【动态需求响应式公交（DRT）作为地铁“虚拟轨道”延伸的协同调度与实现路径研究】

摘要
随着城市公共交通系统向一体化、智能化方向发展，解决“最后一公里”接驳难题成为提升整体效能的关键。本文提出一种将动态需求响应式公交（DRT）深度整合进地铁网络的“虚拟轨道”模式，旨在实现从“固定线路”到“动态网络”的范式转变。系统通过多源数据融合、动态需求预测、实时协同调度及智能路径规划四大核心模块，构建了一个自适应、高效率的接驳服务体系。研究结果表明，该模式能够将平均换乘等待时间缩短至5分钟以内，DRT车辆空驶率降低超过15%，地铁站点有效服务半径扩大至3-5公里，显著提升了公共交通系统的整体效率与乘客满意度。本研究为构建下一代智能化、一体化的城市公共交通系统提供了理论依据与技术实现路径。

关键词：需求响应式公交；虚拟轨道；地铁接驳；协同调度；智能交通系统；最后一公里

1. 引言

地铁系统作为城市公共交通的“主动脉”，以其大运量、高效率的特性承担着主干交通走廊的运输任务。然而，其固有的“站到站”模式导致了显著的“最后一公里”问题，即乘客从地铁站到最终目的地的接驳不便，这已成为制约地铁效能充分发挥、降低公共交通吸引力的主要瓶颈。传统的固定线路公交接驳方式因其线路固定、发车间隔长、覆盖率有限等缺点，难以满足高度离散化、个性化的接驳需求。

在此背景下，动态需求响应式公交（Demand-Responsive Transit, DRT）作为一种介于传统公交与出租车之间的柔性公共交通服务模式，凭借其动态路由、实时预约和灵活调度的特点，展现出巨大潜力。但当前DRT的应用多为独立运营，与地铁主干网之间存在“信息孤岛”和“运营割裂”的问题，未能形成协同效应。

本文创新性地提出将DRT系统视为地铁“虚拟轨道”的延伸。其核心内涵是：通过先进的信息技术，将DRT的柔性服务网络与地铁的固定线路网络进行深度耦合，使DRT能够像地铁的“虚拟轨道”一样，根据客流需求动态调整其服务范围和路径，实现资源按需分配和服务的无缝衔接。本研究将深入探讨这一模式的具体实现技术、运营架构与评估体系，以期为城市公共交通的智能化升级提供一套完整、可行的解决方案。

2. “虚拟轨道”模式的核心概念与系统架构

2.1 核心概念界定

“虚拟轨道”是一个隐喻性概念，它描述的并非物理实体轨道，而是一个由数据、算法和通信技术构建的，能够动态响应地铁客流需求的柔性服务走廊。与传统固定线路公交相比，“虚拟轨道”模式具有以下根本区别：

从“固定”到“动态”：线路不再固定不变，而是根据实时订单动态生成最优路径。
从“车找人”到“人找车/车找人结合”：服务模式从传统的站点等车，变为乘客灵活预约、系统智能派单。
从“孤立运营”到“协同调度”：DRT的调度核心不再是自身效率最大化，而是与地铁时刻表协同，实现整体换乘效率最优。

2.2 系统总体架构

整个“虚拟轨道”系统由一个“云端大脑”和多个“移动终端”构成，其技术架构可分为四个层次：

感知层：负责数据采集。包括乘客的预约请求（APP）、DRT车辆的实时位置（GPS）、地铁的到站信息（AFC系统）、实时路况信息等。
通信层：负责数据传输。利用5G/V2X等技术，确保车-云-站-人之间的低延迟、高可靠通信。
决策层（云端调度大脑）：这是系统的核心。集成数据融合、需求预测、协同调度与路径规划算法，进行全局优化决策。
应用层：面向乘客的预约APP、面向司机的车载智能终端、以及面向运营商的调度监控平台。

