公交；系统设计；模拟测评

中图分类号：U4-9" " " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2023）14-0131-05

Abstract： The development of modular self-driving bus provides a new technology and way for the development of passenger remote access system in large airports in the future. In this paper， taking Guangzhou Baiyun International Airport as an example， based on the analysis of the current passenger travel characteristics and problems of Guangzhou Baiyun International Airport， an airport remote parking passenger connection system based on modular autopilot bus is designed， and the operation effect is simulated and evaluated. The results show that the use of the system can solve the problems of insufficient parking space and land-side traffic congestion in the airport terminal to a certain extent， better meet the needs of passengers than the traditional shuttle bus system， and can also effectively reduce the operating cost of the system， which is conducive to the diversification and convenience of airport traffic.

Keywords： airport; passenger connection; modular public transportation; system design; simulation evaluation

模块化公交系统主要由小型的可自动拼接或分离的自动驾驶的模块化车辆组成，其核心技术是通过模块化车厢的拼接或分离实现公交车队容量的变化，以合适的车队成本适应不同的需求。该理念在国内外已经处于研究开发阶段：Shi等[1]提出了可变容量的模块化车辆运行方法；Eva等[2]提出了适应动态需求的模块化公交车队时刻表设计与优化方法；Chen等[3]设计了定制算法来求解模块化公交系统的调度间隔，并对车辆容量进行优化；Ji等[4]提出了模块化自主车辆系统，其允许车辆模块连接到其他车辆，或与其他模块分离，以动态调整车辆容量。

私人汽车一直以来在机场陆侧交通接驳中发挥着重大作用。以广州白云国际机场为例，共有9 784个停车位，但停车难现象一直严重，同时周边道路网基本无增长，高峰时期往往造成陆侧道路交通拥堵。由于机场附近用地紧缺，不可能无限制地增加停车和道路设施，远程停车成为解决上述问题的途径之一，并由此产生了航站楼与远程停车场之间的旅客接驳需求。目前，国内一些机场附近设立远程私人停车场，并采用人工代停的方式，吸引了部分旅客使用，但存在认可度不高、无规模效应和管理困难等问题，导致这种运营模式一直以来并未得到广泛的推广。在国外，穿梭巴士和专用轨道接驳系统多用来解决这类问题，但是轨道系统投资巨大，穿梭巴士车次较少，乘客等待时间长，乘坐体验不佳。

模块化公交是交通领域的新热点，其通过6～8座小型电动自动驾驶公交模块的灵活拼接与拆分[5]，可以实现城市交通出行服务的智能化和精准化，由于不需要专门建设轨道等基础设施，在节约能源、定向服务等方面优势巨大，为解决机场远程旅客接驳问题提供了新的技术手段和解决途径。基于此，结合模块化自动驾驶公交理念与机场远程旅客停车接驳的需求，本文设计了基于模块化公交的机场远程停车旅客接驳系统。相较于传统接驳方案，该系统以更灵活更智能的调度方式，在经济性、环保性和低延迟性等方面都有独特的优势，能以更低的成本，更高效地满足机场旅客陆侧远程停车接驳出行的需求。

模块化公交在车辆系统、调度间隔、车辆容量变化、时刻表设计与优化及运行方法等方面都已具备一定的技术基础，具备了被初步应用于现实之中的条件。Next Future Transportation已经推出了其模块化公交解决方案。按照现有设计参数，可以满足机场和停车场之间的短距离出行需求。以下以白云国际机场为例，探讨基于模块化公交的机场远程停车旅客接驳系统的可行性和优势。

1" 白云国际机场旅客接驳需求分析

1.1" 白云国际机场的客流出行方式特征

白云国际机场是国内三大门户复合型枢纽机场之一，2020年旅客吞吐量在全球排名第一。根据调查，白云国际机场到发旅客的不同交通方式分担率见表1。

由表1 可以看出小汽车分担率较高。随着T3航站楼建设方案进入筹备阶段，未来旅客吞吐量还将进一步增长，对停车和陆侧交通系统的压力将进一步提升[6]，迫切需要能解决这一问题的新思路。

