中国智能公共交通系统框架与实施方案研究

200)年2月 交通运输系统 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 与信息 第 1期 中国智能公共交通系统框架与实施 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 研究 杨兆升 胡坚明 摘要: 先进的公共交通系统(APTS)是智能运输系统(ITS)的重要组成部分，本文的研究内容 是APTS在中国的应用与发展.本文在对比了世界各国智能公共交通系统研究现状的基础上， 提出了适合中国国情的智能公共交通系统的构成和实施框架，并给出了关键理论与技术问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的 解决方案. 关链词: 公共交通;智能调度;框架 中图分类号: U491.1 Research on the Architecture and Implementary Scheme of Intelligent Public Transportation System in China Yang Zhaosheng Hu Jianming Abstract: Advanced Public Transportation System (APTS) is an important component of Intelligent Transportation Systems (ITS), the research project mentioned in this paper is the application and development of APTS in China. Based on the summary of research actuality, this paper proposes the components and implementary architecture of intelligent public transportation system suitable for the situation of China. Furthermore, it discusses the solutions of some critical problems. Keywords: Public transportation; Intelligent dispatching: Architecture 1 引 言 据有关资料，我国目前的城市数量为666 个，其中特大城市32个，大城市43个，中等城市 192个，小城市400多个，城市化水平已经达到 3。%.在未来的十年内，随着小城镇建设的发 展，将有1.5亿至2亿农村人口转移城市，城市 人口将上升至6. 3亿，城市化水平将接近500a. 城市化进程的加快，必将造成城市居民出行量的 逐年递增，预计到201。年城市居民的交通总量 将达2500亿人次 然而，由于多种原因致使公 交车辆运营速度由每小时12-14公里下降至4 -10公里，新增的运力被运输效率下降抵消，公 交承担运量不断减退，居民出行方式逐年由公交 向自行车等个体交通方式转移，这无疑加剧了交 通的拥挤程度.同时，如何解决城市居民出行交 通需求的不断增加与公共交通发展相对滞后的 矛盾成为摆在我们面前的一项迫切任务.优先 发展城市公共交通，改善公交服务水平，吸引更 多乘客乘坐公交出行无疑是解决这一矛盾的首 选途径.我国各级政府都非常重视公交事业的 发展，对公交企业给予生定的财政补贴，鼓励运 用先进的科技手段改造传统的公交运营模式. 通过优先发展公共交通来解决大、中城市目前普 遍存在的交通拥挤、交通事故频繁和环境污染等 问题已成为一种共识，它是实现城市可持续发展 的一条必由之路. 2 智能公共交通系统研究现状比较 美国、日本、加章大、英国、法国、韩国等国家 都投人了较大的人力和物力从事智能公共交通 系统研究，在国际上处于领先地位，并已取得了 显著的成果. 自八十年代以来，许多国家公共交通部门开 始应用先进的信息与通信技术进行公交车辆定 收稿日期:2000-12-15 基金项目:国家自然科学蓦金资助项目(50078025) 杨兆升 教授，博士生导师r吉林省长春市斯大林大街114号,130025. Administrator 铅笔 ·40 。 