1、改進型智能公共交通系統(tǒng)韓沛辰青島開發(fā)區(qū)第一中學摘要：改進型智能公共交通系統(tǒng)是在現(xiàn)有智能公交系統(tǒng)的基礎上，通過4G FDD-LTE網絡、通過手機信號自動統(tǒng)計客流量、云計算等手段，能夠實現(xiàn)對城市公交車輛的高效合理調度，提高車輛運行效率，降低客運企業(yè)成本，同時為廣大乘客提供便利。關鍵詞：智能交通；云計算；改進中圖分類號：U495 文獻標識碼：A引言隨著信息技術的發(fā)展，目前很多城市都安裝了智能公交調度系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)實現(xiàn)對車輛的有效管理和調度，同時為乘客提供有關車輛信息的及時服務。現(xiàn)有的系統(tǒng)一般以GPS和速度相對較慢的3G網絡作為傳輸信息的媒介，某些情況下會出現(xiàn)傳輸緩慢甚至失效的情況。車輛調度的重要參

2、考數據乘車人數、路況目前還需要依靠人工調查，缺乏實效性。而且，乘客獲取的信息單一，無法得到關于乘坐車輛的更多信息（例如人數），造成不便。改進型智能公共交通系統(tǒng)（以下簡稱“系統(tǒng)”）通過“乘客-車站-車輛-運管中心”的信息傳輸體系以及各客戶端系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對乘客以及公交車信息的全方面掌握。同時通過改進信息傳輸方式，可以做到信息實時反饋。全智能化的調度策略綜合了路況、人數、車輛周轉狀況等眾多因素，能夠實現(xiàn)即時車輛調度、管理。1 系統(tǒng)概述1.1 系統(tǒng)組成改進型智能公共交通調度系統(tǒng)由用戶端、車載端、站臺端以及運管中心端四部分構成。1.2 用戶端用戶端由乘客的智能手機以及內置APP構成，具有接收車輛位置、

3、人數信息以及發(fā)送人數反饋的功能。1.3 車載端車載端由安裝在公交車輛上的終端構成，包括監(jiān)控模塊、人員監(jiān)測模塊、車輛信息聯(lián)動模塊、信息傳輸模塊以及駕駛員反饋模塊。車載端是整套系統(tǒng)的主體。1.4 站臺端站臺端由公交候車亭內置的信號收發(fā)模塊以及電子站牌（LED顯示屏）構成。負責接收車輛以及乘客人數信息，同時兼有信號中轉的功能。1.5 運管中心端運管中心端是設置在客運企業(yè)的控制中心，由視頻監(jiān)控系統(tǒng)、車輛位置定位通信系統(tǒng)、運量統(tǒng)計系統(tǒng)以及自動化調度系統(tǒng)構成，是整套系統(tǒng)的核心部分。具有統(tǒng)攬系統(tǒng)運營的作用。1.6 系統(tǒng)組成圖示圖1-1 系統(tǒng)組成圖示2 系統(tǒng)功能介紹2.1 緒論在吸收已有的智能公交系統(tǒng)車輛實時

4、位置、車速、視頻監(jiān)控等功能的基礎上，本系統(tǒng)增加了人數統(tǒng)計、無線AP服務、車輛實時降耗、全自動化調度等功能。現(xiàn)列舉如下。2.2 用戶端功能介紹2.2.1 參與乘客人數反饋站臺、車輛通過對乘客手機信號強度與信號密度的探測估測人數。2.2.2 獲取車輛信息乘客通過下載安裝應用程序，可了解到公交車實時位置、公交車上人數、線路臨時調整情況等信息，同時通過程序內置的分析功能選擇最便捷出行路線。2.3 車載端功能介紹2.3.1 發(fā)送位置、人數等信息通過GPS信號以及移動網絡位置來確定位置信息，通過內置監(jiān)控模塊監(jiān)測車輛速度、人數等信息并將信息反饋到運管中心。駕駛員還可隨時反饋路況信息，以改進調度策略。2.3.

