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中国智能公共交通系统框架与实施方案研究

  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:采用全球不定位系统(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(如: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(如:可变信息牌、信息台、互联网等)将公交信息(如: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、公调度中心和公交车队三级管理。公交调度中心与公调度中心之间用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上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有为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、交通流量、占有率等数据合理调度车辆。公交车辆内还可没有电子收费、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上。

    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卡付费。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。

 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O-D量,居民收入水平等。动态数据如:全球卫星定位系统(GPS)定位数据、客流量、动态交通数据、站点间行程时间数据、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入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-问题,利用传统的优化方法(如:数学规划方法)很难求解。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,可以利用这些方法救 解公共交通优化问题。
   
    ③智能公共交通调度系统理论与技术。由于GPS定位技术已基本成熟,差分定位精度可以保斑点在5m以内,完全可以满足智能公共交通对定位精度的要求,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)。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。
   
    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反正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了科学评价。

 
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