1.2" 设置远程停车系统的必要性

由于白云国际机场的特殊设计，机场范围内已经无法开辟新的停车设施和道路，要解决上述问题，有必要设置远程停车系统，以较低的停车费吸引旅客停放，在停车场就进行行李托运，在功能上满足旅客对准时、费用低、舒适和方便的要求。如果利用模块化公交进行旅客接驳，能弥补现有公交系统在携带行李、速度和舒适度等方面存在的不便之处，有较好的发展前景。

1.3" 引入模块化公交旅客接驳系统的优势

1.3.1" 智能化优势

模块化公交采用自动驾驶技术和自动感应技术，从位于机场的指定地点的储存站出发，根据指令自动“追上”其车头或其他车厢模块，实现不同接驳线路换乘的设想，如图1所示。在运行时能感应周围物体特征，智能做出判断，可以让车及时停止，从而保障乘客生命安全。

此外，模块化公交系统将采用智能化调度系统，自动根据旅客需求调整发班频率和时间，最大限度地满足旅客等待时间少、即到即走的需求。

1.3.2" 成本优势

模块化公交的自动驾驶省去了聘请司机、调度人员和管理人员的成本，公交的整车成本基本与传统汽油柴油汽车持平；在能源消耗成本方面，模块化公交消耗电能的成本（约每公里0.09元）大大低于传统公交消耗的成本（百公里消耗燃油45.6元）[7]。

1.3.3" 社会效益优势

除了能通过降低成本提高运营效益之外，模块化公交采用纯电动驱动方式，如果与新能源汽车厂商合作，可以形成“新能源汽车-模块化公交”产业联系，一方面有利于进一步推广新能源汽车，另一方面能有效避免碳氧化物、氮氧化物的排放。

此外，模块化公交的使用将减少前往航站楼的小汽车，节约停车用地，缓解道路交通系统压力，改善机场环境，提高机场的智能化管理水平，改善门户形象。

综上来看，基于模块化公交的远程停车旅客接驳系统的运用将全方面优于传统公交接驳系统。

2" 基于模块化公交的机场远程停车旅客接驳系统设计

2.1" 系统实施条件

系统实施过程中必须注重模块化公交与机场陆侧交通系统的耦合：首先应在合适的地理位置设置远程停车场和接驳交通中心；其次通过机场与远程停车场之间路段画线后开辟一条相对封闭的专用车道，使车辆在不受干扰的条件下实现自动行驶。

2.2" 系统组成及功能设计

2.2.1" 停车场

停车场主要负责旅客车辆的停车调度，包括车辆的引导，车辆停靠的计时收费等。

旅客驾车进入停车场时，停车场将通过摄像头记录车辆车牌号，开始记录车辆入场停靠时间，并将相关数据上传至中枢。

入场后，停车场将会根据当前的空车位的位置和分布情况通过LED指示牌指引入场车辆前往空车位停靠。

在停车位相应区域，停车场会提供一定数量的行李搬运车供旅客使用。

停车场系统还包括以下部分。

1）服务中心：工作人员将为旅客解决各类问题并提供相应指引。

2）售票处：旅客停靠车辆后可以直接在停车场售票处进行机票购买、换取和改签等业务。

3）行李托运处：旅客可在停车场提前进行行李安检、托运等事务，托运的行李经标签分类后装入即将上客的公交车。接送离港旅客的公交车进入下客区后，旅客按照指引前往领取处取出行李，即可前往停车区取车。

4）候车室：旅客处理完成各项事务后，可凭借乘车二维码进入候车区等待上车。工作人员将托运行李打包上车后，将根据候车室的旅客人数派出相应数量的车辆接送旅客前往航站楼。