5、2 實時獲取調度信息運管中心通過向車載端發(fā)送調度數據，可實現(xiàn)零成本調度。同時運管中心可隨時連接到任一車載端，與駕駛員進行通話。2.3.3 利用信息優(yōu)化車輛運營通過對人數等信息的監(jiān)控可以控制車內設施的開閉，從而做到節(jié)能降耗。同時，通過對車輛運行數據的檢測，可以合理安排車輛調度、監(jiān)督駕駛員違章行為。2.3.4 為車內乘客提供無線網絡熱點(AP)服務系統(tǒng)內置無線網絡發(fā)射模塊，可以為車內提供無線網絡。2.4 站臺端功能介紹2.4.1 檢測人數通過安裝在站臺上的信號探測設備來估測乘車人數，同時反饋給途徑線路駕駛員。2.4.2 信號中繼接收附近公交車輛發(fā)送的數據信號，并通過無線發(fā)射（或者線纜連接）發(fā)送到更

6、高一級的信號發(fā)射塔，繼而將信息傳送到運管中心.2.4.3 顯示車輛信息、路線車站電子站牌實時反饋附近公交車輛位置以及乘坐人數信息，電子站牌同時提供查詢路線等便民服務。2.4.4 提供無線網絡熱點(AP)服務系統(tǒng)內置無線網絡發(fā)射模塊，可以為站臺提供無線網絡。2.5 運管中心端功能介紹2.5.1 實時監(jiān)控車輛、站臺運管中心作為數據流、信息流的總匯集端，監(jiān)測所有系統(tǒng)內車輛的車內實況、人數信息、車輛數據，站臺乘客人數等信息。2.5.2 調度車輛運管中心通過自動化調度系統(tǒng)，對每日車輛運行圈數、發(fā)車時間、發(fā)車間隔進行統(tǒng)籌安排并反饋到在線車輛。遇到嚴重堵車、施工、車輛故障等影響線路運營的不確定因素時，及時對

7、調度策略進行調整并重新反饋到在線車輛。同時對車輛駕駛員進行監(jiān)控考核，隨時糾正制止違規(guī)行為，提高運營安全性。2.5.3 管理系統(tǒng)并進行維護運管中心負責對整套系統(tǒng)進行管理維護，以提高其效率。3 系統(tǒng)安裝3.1 用戶端用戶只需要從網絡上下載相關應用程序即可獲取到車輛位置等信息，系統(tǒng)區(qū)域內的所有手機都納入信號探測范圍。3.2 車載端安裝車載端系統(tǒng)需要對現(xiàn)有車輛進行改造（示意圖見圖3-1），改造如下：駕駛臺安裝終端主機，通過車載電源供電，主機連接車內CAN總線系統(tǒng)。車廂中部安裝集成模塊（圖3-2），集成模塊包括三方向（行進方向、后方、前車門）監(jiān)控攝像頭、手機信號探測裝置以及無線網絡發(fā)射天線。集成模塊通過

8、車頂布設暗線與主機連接。車外安裝信號發(fā)射天線，通過車頂內側暗線與主機連接。車內安裝前后LED顯示屏、電子站節(jié)牌、投幣箱與卡機等設備車輪安裝無線胎壓監(jiān)測模塊圖3-1 車內系統(tǒng)安裝示意 圖3-2 集成模塊示意圖3.3 站臺端 安裝站臺端需要對現(xiàn)有公交候車亭進行改造（示意圖見3-3），改造如下：安裝電子站牌（LED顯示屏）以及主機設備，主機安裝在廣告燈箱中。候車亭頂棚安裝集成模塊，集成模塊包括站臺視頻監(jiān)控探頭、手機信號探測裝置以及無線網絡發(fā)射天線。與信號基站通過電纜進行連接（或直接通過4G網絡傳輸信號） 圖3-3 公交候車亭改造示意圖 圖3-4 簡化版站牌示意圖 沒有條件安裝候車亭或暫不具備電子站牌

9、安裝條件的地方，可以用簡化版的一體式站牌（圖3-4）來代替。3.4 運管中心客運企業(yè)建設運管中心，搭建總服務器以及客戶機系統(tǒng)。（示意圖見圖3-5）總服務器使用商用服務器，負責數據總處理與存儲，通過網關與信號接收發(fā)射塔、調度終端機等相連?？偡掌飨到y(tǒng)硬盤容量應在16TB以上，24小時開機。調度終端機十臺以上，通過網關與主機相連，負責調度數據的創(chuàng)建和更改，由一般商用計算機構成。交管部門數據可通過網絡、無線傳輸或是電話線路傳遞，存儲在總服務器當中。同時為防止數據意外丟失，主服務器安裝UPS電源系統(tǒng)。圖3-5 運管中心網絡示意圖4 系統(tǒng)作用過程4.1 人數信息采集、發(fā)送、處理4.1.1人數信息采集人數

