PRT交通系统的应用及发展

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　　摘 要：PRT系统作为现代交通新技术，拥有诸多其它交通系统不具备的优势，比如乘坐舒适、搭乘便捷、大运送能力、较低建设成本、较低运营成本等。文章结合PRT系统现阶段的技术能力和特点，多方面分析可得它尤其适合作为机场片区的客运交通。随着PRT技术的发展，特别是自动驾驶技术的发展，PRT系统还将有更为广阔的应用空间，甚至在不久的将来成为人们新的出行方式。
　　关键词：PRT系统;机场;交通;自动驾驶
　　中图分类号：U461.99  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）10-60-04
　　Abstract： As an emerging technology of modern transportation system， PRT system possesses many advantages， such as comfortablity， convenience， high capacity， low costs of construction and operation. Judging from the development and features of this technology， PRT system serves as  an optimum choice for transportation near airports. As this technology is taking off， especial with the advancement of automated driving， PRT system will find wider application， becoming a common transportation for people in the future.
　　Keywords： PRT system; airport; transportation; automated driving
　　CLC NO.： U461.99  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）10-60-04
　　前言
　　人类发明汽车后的短短30多年时间，便有人提出并尝试了自动驾驶汽车，当时的所谓自动驾驶是一个无线电遥控驾驶汽车。1939年，通用公司又率先提出了未来城市计划：在城市里，汽车使用无线电遥控。虽然计划是失败了，但是这个方向当时十分火热。如今，我们谈论的港口自动驾驶和当时通用公司的未来城市计划有很大的相似之处，都是在驾驶上弱化人的功能。真正和现代的无人驾驶定义类似的是1969年，人工智能之父约翰.麦卡锡写了一篇类似电脑加速汽车的文章，这个设想与现代的智能汽车很相似。上个世纪70年代，美国、德国等汽车发达国家率先开始现代智能汽车的研究，自动驾驶的级别分为6个等级，分别是No Automation（无自动化）、Driver Assistance（驾驶员辅助）、Partial Automation（部分自动化）、Conditional Automation（有条件自动驾驶）、High Automation（高度自动驾驶）、Full Automation（完全自动驾驶）。近半个世纪的发展，只有极少部分汽车企业的量产车自动驾驶技术发展到了Conditional Automation（有条件自动驾驶）等级，多方面的技术瓶颈有待突破，离人们期望中的全路况自动驾驶时代，还有较长的路要走。
　　尽快如此，现阶段的自动驾驶技术，依然可以在特定的情境下，为人类提供力所能及的服务。PRT（Personal Rapid Transit）系统便是如此一个在特定情境下的自动驾驶系统应用。PRT，即个人快速公交（见图1），是一种采用具有自导向功能的小型车辆（通常乘员为1～6 人），沿着专用的轨道运行，自动无人驾驶的新型轨道交通系统。PRT系统既有轨道交通的方便、快捷、舒适和安全，又能像出租车一样實现可靠的门到门服务。PRT 概念起源于1900年之前，现代PRT的研究始于1953 年，1964 年，Fichter对PRT 的技术及应用前景进行了充分论述和详尽解释，极大地推动了PRT 技术和系统规划研究。1970年至1980 年间，德国、英国、日本、法国、瑞典以及加拿大等都开展过PRT系统的研究，然而由于技术、经济、政策等原因，多数未能持续进行下去。到1990年左右，坚持发展并在技术上逐渐成熟的PRT系统仅有美国的PRT2000、英国的ULTra等[1]。PRT与传统的轨道交通有很大的不同。通常情况下，当你上地铁或轻轨时，你会进入一辆有很多人的大车，然后在线路上的每一站都停下来（除了一些快车停得不太频繁的情况，比如在纽约）。有了PRT，你就可以坐上一辆小车，它只会去你的目的地，它不会停在其他任何地方。
