城市公共交通操作系统的创新性

编者按：近日，由广东省智能交通协会、赛文交通网联合主办的第七届（2023）华南智能交通论坛在广州举办。在由广州市公共交通集团有限公司、广州市交通运输科技协同创新中心协办的“交通行业数字化转型论坛”上，广州交信投科技股份有限公司高级解决方案专家黄钦炎作了关于《城市公共交通操作系统构建及其创新应用》报告。

在交通强国、公共交通优先发展战略及新一代信息技术的多重驱动背景下，我国城市公共交通亟需开展数字化转型，进一步深化科技创新驱动。黄钦炎在关于城市公共交通操作系统构建及其创新应用报告中，首先介绍了我国首创性开展的围绕云、网、端三个环节的城市公共交通操作系统（UTOS）总体架构，接着分别从基础层、驱动层、核心库、平台层和应用层五个层面详细说明了城市公共交通系统的技术架构，并阐明城市公共交通操作系统的创新性、兼容性及可操作性、可拓展性在产业带动、数字化转型及智能化升级方面发挥的重要作用。

一、背景需求

交通强国、公共交通优先发展战略及新一代信息技术多重机遇叠加驱动智能公共交通从1.0、2.0时代，迈向3.0新时代。城市公共交通本身所处的道路交通环境是一个较为开放、动态且复杂的整体系统，其内部要素涉及人、车站、线、网各个层面，具有较强动态性，也涉及多种影响因素，在此复杂环境下，城市公共交通目前面临着转型需求和发展困境，包括现有运营管理效率、安全协同管控以及线网与运力的匹配等。

因此需要进一步开展数字化转型，深化科技创新驱动。在城市公共交通智能化发展历程中，如今在国家战略及新一代信息技术的多重驱动下，智能公共交通从1.0、2.0迈向了3.0的新时代。

在1.0中，逐步实现从人工化到电子化发展，构建了公共交通的信息基础设施，包括较实用的系统平台，但还是存在设备业务各管一块、数据相互割裂等现象；在2.0中，实现了从电子化到信息化的发展，集成了关联性较强的部分业务系统应用，如客流分析和车辆调度系统，但存在技术标准不统一、数据共享环境不足和分布式处理不强等情况，特别是在关键环节的国产化程度不高，在一些基础系统平台的自主创新不足；在3.0新时代，需要从更高维度构建更加开放、通用和集成的共性支撑平台，实现系统全要素的资源管理、程序控制、人机交互，支撑数字化运营管理服务，支持跨终端、跨系统、多主体和多城市应用，带动产业链迈向高度集成化、整体国产化及生态开放化。

二、总体思路

城市公共交通操作系统UTOS的架构主要围绕云、网、端三个环节。在操作系统架构网（网）方面，采用国产化基础环境以及“分布式、微服务、容器化”的技术架构；在操作系统节点端（端）方面，结合国产AI芯片的边缘云计算，搭建自主研发的视频结构化处理和多元数据联动研判算法，实现了多种终端数据的集成、预处理及信息通讯，支撑多元异构设备的协同运行和联动分析；在操作系统生态圈（云）方面，构建“即需即用、随需扩展”服务生态，提供通用应用拓展接口、丰富程序控制功能、良好人机交互体验，满足公共交通运营企业、公众用户、政府管理部门以及其他产业链主体等多用户、多场景应用服务需求。

三、技术架构

总体技术架构分成基础层、驱动层、核心库、平台层和应用层，通过五个层次信息交互以及程序控制，实现全要素、全链条的信息集成，构建集中建模、多处赋能的服务模式，支撑上层应用拓展及操作服务。

在基础层，实现了从人、车、线、场、站等公共交通全要素资源的动态监测和管理应用，包括站点、线路、长度、距离等要素信息的综合集成。

在驱动层，研发了一套高扩展性的分布式内核，支撑数据融合、业务协同及功能拓展。设计适配高性能国产AI处理芯片的分布式终端，融合快速协同分析，实现多元数据的高效融合处理，支撑特征关联分析研判、安全预警。

在核心库，建立数据体系，构建面向行业整体的数据脉络，形成“数据即连接”模式，通过数据治理和分析挖掘，服务于数据开发、运维、治理、应用和发现等环节的价值创造。

结合上层业务应用需求，搭建了数据模型分析平台，涵盖行业基础模型、业务算法，为企业运营、行业管理、公众服务提供灵活的模型、数据服务，如短时预测模型、智能排班模型等模型。

基于企业司机、车辆事件多源数据综合集成，结合交通主体的特征体系构建、动态提取与匹配分析，构建涉及人、车、路、事件等行业图谱，实现海量交通数据的快速检索和查询以及跨系统、跨业务的精准响应。

在所构建的图谱中，通过企业图谱可以找到相关人员，如某位驾驶人员所在的人员图谱关联其相应的驾驶车辆，再从驾驶车辆所在的车辆图谱，关联相关事件，可进一步支撑事故分析、从业人员信用分析以及驾驶行为分析等 。

四、应用服务

基于城市公共交通操作系统，构建了开放式、可操作和可拓展的应用服务模式和生态体系，其服务覆盖了生产运营、决策分析、安全管理、公共服务等领域。

城市公共交通操作系统广泛应用于运营管理各类关键场景领域，例如，在车辆的自动排发班方面，是一个较为复杂的技术与业务难题，结合客流大数据分析，综合考虑线路周转时间预测、发车时间间隔、营运工时和车辆充电等多种因素，通过仿真模拟以及持续性优化配置，输出最优排班方案。全面解构人、车、线、路等要素关系，实现自动化排班发班，在保障服务质量的前提下，提高企业经营效率，降低企业经营成本。

基于客流量分析、线路出行时空分析、运力与客流的匹配情况及出行特征分析等，辅助管理决策。例如，掌握不同区域站点及不同时段的客流分布，分析乘客的出行行为特征，为线网规划及运营调度提供支持。并围绕以公交为主体导向，开展畅行指数分析，基于公交畅行指数掌握公交的路况及其运行的实际畅通情况。

基于分布式内核的边缘云辅助驾驶，搭载核心库模型算法，支持车端安全监测预警应用，如路口加速行驶告警、疑似闯红/黄灯告警、斑马线未礼让行人告警、公交进站速度过高告警、车辆碰撞预警、车道偏离告警等风险防控。 

综上，城市公共交通操作系统通过了各项技术创新体系认证，实现自主创新，具备较好的兼容性及可拓展性，应用于多个大型城市，促进行业数字化转型、智能化升级。