10、信息通過站臺端的手機信號探測器和車載端的手機信號探測器、組合投幣卡機采集（圖4-1），兼參考車載WLan連接設備數。手機信號探測器用于估測實時人數，作用原理是通過檢測手機信號的大小以及密集程度初步估算人數。探測器的最大探測范圍10米，車載探測器使用電壓24V的客車直流電源，站臺探測器使用電壓220V的市政照明電源（與廣告燈箱并聯(lián)）。組合投幣卡機通過統(tǒng)計刷卡人數以及投幣人數，從而得出當日當程累計乘客量。WLan連接用戶數作為參考數據，用于運營客流量數據比較。4.1.2人數信息發(fā)送有關人數信息統(tǒng)計在車載端以及站臺端的主機當中，隨其他數據壓縮并發(fā)送到運管中心。4.1.3人數信息處理運管中心接收到數據

11、后對數據進行解包和數據處理，得出有效乘車人數。*注釋：95.5%是指我國大陸手機用戶數占總人口數的比值（2015年），可隨時更新當日累積乘車人數可使用投幣箱與卡機數據，也可使用無線WLan熱點連接人數的數據根據有效乘車人數，可以得出公交車相對擁擠指數，從而得出公交車擁擠情況，從而進一步采取措施 相對擁擠指數<0.5代表公交車擁擠程度低，相對擁擠指數0.5代表公交車擁擠，相對擁擠指數0.8觸發(fā)應急機制。 應急機制觸發(fā)時，運管中心自動將信息發(fā)送到有關車輛，在車輛前后的LED顯示屏以及所經過路線的公交電子站牌顯示“擁擠”標志。用戶查詢相關線路信息時，發(fā)送改變出行線路的提醒。同時調度自動增加發(fā)車

12、密度，以緩解運力緊張局面。4.2 確認車輛位置車載端通過接收GPS定位信息以及移動網絡位置從而獲取到實時位置，并發(fā)送到附近的車站，由車站進一步發(fā)送到運管中心。GPS接收衛(wèi)星數在5顆以上時，系統(tǒng)將自動采納GPS定位信息；GPS信號較差時，系統(tǒng)將通過站臺端與車載端之間信號強度測算車輛發(fā)出的信號強度來測算距離。 4.3 提供無線網絡熱點(AP)數據信息通過FDD-LTE 4G網絡發(fā)送，傳輸必要數據的同時可為車內提供無線網絡接入服務，二者共用帶寬。為保證數據傳輸通暢，無線網絡傳輸帶寬限制為1.5MB/s.車載端的無線網絡發(fā)射點設置在車廂中部區(qū)域，信號強度17dBm，站臺端的無線網絡發(fā)射點設置在候車亭頂

13、棚上，信號強度23dBm。4.4 指導車輛運行 4.4.1 緒論乘車人數、路況信息等作為重要的參考數據，可以指導駕駛員安全駕駛、有效節(jié)能降耗。同時，車載系統(tǒng)能針對數據，自動對車內設施進行優(yōu)化。 4.4.2 燈光、廣播系統(tǒng)節(jié)能駕駛員開啟自動節(jié)能模式時，車載端系統(tǒng)自動根據人數對車內燈光系統(tǒng)以及廣播系統(tǒng)進行優(yōu)化，相關參數如下表：相對擁擠指數a夜間燈光亮度以及廣播音量（參考值）a0.360%0.3a0.580%0.5a0.890%a0.8100% 4.4.3 安全駕駛提醒車載系統(tǒng)通過對車內開關、制動器、方向盤等設施的檢測，有效預防和阻止違章行為。系統(tǒng)對駕駛員操作進行記錄，車速大于10千米/小時時，如果