　　当然，现阶段PRT的局限性也比较明显，它需要有专用路权，类似一个虚拟的轨道，显然目前还无法满足城市里的每个角落。而现如今的自动驾驶技术，正好能够在PRT里充分发挥自身已有的能力。由于专用路权的要求，虽不会对现有交通系统造成影响[2，3]，同时也注定现阶段的PRT只能在一个特定范围的区域里运行，比如机场、风景区、游乐园、工业园区等等。特别是大型枢纽机场，常年人流量大、人流频繁，尤其适合PRT项目，本文对PRT项目在机场的优势进行深入分析。
　　1  大型枢纽机场地面交通现状
　　1.1 国内大型枢纽机场地面交通现状
　　根据中国民航数据总局统计，2018年大陆地区机场按旅客吞吐量数据统计排名前五的分别是北京首都国际机场、上海浦东国际机场、广州白云国际机场、成都双流国际机场、深圳宝安国际机场。
　　北京首都国际机场建有Automated People Mover syste -ms（旅客自动捷运系统），简称APM系统。北京首都国际机场3号航站楼南北两座建筑（T3C和T3E）由于距离过长，两座楼之间会建造旅客捷运系统以方便乘客。旅客捷运系统（APM）是一套无人驾驶的全自动旅客运输系统，APM 系统通常采用中、大型轨道车辆，单车载客量可达100人以上，但多数乘客是站席，乘坐舒适度较差。且APM的建设成本通常高达2.5-3亿人民币/km，年度运行和维护费用也高达千万人民币[1]。 　　上海浦东国际机场三期工程将采用“航站楼卫星厅”的运营模式。其中，浦东机场捷运系统工程是实现这一运营模式的关键。该工程将连接3个航站楼（预留1个）、2个卫星厅，成为浦东机场发挥整体功能的核心、服务乘客的纽带。据悉，该工程计划于2019年6月通车运营。届时，乘客安检后可直接乘坐捷运系统到达卫星厅，从安检口出发，最快四分钟即可到达登机口。由于APM系统核心技术国产化程度不高，运维成本高，保障能力较低，上海市政总院首次提出将技术成熟、应用广泛的钢轮钢轨制式地铁A型车，即市民熟悉的轨道交通各条线路，应用在浦东机场旅客捷运系统上。与普通地铁不同的是，车站建筑完全实现与航站楼、卫星厅有机融合，乘客下了捷运便能直接到达登机口，无须再安检，实现了空间集约、管理高效、功能无缝衔接。但是，此方案仅仅算是改良版的地铁。
　　1.2 国际大型枢纽机场地面交通现状
　　目前国际大型枢纽机场中，英国伦敦的希思罗机场于2011年率先投入使用PRT系统，在距离T5航站楼近2公里处有一个超大型的停车场，该PRT系统的任务是接送往返于T5航站楼和远端大型停车场之间的旅客，每天的载客量上万[4]。驾驶私家车到达希思罗机场的旅客，无需排队和等待，直接搭乘一辆PRT自动驾驶小车（单车可搭乘4-6名乘客），在车内输入目的地，即可自动直达指定位置，全程快捷而且舒适。
　　2 PRT在机场交通的优势
　　2.1 良好的乘坐舒适性
　　无论是机场地铁还是机场摆渡车，往往都是十分拥挤，特别是对于拖着大包小包行李的旅客来说，实在难言舒适。PRT小车的载客量是5人左右，无站位，很少甚至无需和陌生人共享，车内宽敞舒适。乘客上车后，在车内显示屏上输入目的地，即可安心休息。
　　2.2 搭乘的便捷性
　　旅客驾乘私家车到达机场远端的大型停车场后，即可在停车场的PRT站点（见图2、3）无缝衔接换乘PRT小车，无需排队和等待，就像一辆随时等候的私人专车。英国希思罗国际机场PRT系统的最小行车时距是6s，即每6s就能发送一辆PRT小车。
　　2.3 较大的运送能力
　　相对于APM和其它公共交通来说，PRT的单车容量显然是最低的，但是运送能力的大小不仅仅是取决于单车容量的大小，另兩个影响运送能力大小的关键指标是车辆数和行车时距，PRT每6S一台的高频发车率，弥补了它单车容量低的缺点。
　　以国内某国际机场为例估算（见表1），该机场的PRT项目计划在长达4公里的线路上，第一阶段运行22辆左右的PRT小车（备检10%，实际运行20辆），设计最小行车时距6S，设计车速40km/h，单车最大乘坐人数4人，每车每小时运客8次（单向运行8次），每日最大运营时长16小时，全年运输约3500000人次。
　　2.4 较低的建设成本
　　PRT建设成本主要用于专用道路建设、车辆采购、其它相关配套设备采购。其中，专用道路建设成本约为6000万人民币/公里，车辆采购成本约为150万/辆，其它相关设备包括控制系统、通信系统、自动售检票系统、车辆安全自动防护系统（AVP）、充电系统、屏蔽门系统、维护设施与设备、质保期内备品配件、易损件/消耗性材料、专用工具等，成本约为1亿。因此，一条路线长度约为4km的PRT项目总投入约为3.7亿。
