时间：2023-03-13 11:26:35
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GPS电子站牌现身上海
“车辆转弯，请注意拉好扶手”，每天，这样的提示语音都会在申城的公交车上响起。不过，在123路公交线路上，类似的提示语言已经与高科技的GPS系统挂上了钩。“语音提示过去都是司机人工按按钮操作的，现在，每个转弯地点的地理信息都被记录下来，车辆临近这个转弯点时，借助GPS定位系统，车辆自动判断地理位置，自动发出相应的提示。司机不用再关心驾驶之外的事情”，上海巴士俊友信息系统工程有限公司虞桂明高级工程师告诉记者。这家公司为巴士集团下属子公司，专职为巴士集团下属车队提供系统整合。
高科技的手段已经陆续应用到巴士集团下属的各条公交线路上。在这些公交车上，安装的设备包括行车自动记录仪、GPS系统、GSM通信系统，此外，投币箱还配备64位技术的光刻钥匙。
社会效益: 既服务又管理
提高社会效益，是公交系统努力的工作方向。落实到一辆公交车的运营实际中，保障行车安全，提供行车信息，准点运营，高峰时刻提高运能，是对公交线路的社会服务要求。但服务无止境，如何才能这四点做到实处，并非容易的事情。比如保证行车安全，但总有不守规矩的司机存在超速，或者不按规则上、下客的现象。
但在整合了上述的三大设备之后，公交车的行车安全就有了可查之据。“行车记录仪，可以准确地记录下每个时点的车辆行驶数据，车门的开关状态，再依靠GSM通信系统，这些数据会实时地发送回后台系统。司机在进站时，就必须在速度为零时开门，否则后台系统会比照开门时间点的速度，记录下边滑行、边开车门的违章事件。离站的情况则相反，必须在速度为零是关门。”如此一来，司机进出站的行为，就被分毫不差地记录到后台服务器中，自然提高了车辆行驶的安全性。在道路行驶中，行车记录仪会自动根据车辆行驶中的及时速度，用语音向司机发出超速等提示语言，并且让乘客知道当前的状况，由乘客对其进行实时监督。
不仅如此，乘客们还能对于公交车到站的时间也能够了如指掌。据介绍，巴士集团下属各线路的车站，正配合上海文广集团，建立新的电子站牌。在这种新的站牌上，乘客可以知道最近的某路公交车何时到站。方便乘客了解是否该继续等待还是乘坐当班的公交车，站牌背后，则是整合了网格技术、GPS定位技术，以及对道路状况预估等技术，通过无线方式进行数据交换，尽可能高地提高预报的精度。同时，电子站牌自身也成为很好的广告媒体渠道，以广告维护系统，达到了经济和社会效益的双重兼顾。
有了乘客的方便，公交司机也从这里受益不少。除了前面提到的自动报站的功能，行车记录仪记录的车辆运行数据通过GSM系统自动转发到后台系统中，也为司机在面临交通事故等非常状态时，提供了可靠而有效的证据，为司机避免法律纠纷提供了一种途径。
事实上，公交车辆的智能化给司机带来的好处还有更多。例如，公交车辆在进行安装车载电视、音响设备等改装之后，耗电量已经超过了原先的设计，一旦发生电流过载现象，后果不堪设想。这成了影响车辆安全的一大新隐患。有了行车记录仪，车辆工作中的电流情况等数据同样会被发回后台系统，便于监督车辆在电路上的异常情况，争取做到早发现、早解决。
经济效益: 节省每一分钱
说到经济效益，普通乘客或许无法体会到今天公交系统运营的成本压力。“油价在不断上涨，公交线路即使空驶也要保证出车，巴士集团自身又是上市公司，这些压力对于巴士集团来说，都是绕不过的坎”，虞桂明说到。
不过，在信息化技术不断整合、普及之后，“光是减少车辆空驶距离，就为车队省下了很大的开支”。
过去，公交车的运行线路是从停车场到线路的始发站，然后开始一天的运营。但有了信息系统之后，巴士集团的公交车辆可以从这条线路的任一中途站点进入运行，不必到始发站等待排班。不仅如此，各条线路的车辆还可以机动灵活地调入高峰线路，提高高峰线路的运能，提高社会服务质量。而司机在换线路时，只需要刷卡，就可以调整路线，车辆自身的系统就会自动将头、腰、尾部的显示牌换成新的线路，连途中的提示语音也同步更换，真正做到了“随需应变”。
由自由调配车辆这一优势出发，又为整个巴士集团省下了很大一笔备用车辆费用。巴士集团总计有7000余辆公交车，在上这套智能化系统之前，为了保证重点线路在高峰时段的运力，每个分公司总要保证一定量的备用车辆，比例一般在10%左右。按照这个算法，整个巴士集团要预备多达700辆备用车。这些车辆的使用频率相对较低。在过去成本控制不严格、公交车成本较低的情况下，备份车辆消耗大量成本的问题并不严重。但是，进入20世纪90年代后，公交车档次不断提高，每辆车的成本也上升到70～80万。如果继续保持原有数量的备用车，毫无疑问，这对巴士集团而言，资金占用是非常严重的。但有了系统之后，每个分公司保留的备用车辆大大减少，原来的备用车可以放心投入到运输中去，一去一来，省下的采购、维护费用达到了上亿元之多。
