PRT交通系統的應用及發展
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摘 要：PRT系統作為現代交通新技術，擁有諸多其它交通系統不具備的優勢，比如乘坐舒適、搭乘便捷、大運送能力、較低建設成本、較低運營成本等。文章結合PRT系統現階段的技術能力和特點，多方面分析可得它尤其適合作為機場片區的客運交通。隨著PRT技術的發展，特別是自動駕駛技術的發展，PRT系統還將有更為廣闊的應用空間，甚至在不久的將來成為人們新的出行方式。
關鍵詞：PRT系統;機場;交通;自動駕駛
中圖分類號：U461.99 文獻標識碼：A 文章編號：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
人類發明汽車后的短短30多年時間，便有人提出并嘗試了自動駕駛汽車，當時的所謂自動駕駛是一個無線電遙控駕駛汽車。1939年，通用公司又率先提出了未來城市計劃：在城市里，汽車使用無線電遙控。雖然計劃是失敗了，但是這個方向當時十分火熱。如今，我們談論的港口自動駕駛和當時通用公司的未來城市計劃有很大的相似之處，都是在駕駛上弱化人的功能。真正和現代的無人駕駛定義類似的是1969年，人工智能之父約翰.麥卡錫寫了一篇類似電腦加速汽車的文章，這個設想與現代的智能汽車很相似。上個世紀70年代，美國、德國等汽車發達國家率先開始現代智能汽車的研究，自動駕駛的級別分為6個等級，分別是No Automation（無自動化）、Driver Assistance（駕駛員輔助）、Partial Automation（部分自動化）、Conditional Automation（有條件自動駕駛）、High Automation（高度自動駕駛）、Full Automation（完全自動駕駛）。近半個世紀的發展，只有極少部分汽車企業的量產車自動駕駛技術發展到了Conditional Automation（有條件自動駕駛）等級，多方面的技術瓶頸有待突破，離人們期望中的全路況自動駕駛時代，還有較長的路要走。
盡快如此，現階段的自動駕駛技術，依然可以在特定的情境下，為人類提供力所能及的服務。PRT（Personal Rapid Transit）系統便是如此一個在特定情境下的自動駕駛系統應用。PRT，即個人快速公交（見圖1），是一種采用具有自導向功能的小型車輛（通常乘員為1～6 人），沿著專用的軌道運行，自動無人駕駛的新型軌道交通系統。PRT系統既有軌道交通的方便、快捷、舒適和安全，又能像出租車一樣實現可靠的門到門服務。PRT 概念起源于1900年之前，現代PRT的研究始于1953 年，1964 年，Fichter對PRT 的技術及應用前景進行了充分論述和詳盡解釋，極大地推動了PRT 技術和系統規劃研究。1970年至1980 年間，德國、英國、日本、法國、瑞典以及加拿大等都開展過PRT系統的研究，然而由于技術、經濟、政策等原因，多數未能持續進行下去。到1990年左右，堅持發展并在技術上逐漸成熟的PRT系統僅有美國的PRT2000、英國的ULTra等[1]。PRT與傳統的軌道交通有很大的不同。通常情況下，當你上地鐵或輕軌時，你會進入一輛有很多人的大車，然后在線路上的每一站都停下來（除了一些快車停得不太頻繁的情況，比如在紐約）。有了PRT，你就可以坐上一輛小車，它只會去你的目的地，它不會停在其他任何地方。
當然，現階段PRT的局限性也比較明顯，它需要有專用路權，類似一個虛擬的軌道，顯然目前還無法滿足城市里的每個角落。而現如今的自動駕駛技術，正好能夠在PRT里充分發揮自身已有的能力。由于專用路權的要求，雖不會對現有交通系統造成影響[2，3]，同時也注定現階段的PRT只能在一個特定范圍的區域里運行，比如機場、風景區、游樂園、工業園區等等。特別是大型樞紐機場，常年人流量大、人流頻繁，尤其適合PRT項目，本文對PRT項目在機場的優勢進行深入分析。