交通运输系统工程与信息 2001年 2月 位、车辆监控、自动驾驶、计算机辅助调度及提供 各种公共交通信息以提高公交服务水平.美国 城市公共交通管理局(UMTA)已经启动了智能 公共交通系统项目"Advanced Public Transpor- tation冲stems (APTS)".经过现场试验， UMTA关于AP"r5的评价是:"APTS可以显著 提高公共交通服务水平，吸引更多乘客采用公交 和合伙乘车的出行模式，从而带来了减少交通拥 挤，空气污染和能源消耗等一系列社会效益代 根据1998年美国运输部的联邦公共交通管理局 (FTA)出版的"APTS发展现状”，美国的APTS 主要研究基于动态公共交通信息的实时调度理 论和实时信息发布理论，以及使用先进的电子、 通讯技术提高公交效率和服务水平的实施技术， 具体包括车队管理、出行者信息、电子收费和交 通需求管理等几方面的研究.其中车队管理主 要研究通信系统、地理信息系统、自动车辆定位 系统、自动乘客计数、公交运营软件和交通信号 优先.出行者信息主要研究出行前、在途信息服 务系统和多种出行方式接驳信息服务系统. 日本城市公共交通智能化的发展经历了3 个阶段:70年代末开始应用公共汽车定位系统 — 公共汽车接近显示系统;80年代初开始应 用公共交通运行管理系统，其中包括乘客自动统 计，运行监视和运行控制;进人90年代，由于机 动车数量的增长和严重交通拥挤的影响，要保持 正常的行车速度是十分困难的，由此引起的公共 交通的不便性和不可靠性导致乘客数量的急剧 减少.东京都交通局开发了城市公共交通综合 运输控制系统〔CTCS),旨在改进公共汽车服 务，重新赢得乘客.在CTCS中，公共交通运营 骨理系统是一个基本的框架，其目的是通过掌握 运行情况以及积累乘客数据实现精确平稳的公 共交通运营服务.它将运营中的公共汽车和控 制室之间建立信息交换，并利用诱导和双向通讯 的方法，将服务信息提供给公共汽车运营人员和 驾驶人员，同时这些信息也通过进站汽车指示系 统和公交与铁路接驳信息系统提供给乘客.公 共交通综合管理系统包括累积运营数据、乘客计 数、监视和控制公共汽车运营和乘客服务等功 能，其中乘客服务功能中包括进站汽车指示、信 息查询和公共交通与铁路接驳信息提示.公共 交通综合管理系统的硬件包括公交主控中心、区 域中心以及路边、车库和车载设备等. 欧洲许多国家同中国一样具有悠久的历史， 城市街道一般都比较狭窄.但是，它们通过实施 公交优先政策，设立公交专用道，为公交车提供 优先通行信号，布设智能公交监控与调度系统等 措施，提高公交车辆运行速度和公交服务质量以 吸引公众乘坐公交车出行，从而有效地缓解了城 市交通压力，解决了城市交通问题，并取得了明 显的社会经济效益，这些经验值得中国许多大中 城市借鉴. 与欧美国家相比，我国的公共交通事业发展 还比较落后.截止2000年，我国城市公交客车 的总保有量为23万辆，比1997年增长6.7万 辆，每千人拥有公交车。.7辆，距离发达国家每 8。。人拥有一辆公交车的水平还有一定差距，而 月公交智能化水平还较低，绝大部分是沿袭旧的 运营体制.但是，近几年，由于科学技术的进步 和政府对公交投人力度的加大，我国智能公共交 通系统已初现端倪.比如:上海的地铁安装了自 动检票系统，可实现乘客的自动计数，统计客流 变化情况.还有一些城市正在着手实施公交“一 卡通”，实现公交电子收费.杭州、上海、北京、大 连等几座大城市已在部分公交线路上建成了公 交车辆跟踪调度系统，并安装了电子站牌，车载 GPS定位设备，实现了对车辆的实时跟踪和定 位、公交车与调度室的双向通讯、以及屯子站牌 上实刚显示下班车位置信息等功能.由于上述 功能，使得调度过程有据可依，并实现了计算机 辅助管理，节约了劳动力，减轻了劳动负担，同 时，提高了车辆运行正点率和服务水平，吸引了 大量客流 这些系统虽然使得中国迈人了公交 智能化时代，但由于它们缺乏对许多基础理论的 深人研究，一般没有将动态交通状态信息与车辆 定位信息有效融合，而且某些系统的开发和研制 又缺乏交通领域专家的直接参与，使目前的系统 具有以下缺陷:① 不是以公交线网优化为基础， 致使调度效果欠佳;② 大多数系统线路与线路 间缺乏联系，未能实现网络上的整体协调调度; ③ 缺少信息服务系统，使系统智能化程度大大 降低;④ 由于站点间运行时间单纯由距离比车 辆运行速度求得，没有先进的算法作保证，致使 在电子站牌L显示的下班车到达时间不准确. 