5）调度中心：负责车辆的调度方案生成和执行，并解决突发问题。

6）收费中心：旅客驾车离开停车场时，停车场将通过入场时的记录计算并收取应收费用。

2.2.2" 系统中枢

系统中枢是系统的核心，处理所有和数据、智能化相关的工作，包括：

1）建立数据库用以记录停车场车辆的停靠时间及停车费用，同时记录停车场和航站楼两处未发出的公交车数量，以及各处的人流量。

2）对系统内车辆进行智能化调度。其基本工作流程如下。

首先，根据订票系统数据及交通方式分担率得出使用基于本系统的客流量，在此基础上预测每天的到达人数和到达分布。其次，根据前一天预测的结果来进行发车时刻表的安排。本系统采用等发车时距的调度模型，以保证预料之外的乘客不会等待太久的时间，避免延误旅客的行程。该问题可概述为在给定时间范围[0，T]内，在一个起点一个终点的基于模块化自动驾驶公交的旅客接驳系统内，给定各个时隙内到达系统的旅客人数，制定一端起点的发车计划及对应的编组数量，使乘客和运营机构的总经济成本最小。最后，系统按确定好的时刻表运行即可，如图2所示。

3）根据调度系统的指令集中控制管理公交车的发出、上下客和装卸行李，系统性调度各处的公交车数量，防止旅客等待时间过长和车辆资源闲置较多。

4）对出现故障的车辆进行停靠处理，并派出闲置车辆接送旅客，故障车的行李同时转接至新的载车。完成后控制故障车前往维修处进行故障处理。

2.2.3" 模块化公交系统

1）车辆方面采用四座电动可接驳模块化公交，每辆车上旅客将拥有足够的空间放置随身行李，也能保证舒适的乘坐体验。同时公交车将运载旅客在停车场托运的行李。公交车采用磷酸锂电池，安全性高，并附带一定面积的太阳能板，达到环保目的。车辆采用无人驾驶系统，由中枢系统控制。

2）停车场前往航站楼，即机场大道与迎宾大道交界处至机场航站楼之间4 km的公路上，划分公交车专用运行车道，公交车在设定的速度范围内自动运行，保证乘客准时安全到达航站楼。在运行期间，车辆可以自动组合成车队运行，从而进一步降低能耗，在达到T1航站楼后进行拆分，部分旅客将前往T2航站楼。如果车辆发生故障，停靠在应急车道，由调度中心安排乘客在路旁等待下一辆可上客的公交车上车。

3）公交车到达航站楼后，在航站楼的专用区域下客，待乘客全部下车后，公交车驶入行李装卸区进行行李卸装，航站楼方面的工作人员装卸行李并送往相应的航班托运。公交车装卸完后，装载上前往停车场的离港旅客的托运行李，随后前往离港旅客候车区接送旅客回到停车场，下客完前往行李处理处卸行李。全部完成后，进行下一个周期的运行。

2.2.4" 其他功能

1）系统自动计算出所需要调度的车辆，设计出多种调度方案，并给出相关依据，可对方案进行选择或者默认采用某种调度，机场的工作人员也可以视情况对调度方案进行调整。

2）与机场的托运服务相通，旅客可选择直接在停车场对行李进行安检后直接送至指定的托运地点，无须乘客到机场办理托运手续。也可将乘客行李从飞机直接运送到停车场。

3）企业可以通过该系统在公交车或者车站站牌上投放广告服务。

4）系统可以接入机场的停车服务小程序中，整合并入其中便于机场对其进行相关操作。

5）系统通过实时检测车辆运行状态，对车辆出现的情况向机场通知，机场可视情况进行问题的处理。

2.3" 系统运行流程设计

系统总体运行流程如图3所示。

2.3.1" 旅客到达流程

1）用户可以通过小程序进行预约，提前获取停车位置。

2）用户驾车进入停车场后，取完行李，直接在停车场的行李托运处将行李进行托运处理，同时可直接进行机票出票服务。

3）用户托运完行李后可使用羊城通或机票上所附的二维码扫码过闸机进入公交车站候车（前往1号航站楼与前往2号航站楼的车厢并不相同，用户需按照公交车站的指示进入不同的上车位置）。