1 大型樞紐機場地面交通現狀
1.1 國內大型樞紐機場地面交通現狀
根據中國民航數據總局統計，2018年大陸地區機場按旅客吞吐量數據統計排名前五的分別是北京首都國際機場、上海浦東國際機場、廣州白云國際機場、成都雙流國際機場、深圳寶安國際機場。
北京首都國際機場建有Automated People Mover syste -ms（旅客自動捷運系統），簡稱APM系統。北京首都國際機場3號航站樓南北兩座建筑（T3C和T3E）由于距離過長，兩座樓之間會建造旅客捷運系統以方便乘客。旅客捷運系統（APM）是一套無人駕駛的全自動旅客運輸系統，APM 系統通常采用中、大型軌道車輛，單車載客量可達100人以上，但多數乘客是站席，乘坐舒適度較差。且APM的建設成本通常高達2.5-3億人民幣/km，年度運行和維護費用也高達千萬人民幣[1]。 上海浦東國際機場三期工程將采用“航站樓衛星廳”的運營模式。其中，浦東機場捷運系統工程是實現這一運營模式的關鍵。該工程將連接3個航站樓（預留1個）、2個衛星廳，成為浦東機場發揮整體功能的核心、服務乘客的紐帶。據悉，該工程計劃于2019年6月通車運營。屆時，乘客安檢后可直接乘坐捷運系統到達衛星廳，從安檢口出發，最快四分鐘即可到達登機口。由于APM系統核心技術國產化程度不高，運維成本高，保障能力較低，上海市政總院首次提出將技術成熟、應用廣泛的鋼輪鋼軌制式地鐵A型車，即市民熟悉的軌道交通各條線路，應用在浦東機場旅客捷運系統上。與普通地鐵不同的是，車站建筑完全實現與航站樓、衛星廳有機融合，乘客下了捷運便能直接到達登機口，無須再安檢，實現了空間集約、管理高效、功能無縫銜接。但是，此方案僅僅算是改良版的地鐵。
1.2 國際大型樞紐機場地面交通現狀
目前國際大型樞紐機場中，英國倫敦的希思羅機場于2011年率先投入使用PRT系統，在距離T5航站樓近2公里處有一個超大型的停車場，該PRT系統的任務是接送往返于T5航站樓和遠端大型停車場之間的旅客，每天的載客量上萬[4]。駕駛私家車到達希思羅機場的旅客，無需排隊和等待，直接搭乘一輛PRT自動駕駛小車（單車可搭乘4-6名乘客），在車內輸入目的地，即可自動直達指定位置，全程快捷而且舒適。
2 PRT在機場交通的優勢
2.1 良好的乘坐舒適性
無論是機場地鐵還是機場擺渡車，往往都是十分擁擠，特別是對于拖著大包小包行李的旅客來說，實在難言舒適。PRT小車的載客量是5人左右，無站位，很少甚至無需和陌生人共享，車內寬敞舒適。乘客上車后，在車內顯示屏上輸入目的地，即可安心休息。
2.2 搭乘的便捷性
旅客駕乘私家車到達機場遠端的大型停車場后，即可在停車場的PRT站點（見圖2、3）無縫銜接換乘PRT小車，無需排隊和等待，就像一輛隨時等候的私人專車。英國希思羅國際機場PRT系統的最小行車時距是6s，即每6s就能發送一輛PRT小車。
2.3 較大的運送能力
相對于APM和其它公共交通來說，PRT的單車容量顯然是最低的，但是運送能力的大小不僅僅是取決于單車容量的大小，另兩個影響運送能力大小的關鍵指標是車輛數和行車時距，PRT每6S一臺的高頻發車率，彌補了它單車容量低的缺點。
以國內某國際機場為例估算（見表1），該機場的PRT項目計劃在長達4公里的線路上，第一階段運行22輛左右的PRT小車（備檢10%，實際運行20輛），設計最小行車時距6S，設計車速40km/h，單車最大乘坐人數4人，每車每小時運客8次（單向運行8次），每日最大運營時長16小時，全年運輸約3500000人次。
2.4 較低的建設成本
PRT建設成本主要用于專用道路建設、車輛采購、其它相關配套設備采購。其中，專用道路建設成本約為6000萬人民幣/公里，車輛采購成本約為150萬/輛，其它相關設備包括控制系統、通信系統、自動售檢票系統、車輛安全自動防護系統（AVP）、充電系統、屏蔽門系統、維護設施與設備、質保期內備品配件、易損件/消耗性材料、專用工具等，成本約為1億。因此，一條路線長度約為4km的PRT項目總投入約為3.7億。