3 智能公共交通系统的构成 智能公共交通系统是在对公交系统优化的 Administrator 铅笔 Administrator 铅笔 第 1期 中国智能公共交通系统框架与实施方案研究 .41· 基础上，运用系统工程理论将交通流诱导技术、 差分GPS定位技术、GIs及地图匹配技术、公交 运营优化与评价技术、计算机网络技术、数据库 技术、通信技术、电子技术、智能卡技术等先进技 术科学集成，形成集智能化调度、公交电子收费、 信息服务、网络通信于一体的先进的公共交通管 理系统.智能公共交通系统可以具体描述为:采 用全球定位系统(GPS)进行数据采集，结合公交 出行调查，以地理信息系统(GIs)为操作平台，在 对公交线网布局、线路公交方式配置、站点布置、 发车间隔确定、票价的制定等进行优化和设计的 基础上，实现公交车辆的自动调度和指挥，保证车 辆的准点运行，并使出行者能够通过电子站牌了 解车辆的到达时刻，从而节约乘客的出行时间. 同时，公交出行者可以通过媒体(如:可变信息牌、 信息台、电话、互联网等)方便地获得公交信息(Q口: 出行线路、换乘点、票价、车型等)，使更多出行者采 用公交出行方式.最后，对智能公交系统的社会效 益、经济效益和服务水平进行评价，因此，可将智 能公共交通系统分解为以下四个子系统 1)智能公共交通优化与设计子系统，该子 系统是对公交线网布局、线路公交方式配置、站 点布置、发车间隔确定、票价的制定等进行优化 和设计，从 规划 污水管网监理规划下载职业规划大学生职业规划个人职业规划职业规划论文 方面提高公交服务水平. 2)智能公共交通调度子系统.该子系统由调 度中心、车载设备、电子站牌等几部分组成，其主要 功能是实现公交车辆的白动调度和指挥，保证车辆 的准点运行，并使出行者能够通过电子站牌了解车 辆的到达时刻，从而节约出行者的等车时间 3)智能公共交通信息服务子系统.该子系 统通过媒体(If口:可变信息牌、信息台、互联网等) 将公交信息(AQ出行线路、换乘点、票价、车型 等)发布出去，使公交出行者可以方便地获得这 些信息，从而吸引公交出行. 4)智能公共交通评价子系统.该子系统通 过建立一套科学的评价公交系统的指标体系对 智能公交系统实施前后的经济效益、社会效益和 服务水平等方面进行评价 智能公共交通系统的组成如图1所示: 4 智能公共交通系统实施框架 智能公共交通系统以调度系统为核心，智 能公共交通调度系统实行公交调度中心、分调度 中心和公交车队三级管理.公交调度中心与分 调度中心之间用DDN专线相连，以满足二者快 速准确交换信息的需要.公交调度中心主要实 现车辆监控与大屏幕显示、公交运营管理、与分 调度中心间协调调度车辆、公交信息采集与发布 和公交线网规划与评价等功能.分调度中心负 责所管辖的各线路营运车辆的调度及与附近的 机场、火车站、港口相联系，相互传递静态信息 (如发车时刻表)和动态信息(如:客流信息、到达 时刻信息)等 公交车辆内安装有GPS接收设 备和双向通讯设备，能够实现车辆自动定位，并 图1 智能公共交通系统的组成 .42. 交通运输系统工程与信息 2007年 2月 将定位信息发送给分调度中心，使其能够实时监 测车辆的运行状况，并向车辆发布加速、减速、越 站、跨线、折返等指令.当车辆在行驶过程中遇 到交通阻塞、交通事故、或者在车内发生抢劫、火 灾、乘客纠纷、故障、拥挤等紧急情况时，司乘人 员可通过车载设备土的相应按键向分调度中心 发出路阻、事故、故障、拥挤、纠纷、救助等短信 息 分调度中心接收到信息后，及时与公交调度 中心取得联系，并与紧急救援中心、交通管理与 控制中心相配合完成事故处理、人员救助、疏散 交通等任务.同时，依据当前的客流信息、交通 流员、占有率等数据合理调度车辆.公交车辆内 还可设有电子收费、乘客计数、电子公告板等装 置，实现乘车服务的自动化和信息化，也便于公 交公司统计客流情况，为线网规划与行车时刻表 的编制提供可靠数据.另外 公交调度中心还能 够根据交通管理与控制中心提供的实时交通数 据，信号配时方案，预测车辆在站点间的行程时 间，并将相关信息显示在电子站牌卜. 智能公共交通信息服务子系统则通过多种媒 体向出行者提供出行前和在途公共交通信息.乘 客可通过安装在车内的电子收费装置使用IC卜付 费.根据上面对智能公共交通系统的介绍，本文构 造了智能公共交通系统的实施框架，如图2所示: 5 关键理论与技术问题及解决方案 为使上面构造的智能公共交通系统得以有 效实施，需着重解决如下关键理论与技术问题: 1)数据采集与处理技术.