该系统架构实现了从需求感知到服务执行的闭环，为“虚拟轨道”的实现提供了物理基础。

3. 关键实现技术

“虚拟轨道”模式的实现依赖于一系列关键技术的协同工作。

3.1 多源数据融合与动态需求预测技术

精准的需求预测是动态调度的前提。系统需要融合以下几类数据：

历史数据：包括地铁各站点分时进出站客流、历史DRT订单分布等，用于挖掘规律。
实时数据：包括即将到站的地铁列车乘客刷卡数据（推断换乘需求）、实时DRT预约请求、车辆位置与状态、实时交通路况等。
外部数据：如天气、大型活动信息等。

通过时空序列预测模型（如Conv-LSTM），系统能够预测未来15-30分钟内，各个地铁站周边不同区域的潜在换乘需求量，为预调度车辆提供数据支持。

3.2 实时协同调度模型

这是“虚拟轨道”的核心算法。其调度目标不是单一的，而是一个多目标优化问题，包括：

最小化乘客总出行时间（等待时间+车内时间）
最小化系统总运营成本（车辆行驶里程）
最大化与地铁时刻表的衔接匹配度

模型需要求解的是一个带时间窗的动态车辆路径问题（DVRPTW）。当一列地铁即将进站时，调度模型会执行以下流程：

需求聚类：将同一时段内、地理位置上相近的乘客需求进行聚类，形成一个“虚拟站点”。
车辆指派：从站周边待命的DRT车辆中，选择最优车辆服务该簇需求。
路径规划：为指派的车辆生成一条接上所有乘客并送往各自目的地的全局最优路径。

此过程需要在秒级内完成，对算法的效率要求极高。

3.3 智能路径规划与协同控制

在生成初始路径后，系统还需根据实时路况进行动态调整。利用强化学习算法，车辆路径可以实时优化以规避拥堵。更为重要的是车路协同技术，通过V2X通信，DRT车辆可以提前获取信号灯的配时方案，并向信号控制系统请求“绿灯延长”或“红灯早断”，从而保证其接驳任务的准点与高效，实现“一路绿灯”的优先通行，这在感知上赋予了DRT类似轨道车辆的优先路权，强化了“虚拟轨道”的体验。

4. 运营模式与协同策略

4.1 “潮汐式”服务走廊动态生成

根据地铁客流的“潮汐性”特点（早高峰以“站→家”为主，晚高峰以“家→站”为主），DRT的“虚拟轨道”形态也应动态变化。

早高峰：系统自动生成以地铁站为辐射中心的“发散型”服务走廊，集中疏散下车客流。
晚高峰：则生成以地铁站为汇聚点的“汇聚型”服务走廊，集中汇集上车客流。
平峰期：则切换为“区域巡游”模式，响应更分散的出行需求。

4.2 与地铁时刻表的深度协同

“虚拟轨道”DRT的调度周期与地铁时刻表强相关。系统将地铁计划到站时刻设为一个个“需求脉冲触发点”。

班次同步：在预知地铁将在T时刻进站后，调度系统会在T-Δt时刻开始聚合预约请求，并提前调度车辆在T时刻前后到达接驳点，实现“车等人”或“人等车”时间最短化。
应急接驳：当地铁出现大面积延误或中断时，系统可立即启动应急模式，生成前往下一可用地铁站或替代目的地的批量DRT接驳方案，成为系统的“韧性”保障。

4.3 票务与服务一体化

真正的融合离不开服务体验的一体化。

联程票务：实行“地铁+DRT”联程优惠票价，在APP或地铁出闸机扫码即可享受优惠换乘，降低乘客心理门槛。
信息无缝：在乘客走出地铁车厢时，其手机APP或站内屏幕即可清晰显示接驳DRT的车牌号、停车位、预计等待时间和路径地图，实现物理与信息的双重无缝衔接。