以北京首都國際機場為代表的APM項目為例分析，該項目建設成本約為3億人民幣/公里，一條路線長度約為3km的APM項目總投入約為10億人民幣左右，遠遠高于PRT項目的建設成本。
2.5 合理的運營成本
英國伯明翰國際機場APM系統的年度運行和維護費用為870萬人民幣，日本成田國際機場達到930萬人民幣，每名乘客的運營成本約為7元。而PRT系統有著更高的服務標準和更復雜的控制管理系統，運營成本僅僅略高于APM系統，大約是每名乘客8.5元。
3 PRT系統的現狀
PRT自身的特點和優越性，使其可以不僅僅局限于機場使用，還可以用于校園、景區。目前，全球已經開通運營的PRT項目有4個，分別是阿聯酋阿布扎比馬斯達爾城、英國倫敦希斯羅機場、韓國順天市;有包括成都天府國際機場在內的十余個項目在建;以ULTRA為代表的數十家科技公司在積極研發最新技術。
但是最初一代PRT技術并不成熟，主要原因在于：（1）無人駕駛技術不成熟，沒有先進的傳感器、沒有大數據支持、沒有人工智能的決策算法、沒有產業鏈大規模的投入;（2）車輛通訊技術不成熟，早期項目依賴有線傳輸，固定閉塞區間，無線通信延時較高，信號不穩定;（3）探索階段定位不清晰。
新一代PRT技術已經實現了能力質的提升。采用高效率的中央控制技術和車輛自主決策技術相結合，大幅提升系統控制容量;縮短發車間隔，同一線路的車輛采用虛擬列車，大幅提升單線運輸能力;增加車輛部署，增加網絡密度、降低等待時間，減少步行距離。
4 新一代PRT的系統構成
4.1 地面道路和橋梁
鋼結構輕質化橋梁，采用上下雙層設計或平面雙向車道設計，路面鋪裝鋼板路面寬度2-3米（見圖4和表2），上層澆筑塑膠材料，性能接近瀝青路面，但更加平整耐磨。
4.2 車輛設計
分為2座小型車和4座車，車長2米-5米，車輛運行時速最高可達100km/h，最大爬坡16度，車輛針對專有路權無人駕駛路況，采取輕量化設計，在現有的車型基礎上進行車架和懸掛去冗余，加裝毫米波雷達、V2X、高精地圖定位、5G通信設施。采用新能源供電（鋰電池和超級電容），以沿線?？砍潆姙橹鳌?
4.3 中央控制系統
采用虛擬列車技術，在主干道上車輛進行自我編隊行駛，可達30輛車一編隊，編隊和編隊之間預留4-6秒安全距離。采用車輛編隊模式可以大幅降低中央調度系統控制難度，實現高效率的通行，車輛主干道最高可達1萬-2萬人/小時通行量。
4.4 道岔
采取無道岔設計（見圖5），車輛自主轉向+導向輪輔助轉向的雙重安全保障措施。
5 結論與展望
對于機場的場內交通，PRT系統無疑是一個合適的選擇。相對其它交通方式，建設成本大幅降低的同時，還明顯提高了旅客的搭乘便捷性和乘坐舒適體驗感。在不久的將來，隨著PRT系統技術的進一步發展，它還將有更為廣闊的應用前景，除了連接各航站樓和私家車停車場，甚至通過PRT系統，連接機場附近所有相關配套點，比如酒店、公交站、地鐵站、美食街、購物城等等。如此一來，機場片區智能交通將構建成網，旅客可以隨時搭乘舒適的自動駕駛小車穿梭于機場大片區。
當然，PRT交通系統不僅僅是適用于機場片區的應用，在技術更將成熟的不久的將來，PRT還將應用于景點、校園、社區、工業園區等。甚至可以展望，當自動駕駛技術高度成熟的未來，PRT系統甚至可能成為城市新的公共交通，一種兼顧了私家車隱私性和現有公交系統便捷、經濟、安全等特征的出行交通。
參考文獻
[1] 張仟.PRT系統應用于樞紐機場地面交通的可行性研究[J].現代城市軌道交通，2019（1）：61-64.
[2] 王春.PRT交通系統在我國城市中的應用研究[D].北方工業大學，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.懸掛式PRT車輛結構設計及動力學研究[D].成都：西南交通大學，2018：4-5.
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