未来出行服务系统的设计与应用
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作者:宋超伟，沈诚潇
摘要：随着嘉兴市城镇化率不断提高，城市人口和私家车数量迅猛增加，现有城市道路及其配套设施难以满足需求，导致道路拥堵、交通污染加重、居民幸福感下降等问题愈加凸显。为解决上述问题，设计并搭建一套嘉兴市未来出行服务系统，该系统全面融合嘉兴市交通出行数据，基于先进性、实用性和可靠性等原则设计丰富多样的出行服务功能，并通过统一窗口为公众提供定制化出行服务，既满足公众出行诉求，又引导绿色出行。释放嘉兴市城市发展和交通基础设施建设的效果和效能，推动政府数字化转型。
关键词：道路拥堵；未来出行；系统设计；定制化出行；数字化转型
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2022）32-0027-04
1 概述
近年来，随着城镇化率和私家车保有量不断提高，公众对于城市交通的需求不断增加[1]。特别是城市中心区域和大容量居民小区周边，现有的城市道路及其配套设施已无法满足公众使用[2]，道路拥堵、交通事故、尾气污染等一系列问题愈发严重，导致市民出行的时间和金钱成本不断攀升。
城市交通在时间维度上存在着明显的峰谷波动，即出行高峰时交通资源无法M足需求，而低谷时又存在资源闲置浪费。同时，大力发展的公共交通作为拥堵问题的解决方案，但是由于不同出行方式间信息沟通不畅，无法有效引导群众使用公共交通，而公共汽车、轨道交通、小汽车和非机动车之间对于有限的道路空间资源又存在竞争关系，造成交通资源时空利用不均衡问题[3]。
公共自行车、共享车辆、网约车等新兴的交通出行服务方式蓬勃发展，使交通出行的关注点从道路通行能力转向高效性、实惠性、可持续性，公众急需一个能融合多种交通方式的系统，共同协调多个出行平台间数据，为出行提供高品质定制化的方案。
为解决上述问题，在大数据技术的支持下，科研机构推出众多的智能交通算法，例如最优路线规划[4]、道路拥堵预测[5]、无人驾驶技术[6]等，但算法需要高效的系统来支撑运行。所以现在很多城市致力于未来出行服务系统的建设，在充分利用现有交通基础设施的前提下，借助智慧化平台提供“便捷、多样、准时”的未来出行服务。
2 研究背景与现状
随着全面融入长三角一体化发展首位战略的持续深化，嘉兴市已进入中心城区品质提升的关键期，构建更加智慧的出行系统，并融入城市整体建设中，将大大提升道路通行能力、减少交通事故发生、促进节能减排、增强城市居民生活幸福感。
在国家层面上，相关政策不断出台也在推动城市未来出行服务系统的搭建，如2019年国务院印发《交通强国建设纲要》[7]，提出要推动出行服务快速化、便捷化，优先发展城市公共交通，鼓励引导绿色公交出行，合理引导个体机动化出行，加速交通领域新业态新模式发展，基于智能终端技术打造移动服务平台，践行“出行即服务（MaaS）”理念[8]。服务平台以数据衔接出行需求，整合打通各部门间交通与服务资源，为用户出行按需求提供实时服务。
MaaS是交通领域的新理念，指服务商按用户的偏好、时间、费用等需求，整合多种交通出行方式，制定符合用户要求的最优交通出行路线[9]，并通过一体化交通与一站式服务，实现无缝衔接的交通换乘，从而改善公众的出行体验。按照这一理念，阿里巴巴在2019年创建了首个落地实施的北京交通绿色出行一体化服务平台[10]，其有效规划公交、地铁、私家车、共享单车和网约车等交通方式，创新出行方式。
近年来，嘉兴市积极开展智慧交通建设试点工作，推出了“公共交通数据资源中心、企业运营智能调度平台、行业监管平台和乘客出行信息服务平台”等四大平台为核心内容的公共交通智能化应用。但与MaaS理念相比存在差距：服务窗口繁杂，出行应用相互分离；出行服务传统，缺少个性化服务；信息资源不全面，全流程伴随式信息提醒欠缺；吃住购行游分散，出行服务模式有待创新。综上，有必要基于嘉兴市现有资源与市民需求设计开发未来出行服务系统。
3 未来出行服务系统总体设计思路
系统设计遵循先进性、实用性、可靠性、开放性、可维护性、可伸缩性和可移植性原则，并考虑一定时期内业务增长和应用变化趋势，在充分考虑技术先进性的同时，采用技术成熟、用户较多的相关产品。由于应用中不可避免地涉及不同用户群（操作层、管理层和业务层等），所以搭建的出行服务系统必须在建设平台上保证系统的可靠性和安全性。