4）模块化公交会根据站台人数安排相应车辆，乘客无须担心排队过久，有车即上。

5）在模块化公交前往航站楼的过程中，用户可利用车上设备提前预约航站楼相关服务，如饮食等。途中用户若出现紧急状况，可以通过车上配备的紧急按钮接通服务中心，说明清楚情况后，车辆将会驶往机场大道路旁最近的服务点，让用户下车进行处理，而后车辆将搭载其他用户前往航站楼。

6）在前往航站楼途中，若用户发现自己选错了目的地上错了车厢，可通过模块化公交的联通处进入正确的车厢，随车厢前往航站楼。

7）到达航站楼后，乘客下车，可直接前往安检处进行检票安检。

2.3.2" 旅客出发流程

用户到达白云国际机场后，车辆停在停车场且提前预约的用户可以直接前往机场处的公车站过闸进站，准备上车。若用户首次到达白云国际机场，想乘坐公交车前往停车场，可在登机前进行预约，到达后直接前往公交车站，在停车场领取托运行李；无预约用户落机领取托运行李后，直接前往机场公交车站过闸进站，准备上车。用户在车上的整体服务与前往机场无异。

2.4" 运营效果模拟评测

为了评测系统的运行效率，在“航旅纵横”APP上选择了2022年2月16日白云国际机场到港、出港人数进行研究；车辆方面，设定乘客6名/车厢；模块化车辆运营成本为13.32元/次，2.41元/车厢；等发车时距设定最小间隔为5 min；单次最大编组数为25；路线长为5 km；等发车时距的调度模型为5 min；模块化公交的运行速度为1 km/min；根据2019年广州市人均月薪，设置乘客的等待成本为0.96元/min。

假设同样的线路采用传统公交进行运营，采用广州市目前通用的公交车型，百公里油费92.4元，司机平均薪酬4 500元/月；而模块化公交每百公里成本0.3元，且无须支付司机薪酬。以现有参数为基准，将模块化公交接驳系统与常规公交运营进行对比，发现在同样的客流条件下，本系统能使公交的空载率下降85%，综合成本节省约45%。

3" 结束语

模块化公交的运用能较好地满足机场旅客的疏运需求，也是未来解决大型机场停车难与陆侧交通压力大等问题的有效途径，其优势在于能够很好地适应客流的变化，降低经济、时间等成本，提升乘客体验感。由于系统集中调度，模块化公交还将会减少碳排放、光污染和声污染等，带动周边经济的发展，是适应未来低碳绿色发展趋势的先进的交通运输系统。本系统的设计能为其他大型机场在道路交通方面的规划和改善提供有益的借鉴。

参考文献：

[1] SHI X W，CHEN Z W，PEI M Y， et al. Variable-Capacity Operations with Modular Transits for Shared-Use Corridors[J]. Transportation Research Record Journal of the Transportation Research Board， 2020，2674（9）：036119812092807.

[2] EVA B，DAVID C，LEANDRO C C， et al. Exact formulations and algorithm for the train timetabling problem with dynamic demand[J]. Computers and Operations Research， 2014，44：66-74.

[3] CHEN Z W， LI X P，ZHOU X S. Operational design for shuttle systems with modular vehicles under oversaturated traffic： Discrete modeling method[J]. Transportation Research Part B， 2019，122：1-19.

[4] JI Y X，LIU B，SHEN Y，et al. Scheduling strategy for transit routes with modular autonomous vehicles[J]. International Journal of Transportation Science and Technology， 2021，10（2）：121-135.

[5] 掌尚车市.告别挤公交！模块化“无人驾驶汽车舱”将颠覆出行[EB/OL]．（２０２２－０３－０６）．http：//news.yiche.com/hao/wenzhang/584896.

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