14、120秒內行駛的車輛沒有任何有效操作，系統(tǒng)將自動報警提醒駕駛員，并將信息上傳運管中心，以防止駕駛員疲勞駕駛。運管中心對車速設置限定閾值，超過閾值系統(tǒng)報警，并將信息發(fā)送到運管中心。車速大于55千米/小時時，系統(tǒng)將通過前置攝像頭自動判斷與前車的車距，低于安全剎車距離時系統(tǒng)自動報警。 4.4.4 合理安排車輛維護對于沒有安裝車輛診斷系統(tǒng)的老舊車型，車載系統(tǒng)可代替部分維護診斷功能，通過對胎壓、蓄電池等車輛設施的檢測，及時提醒駕駛員維護保養(yǎng)，運管中心可隨時知曉詳細車況。每次保養(yǎng)結束后系統(tǒng)將自動記錄車輛運行里程數，達到保養(yǎng)期限后自動提醒。充電完畢降桿運行時，雙源無軌電車上的車載終端綜合對車內電容器電量、行

15、駛車速以及車輛所處位置檢測，提前選擇升桿位置，并發(fā)送到運管中心的主機。避免出現(xiàn)由于未及時升桿造成的車輛運行中斷。4.4.5 提供與反饋路況信息調度系統(tǒng)自動從交管部門獲取交通流量數據，并發(fā)送到車載終端提醒駕駛員。同時駕駛員可隨時通過終端一鍵反饋路況信息，發(fā)送到運管中心和交管部門。運行車輛超過360秒瞬時速度小于5km/h時，車載終端將自動判斷為堵車，并發(fā)送反饋信息。4.4.6 零成本調車車載系統(tǒng)與車內LED顯示屏、投幣機、卡機等設施相連?？瓦\企業(yè)臨時增加運力調配車輛時，運管中心程序生成車內信息數據，并通過配置文件發(fā)送到對應的車載終端。車載終端根據配置文件內容自動更改LED顯示屏、投幣箱、卡機數據

16、。4.5 自動調度4.5.1 緒論車輛調度包括線路配車安排、發(fā)車間隔與發(fā)車頻率、駕駛員換班次數、路線調整等內容，是城市公共交通系統(tǒng)的核心組成部分。本系統(tǒng)的自動調度系統(tǒng)利用云計算、大數據等手段可對車輛進行零成本調度，節(jié)約人力、物力。4.5.2 自動調度系統(tǒng)流程概覽 圖4-2 自動調度系統(tǒng)示意圖 圖4-3 自動調度流程4.5.3 自動調度系統(tǒng)流程詳細說明 4.5.3.1自動調度原始數據的生成運管中心工作人員利用專有程序，將發(fā)車間隔、線路信息、配車信息等輸入到程序中，程序自動生成原始調度信息，并將有關代碼寫入文件（示例見圖4-4）。圖4-4 原始調度信息示例4.5.3.2原始調度數據的修正系統(tǒng)自動生

17、成調度原始數據后生成直接調度數據，并立即執(zhí)行（示例見圖3-5）。運營過程中系統(tǒng)將會根據車輛反饋信息進行調度修正，然后向車輛發(fā)送調度數據。圖4-5 調度數據示例公交車輛運行遇到高峰期運力不足或是車輛故障時，調度系統(tǒng)將自動從數據庫中尋找機動車輛或是其他線路空余運力車輛，并安排加班車次，原有的車次發(fā)車間隔也將調整。調度系統(tǒng)自動獲取交通流量數據，對于嚴重堵車路段等影響車輛周轉效率的情況，系統(tǒng)將自動評估周邊其他道路路況，并規(guī)劃出臨時調流路線。車輛運行過程中系統(tǒng)將會自動評估運營車輛的油量（或電量），并安排駕駛員加油（充換電）時間，加油（充換電）時間車輛將不參與正常運營，并自動在車載LED上顯示“停運”字樣。以上數據由系統(tǒng)自動處理成為修正數據（示例見圖4-6），每15分鐘更新一次，修正數據將自動用于調整調度（示例見圖4-7）。調度數據的改變經過人工確認后立即發(fā)送到所有車輛，并通知到所有駕駛員，對于臨時調流的線路，調度信息同時發(fā)送到沿途調流站點的電子站牌，以便乘客合理安排出行。臨時增配車輛收到調度信息后對調度數據進行解包，車內LED自動更改。圖4-6 調度修正數據示例圖4-7 調整后調度數據示例4.6 考核駕駛員駕駛員駕駛車輛過程中，車載系統(tǒng)將會記錄超速、急剎車次數、晚點率、路況信息反饋次數等信息，并根據以上信息自動評定駕駛員分數，顯示在車輛內的LED顯示屏上