在系统架构、相关技术和平台方面都有较好的开放性。特别是在应用系统平台设计上，符合开放性要求，遵循国际化标准组织和相关行业标准，既保证自我特色优势，又能与其他应用进行共享信息和协作工作，共同构成一个开放、易扩充、稳定和统一的系统。同时，系统设计应标准化和规范化，按照分层设计软件实现提高可维护性。
未来出行服务系统基于城市技术底座的出行数据资源，抽取出行数据仓库的相关数据，搭建出行服务应用数据库，包括专题库、主题库、关系型数据库、源数据库等，通过专题库的分析数据与其他数据库的业务数据共同作用，实现出行服务应用的相关功能，数据资源结构图如图1所示。
融合城市内交通出行相关数据，并基于多交通工具路线规划、多方式实时提醒和个性化定制出行的算法研究，实现综合信息发布、多元组合换乘、多维伴随式信息提醒、出行定制、在线停车指引、智能公交、共享单车服务、车路协同、网约车服务、加油充电指引、长途枢纽服务等应用服务功能，进而提升用户交通出行的体验。提供可视化数据建模，分别为移动端和统一大屏展现全方位的交通出行信息服务；设计支撑出行服务应用的基础引擎或模型，包括出行运力模型、出行需求模型，为政府部门提供城市交通出行状态监控与调度指挥决策的信息数据支持，系统总体架构设计如图2所示。
未来出行服务系统涉及多系统的数据调用，在整个系统设计过程中，严格遵循标准规范体系和安全保障体系要求，与内部子系统、已建系统、外部系统间的关联系统架构如图3所示。
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3 未来出行服务系统详细设计
在上一章总体设计与关键功能的基础上，本章将详细介绍系统各个功能的细节。
3.1 出行信息发布功能
正文内容基于已汇聚的嘉兴地区城市道路、公共交通、网约车、停车场、重大活动、出行政策等信息，并结合用户提出的需求，经相关部门审核后，发布出行预警、道路管制、交通事故、交通拥堵、交警推荐路线、停车位拥挤、公交线路调整等异常信息，以及限行、高速免费、线路调整、特殊时期停运停开等出行政策信息，并确保信息的及时更新。
以GIS地图或文字概览的方式，为公众提供城市全域的路况、公交车位置、公共自行车租赁点等交通相关的实时动态信息查询及主动提醒服务。对于景区、商业中心、大型医院等重点场所，为公众提供在线服务，包括特色景区服务，提供景区人流查询、景区购票、景区导览等服务；“吃住购”服务，提供商业中心、精练住宿、特色餐饮等在客流查询与在线预订服务；重点医院服务，提供重点医院人流查询服务。
3.2 路线规划与伴随式信息提示功能
集成成熟的线路导航应用，综合通行费用、服务区、停车场、充电站、加油站、红绿灯等运行信息，以及交通流量、交通事件、交警推荐路线、恶劣天气、重大活动等预警信息，按照用户喜好模式（如少红绿灯、途加油站、少拥堵、少费用等），为公众提供自驾交通出行路线方案，并支持语音、图像等方式进行导航。
结合选定导航路线，根据用户车辆实时位置，集成行驶范围内的道路拥堵、道路事故、车速建议、红绿灯状态、碰撞预警、附近加油站状态、目的停车位推荐等信息，在车内为用户提供上述各类信息的伴随式、分级提醒服务 。
3.3 多元组合换乘功能
基于各类公共交通工具的班次、线路、位置、空满载状态等信息，并根据出行者的出行习惯，按照出发地和目的地位置，最短时间衔接等要求，使用路径规划相关算法对各类信息进行分析，形成多种公共交通换乘方案供公众选择，实现多交通方式跨域换乘一站式服务。
集成长途及本市各类交通工具所涉及的支付体系，支持分别支付或一站式支付的方式进行支付，并形成未来出行二维码。
根据选定的换乘方案，结合人员位置信息，自动提供该阶段的交通方式导航或公共交通信息提醒。如若进入步行方式，将结合原有换乘方案，自动显示步行导航路线，并进行导航；若进入公交车方式，自动显示规划的公交线路，以及当前公交所在位置，上车站及下站车信息等，遇公交车拥堵，前方事故等紧急情况，系统将结合公交调度信息，给出公交调整建议或其他调整方式；若进入共享单车阶段，自动显示规划的共享单车骑行线路，并导航；换乘出行结束，自动记录用户出行信息，为下次出行建议及积分提供记录信息。
3.4 定制出行功能
规划自主出行定制方案，实现个性化MAAS服务。基于本地餐饮、旅游、购物、住宿、交通等信息，根据出行者的“会议、旅游等”个性化需求，通过蚁群算法融合分析，提供具备本地特色的吃、住、购、游等融合的定制出行方案。同时，通过系统导流的商户可享受政府优惠政策扶持，为用户提供经过门槛初筛、有政府保障的特色出行服务。