实施智能公共交 通系统需要用到大量静态和动态交通数据，静态 数据如:公交站点间距，居民出行0-D量，居民 收人水平等.动态数据如;全球卫星定位系统 ((;P5)定位数据、地理信息系统(G IS)中电子地 图卜的矢量数据、客流量、动态交通数据、站点问 行程时间数据、公交车发车间隔等等 我们需要 借助先进的数据融合技术将这些数据有效融合， 由于涉及到的数据源多、数据量巨大，因而这项 技术也是国际上公认的智能运输系统研究的难 点问题. 2)智能公共交通优化理论与方法.主要是 在地理信息系统操作平台上，结合城市总体规划 和城市交通规划，利用已有的城市交通调查数据 和补充调查的公交出行数据，分别对不同的公交 方式在不同价格水平下和不同的居民收人水平 下的居民出行需求进行预测，在此基础上，对公 交线网、线路公交方式配置、站点布置、发车间隔 图2 智能公共交通系统实施框架 第 1期 中国智能公共交通系统框架与实施方案研究 ·43· 确定、票价等进行优化，并对城市公交线网、站 点、发车间隔进行设计，从规划方面提高公交服 务水平.由于公交线网结构复杂，所以建立的优 化模型中变量数目多，并且多数公交优化问题可 归结为NP hard一问题，利用传统的优化方法 (如:数学规划方法)TR难求解.而近年来出现的 模拟生物进化的遗传算法、蚂蚁算法对于求解此 类问题具有得天独厚的优势，可以利用这些方法 求解公共交通优化问题. s)种能公共交通调度系统理论与技术.山 于GPS定位技术已基本成熟，差分定位精度可 以保证在Stn以内，完全可以满足智能公共交通 调度对定位精度的要求，而且随着电子技术和通 信技术的发展，公交车辆与分调度中心双向通信 的可靠性也是可以保证的.要解决的关键问题 就是如何进行区间车、快车、跨线车、紧急情况车 辆的实时调度 此问题实质上是一个模式识别问 题.一定的交通状态(由客流量、车辆运行状况、 交通流量.紧急事件等因素组成)对应一种特定的 调度方案(一种模式夕 我们可以通过交通调查和 专家问卷的方法找出当前交通状态和调度方案之 间的关系，利用神经网络进行训练后，输人一定的 交通状态，系统便可以自动地给出一种调度方案， 4)智能公共交通信息服务实现方法.在智 能公共交通信息服务子系统中，最难解决的就是 如何向出行者动态地提供出行前和在途公交路 径诱导信息.这实际上是研究智能公共交通系 统与先进的出行者信息系统(ATIS)的信息共享 与接口问题.我们需要建立大型的网络数据库 和快速的查询系统，并设计基于人工智能的路径 选择算法以保证查询时间短、结果准确 5)智能公共交通评价方法 由于智能公共 交通系统在我国还没有大范围实施，所积累的原 始数据较少，因而很难对其实施后的效果作定量 评价.我们可以采取计算机模拟的方法对比智 能公共交通系统实施前后乘客平均等车时间、车 内时间，以及车辆准点率的变化情况，从而从定 量的角度作出科学评价. 6 结 论 智能公共交通系统在巾国大中城市得以广 泛实施是历史发展的必然.本文在综述国内外 智能公共交通系统研究现状的基础上， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 了我 国目前实施的智能公共交通系统存在的不足，并 结合中国国情提出了中国智能公共交通系统的构 成和实施框架，强调指出了智能公共交通调度系 统的重要作用并对其进行了详细的描述.文章最 后列举了实施智能公共交通系统所必须解决的关 键理论与实施技术问题，并给出了解决方案. 参考文献 Intelligent Transportation Society of America, Access ITS America[M] 杨兆升一城市交通流诱导系统理论与模型[M]. 北京 人民交通出版社 2000,1" Department U S of Transportation. FTA仁MI. Advanced Public Transportation Systems; The State of the Art Updeted'98, 1998. 陆化普.日本智能公共交通系统的开发应用现状 与展望[J〕.国外城市规划,1999,(1):5~8· 张国伍.北京市公共交通智能化调度管理系统的 建设与开发〔J7.北方交通大学学报,1999,23(5) 1~ 6. ? ? ? ? ? ? ? Administrator 铅笔 Administrator 铅笔