　　以北京首都国际机场为代表的APM项目为例分析，该项目建设成本约为3亿人民币/公里，一条路线长度约为3km的APM项目总投入约为10亿人民币左右，远远高于PRT项目的建设成本。
　　2.5 合理的运营成本
　　英国伯明翰国际机场APM系统的年度运行和维护费用为870万人民币，日本成田国际机场达到930万人民币，每名乘客的运营成本约为7元。而PRT系统有着更高的服务标准和更复杂的控制管理系统，运营成本仅仅略高于APM系统，大约是每名乘客8.5元。
　　3 PRT系统的现状
　　PRT自身的特点和优越性，使其可以不仅仅局限于机场使用，还可以用于校园、景区。目前，全球已经开通运营的PRT项目有4个，分别是阿联酋阿布扎比马斯达尔城、英国伦敦希斯罗机场、韩国顺天市;有包括成都天府国际机场在内的十余个项目在建;以ULTRA为代表的数十家科技公司在积极研发最新技术。
　　但是最初一代PRT技术并不成熟，主要原因在于：（1）无人驾驶技术不成熟，没有先进的传感器、没有大数据支持、没有人工智能的决策算法、没有产业链大规模的投入;（2）车辆通讯技术不成熟，早期项目依赖有线传输，固定闭塞区间，无线通信延时较高，信号不稳定;（3）探索阶段定位不清晰。
　　新一代PRT技术已经实现了能力质的提升。采用高效率的中央控制技术和车辆自主决策技术相结合，大幅提升系统控制容量;缩短发车间隔，同一线路的车辆采用虚拟列车，大幅提升单线运输能力;增加车辆部署，增加网络密度、降低等待时间，减少步行距离。
　　4 新一代PRT的系统构成
　　4.1 地面道路和桥梁
　　钢结构轻质化桥梁，采用上下双层设计或平面双向车道设计，路面铺装钢板路面宽度2-3米（见图4和表2），上层浇筑塑胶材料，性能接近沥青路面，但更加平整耐磨。
　　4.2 车辆设计
　　分为2座小型车和4座车，车长2米-5米，车辆运行时速最高可达100km/h，最大爬坡16度，车辆针对专有路权无人驾驶路况，采取轻量化设计，在现有的车型基础上进行车架和悬挂去冗余，加装毫米波雷达、V2X、高精地图定位、5G通信设施。采用新能源供电（锂电池和超级电容），以沿线停靠充电为主。
　　4.3 中央控制系统
　　采用虚拟列车技术，在主干道上车辆进行自我编队行驶，可达30辆车一编队，编队和编队之间预留4-6秒安全距离。采用车辆编队模式可以大幅降低中央调度系统控制难度，实现高效率的通行，车辆主干道最高可达1万-2万人/小时通行量。
　　4.4 道岔
　　采取无道岔设计（见图5），车辆自主转向+导向轮辅助转向的双重安全保障措施。
　　5 结论与展望
　　对于机场的场内交通，PRT系统无疑是一个合适的选择。相对其它交通方式，建设成本大幅降低的同时，还明显提高了旅客的搭乘便捷性和乘坐舒适体验感。在不久的将来，随着PRT系统技术的进一步发展，它还将有更为广阔的应用前景，除了连接各航站楼和私家车停车场，甚至通过PRT系统，连接机场附近所有相关配套点，比如酒店、公交站、地铁站、美食街、购物城等等。如此一来，机场片区智能交通将构建成网，旅客可以随时搭乘舒适的自动驾驶小车穿梭于机场大片区。
　　当然，PRT交通系统不仅仅是适用于机场片区的应用，在技术更将成熟的不久的将来，PRT还将应用于景点、校园、社区、工业园区等。甚至可以展望，当自动驾驶技术高度成熟的未来，PRT系统甚至可能成为城市新的公共交通，一种兼顾了私家车隐私性和现有公交系统便捷、经济、安全等特征的出行交通。
　　参考文献
　　[1] 张仟.PRT系统应用于枢纽机场地面交通的可行性研究[J].现代城市轨道交通，2019（1）：61-64.
　　[2] 王春.PRT交通系统在我国城市中的应用研究[D].北方工业大学，2010.
　　[3] Mac Donald， R. The Need for High Capacity PRT Standardization. in 12th International Conference of Automated People Movers， Auto -mated People Movers 2009： Connecting People， Connecting Places， Connecting Modes， May 31， 2009 - June 3， 2009. 2009. Atlanta， GA， United states： ASCE - American Society of Civil Engineers.
　　[4] 戴鑫亮.悬挂式PRT车辆结构设计及动力学研究[D].成都：西南交通大学，2018：4-5.
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