集成特色餐饮、景区、商场、酒店等支付体系，支持分别支付或一站式支付的方式，支付定制出行方案，并形成未来出行二维码。结合选定的出行定制方案和用户实时位置信息，自动提示该阶段的交通方式导航或公共交通信息，以及餐饮、景区、住宿、购物等信息，将出行用户的衣食住行有效串接。
3.5 智能公交服务功能
3.5.1 公交信息服务
基于已汇聚的公交车班次、线路、实时位置、排班时间、空余座位等信息，为用户提供公交车位置、到站时间、行驶轨迹、空余座位等信息的查询或主动提醒服务。
3.5.2 普通公交预订服务
基于智能公交服务接口，为用户提供公交车班次在线预定、在线退定、在线变更等服务，基于用户预定的需求数据，智能分析调配相关交通资源对接服务，结合实时公交资源情况为在线预订用户提供合理建议，避免等待与拥挤，提升公交出行服务体验。
3.5.3 辅助定制公交在线服务
基于智能公交服务接口，通过获取用户出行需求，通过算法分析，规划生成最优定制路线，将各类用户群体个性化、碎片化的出行需求转换成实际的公交线路，可满足校园、通勤、接驳等场景，为公众提供试点区域的在线订制服务。
3.6 停车加油充电在线服务功能
基于已汇聚的停车数据，为用户提供现有停车资源信息查询与订阅服务，包括公共停车场、内部停车场中停车位的静态分布位置，动态车位占用情况。可通过选择停车场名称查看地图上的停车场具体位置信息，包括：总停车位数量、剩余车位数、地址等，并可实现停车场导航。
基于已汇聚的加油站及充电站数据，为用户提供现有加油站和充电站的基础信息、动态资源占用、拥挤预警等信息的查询服务。根据车辆实时位置，附近加油站充电站占用状态、道路拥堵等信息，为车辆加油或充电进行实时分级诱导。对选择推荐方案的用户，给予奖励，可享受积分奖励或出行优化服务。
3.7 车路协同服务功能
基于无人驾驶观光游览车和开放道路无人驾驶区域，为公众提供查询及主动提醒服务；集成该应用服务接口，为用户提供在线预定，自助规划路线、自助选择相关服务、自助导航提醒等服务。
实现景区无人驾驶观光车与无人驾驶公交车在行驶过程中的伴随式车路协同信息服务，包括闯红灯告警/车速引导场景提醒、弱势交通参与者预警场景提醒、交通事件预警场景提醒、交叉口碰撞预警场景提醒、可变限速提醒场景提醒、施工路段提醒场景提醒、公交车道预警提醒、车辆信息提醒等功能。
3.8 文明出行服务功能
通过客户出行积分管理和出行能耗管理，实现积分明细、积分兑换、碳排放明细、健康能耗明细等客户信息管理，鼓励交通出行者低碳出行，提高个人积分以获取更多权益。可与出行信用体系打通，构建围绕信用的出行服务生态，通过信用增值服务权益激励用户日常交通出行行为，提升出行服务体验的同时，进一步提高交通治理能力。
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4 效益分析
本系统以统一出行服务门户为公众提供一站式出行服务，整合交通相关信息数据，集约化接入共享，减少建设成本，以统一门户面向公众服务，可有效提高公众出行效率，提升出行满意度，进一步深化嘉兴服务型政府理念。同时以“无缝出行”实现公共交通出行等方式的引流，有效引导绿色出行，在增加公共交通运营企业盈利的同时，减少尾气排放，保障人民群众的身体健康。
通过出行服务系统的建设、落地与推广，可明显提升嘉兴市本级出行服务水平，为公众提供高质量、智能、便捷的出行服务体验，具有良好的社会效益。并且本系统在城市大数据中心的城市技术底座框架内，搭建出行服务专题库，关系型数据库，源数据库等，实现所有交通相关数据的有效整合，多系统接口动态数据的调用，优化了数据管理流程，提升了数据支撑能力，对嘉兴市政府数字化转型具有明显的推动作用。
5 结束语
未来出行服务系统全面融合嘉兴市交通出行数据资源，通过统一服务窗口为公众提供定制化出行服务，使用伴随式提醒、多元组合、按需规划等方式，满足公众出行诉求和引导绿色出行，同时，对嘉兴市深化服务型政府理念和政府数字化转型具有明显推动作用。系统的建设可大幅度提升出行服务水平，更大程度释放嘉兴市城市发展和交通基础设施建设的效果和效能，切实满足公众对高质量、智能、便捷的出行服务需求，在服务民生和可持续发展方面均具有一定的必要性。
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【通联编辑：谢媛媛】
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