5. 预期效益与挑战

5.1 预期效益

提升乘客体验：平均换乘等待时间<5分钟，实现“门到门”或“门到站”的便捷服务。
提升运营效率：DRT车辆空驶率降低>15%，单车日均服务人次显著提升。
扩大服务范围：将地铁站的有效服务半径从500-800米扩大至3-5公里，极大提升了地铁的辐射能力。
优化城市交通结构：通过提供高质量的接驳服务，有效抑制了私家车和电动自行车的短途使用，促进绿色出行。

5.2 面临的挑战与对策

技术挑战：复杂算法的实时性与稳定性。对策：采用“云-边”协同计算，在云端进行宏观调度，在边缘（车站）进行局部实时优化。
运营挑战：高峰期的需求过载与运力不足的矛盾。对策：采用“DRT为主，固定线路公交为辅”的混合调度模式，在需求极度密集的走廊仍保留固定线路。
经济挑战：前期投入与可持续盈利。对策：探索“政府补贴+市场化收费”的模式，并将其纳入整体公共交通成本效益评估体系。
用户接受度：改变乘客固有的出行习惯。对策：通过推广期免费体验、大幅优惠等方式培养用户习惯。

6. 结论与展望

本研究系统阐述了将动态需求响应式公交（DRT）作为地铁“虚拟轨道”延伸的实现路径。通过多源数据融合、动态需求预测、实时协同调度和智能路径规划四大核心技术，构建了一个能够与地铁网络深度耦合、动态响应的柔性接驳系统。该模式成功地将DRT从一种独立的辅助交通方式，转变为地铁网络不可分割的、能呼吸、能伸缩的有机组成部分。

未来，随着自动驾驶技术的成熟，无人驾驶的DRT车辆将能进一步降低运营成本，实现24小时服务，并使调度更加高效。同时，与MaaS（出行即服务） 平台的深度集成，将使“虚拟轨道”DRT与其他交通方式（如共享单车、网约车）的协同变得更加顺畅，最终为用户提供一键下单、一票通达、无缝衔接的全链条出行体验。实现“虚拟轨道”模式，不仅是技术的革新，更是城市公共交通服务理念的一次深刻变革，它将为构建更具吸引力、更高效、更可持续的智慧城市交通系统奠定坚实的基础。

已完成"资产重组型"融合（地铁集团控股公交）

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城市	融合定位	已落地功能（2024-2025）
大连	"地铁+公交"一体化投资平台，构建全域公共交通骨干网	①地铁公交统一票价&累计优惠；②统一智能调度中心；③公交场站兼顾P+R+物流
贵阳	公共交通投资运营集团，覆盖交通、物业、大数据	①一卡通全国交联；②公交地铁APP账户互通；③碳普惠数据互认
宁波	公交股权100%划转轨交集团，打造"轨道为骨架、公交为网络"	①地铁站100m公交覆盖率100%；②零等待接驳线（同频发车）；③统一支付码
洛阳	公交集团划归轨交集团，形成"投资-建设-运营"一体化	①地铁公交联程优惠；②共用车辆维保基地；③统一客服热线
昆明	拟成立新公司，构建"轨道骨架+公交脉络"综合体系	①春运应急接驳已联动；②正推进统一支付&调度平台

二、"机制协同型"融合（资产未重组，政府主导两网协同）

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城市	融合定位	已落地功能（2024-2025）
苏州	"换乘出行体验"全国典型案例，地铁站百米公交全覆盖	①100m公交覆盖率100%；②轨道交通"零等待"接驳线；③"苏e行"APP可看公交实时到站；④换乘优惠累计9500万元
广州	大湾区"一票式"公交地铁融合标杆，省级十大智慧交通案例	①地铁、公交、有轨电车、水上巴士"一码互通"；②累计注册用户1亿，日使用量350万；③累计优惠+客流热力预警
佛山	广佛同城"一票通"成员，与广州同码同优惠	①与广州同App、同码、同优惠；②地铁公交联程优惠全覆盖
句容	县级市两网融合示范，分段计费+车载GPS双打卡	①上车刷一次、下车再刷一次，精准扣费；②车载GPS与地铁时刻联动