不仅调度节省开支，有了GPS等系统的支持，对于各分公司领导擅自调用车辆用于私用的事情，也从根本上得到了治理。比如车辆只要没有在规定线路上行驶，都会被视为异常情况，会被事后进行调查: 到底是道路问题而临时改道，还是公车私用。而在加油方面，由于加油卡与系统进行了信息整合，每辆车辆究竟加了多少油，是否有异常情况，都能被后台系统直接发现。
公交车上还有一把可靠的“钥匙”――64位光刻钥匙。别小看这把钥匙，由于其具有唯一的特性，每个投币箱的开启，只能由这把全世界惟一的光刻钥匙开启，同样的钥匙只有三把，分别由该线路的乘务员、巴士俊友和集团三个地方保管。其他人无法打开投币箱，从源头上堵住了被偷窃的可能，又能跟踪到人。究竟是谁，在什么时间开启票箱的，一目了然。
未来任务: 智能化调度
“法国一家有1400辆公交车的公交公司，内外勤人员总计在3000多人，而巴士集团7000辆车，却有60000多人。两两相比较，我们就能看出巴士集团还有很大的潜力可以挖掘”，虞桂明说到。
巴士集团下一步挖掘的空间就在调度工作上。调度是节省成本的重要手段。当前，上海的公交线路依然主要依靠调度人员的人工排班，而且每条线路都是双边调度，即在公交线路的两端设立调度员。这种制度的缺陷是，虽然能够保证进出两个终点站的时间符合间隔要求，但对于中途各个站点是否按要求均匀到达，并不能保证。此外，两头调度缺少全局性，实际运行中，同一线路的公交车可能存在车辆集中在上行线，或者下行线。最后又积压在一个终点站，驾驶员又面临很长的等待时间，用在驾驶上的时间并不多。这些细节都是导致企业成本高昂，需要改进的地方。
为此，巴士集团采用了智能化的手段来收集与调度有关的相关信息，例如每辆公交车的行驶速度，何时到达某站，历史上各个时段的拥堵情况，下雨与否等等。这些信息综合在一起，采用“基于基因的算法”，调度系统就能将调度员的经验“学习”到，并自动化排班。“这套系统能够保证头天出第二天的排班表，与调度员的经验排班相比，更精确，也更符合实际情况。系统排班的好处是减少了驾驶员和调度人员填表格时间，特别是在有些线路的高峰时段，每分钟都要发车，这样节省下来的时间就非常可观，”虞桂明说。据统计，过去每辆公交车在终点站的等待时间为25分钟，而现在下降到10到15分钟。在不增加成本的情况下，提高了车辆利用效率。
政府力推公交全“气”化
保定市如此大批量的采购LNG公交车，对整个城市公共交通建设的重视力度是非同一般的。谈到保定市一次性更新689部液化天然气公交车的大单，保定公交总公司总经理杨冬梅自豪地说：“在全国同级别的城市中，如此大规模投放和使用LNG公交车项目是史无前例。这是市政府响应国家‘节能减排’号召，为打造低碳、宜居、善美的城市形象而做出的重要惠民工程。”公共交通关系到国计民生和城市形象，涉及到环保、交通畅通等方方面面，但原有的老旧城市公交车尾气污染非常严重。2010年8月，保定市被列为全国8个低碳试点城市之一，保定公交也迎来了新的发展机遇期，淘汰污染严重的柴油车势在必行。
谈及天然气公交车成为首选的原因，杨冬梅指出：“使用LNG公交车对保定建设低碳城市及环首都绿色经济圈意义重大。在当前国际石油日趋紧张和国内成品油价不断攀升及环保压力下，发展天然气车已成为全球汽车行业的趋势；而我国LNG技术较为成熟，已经广泛应用于城市公交领域，具有更环保、更经济、更安全可靠等优势。”
在今年3月召开的保定市第四十四次常务会上，市政府通过了《保定市城市公交、长途客运车辆推广使用液化天然气实施方案》，与中石油昆仑能源有限公司签署“三位一体、气化保定”战略合作框架协议，计划于今年底前，将保定市区689辆非燃气车辆全部更新为更安全、环保的LNG空调车。保定市政府专门成立“油改气”领导小组，全力支持保定公交包括资金、气源、建站等方方面面工作。
“得益于市委市政府的领导，保定公交公司将充分发挥大公交优势，缓解日益严重的交通拥堵，用更优质的服务回报社会，提高保定百姓的幸福生活指数和城市形象。”杨冬梅信心满满地说道。
全市配备高档、智能化LNG公交车
在车型配置和选购方面，保定公交总公司进行了大量的前期研究工作。在资金落实后，由保定市发改委牵头，市监察局、检察院、国资委、财政局、交通局等相关部门全程参与并监督，举办全国性的招投标工作。在众多具有国家资质的客运车生产厂家中，丹东黄海厂获得391辆10米车型的生产权。新车的置换，让成立近50年的保定公交总公司焕发了新的生机。据了解，这批黄海LNG公交车是根据保定的车辆使用环境、乘车习惯、高峰路况等多种因素进行了因地制宜的设计，对于保定公交的快速发展起到了很好的助力作用。
其一，新车使用的舒适度是远远优于传统的柴油车。司机小王说：“原来的车没有暖风，在冬季早起发车时，排气管经常被冻得堵住，非常耗时耗力；现在都是空调车，冬暖夏凉，噪声减少了，操控起来非常轻松、舒适，一天工作下来也不感觉疲劳了。”
其二，公置更高，公交调度全程智能化。公交总公司建立了智能化公交调度大厅，对车辆进行智能动态调度和监控指挥。每辆新车均安装GPS卫星定位系统，实现全自动报站；采用了智能化仪表盘，随时可将水温、油压等基础数据统计到调度中心后台，更好地促进信息管理和各项指标的考核；全新的LED电子路牌，可通过远程调控自动设定或更改，解决了由于站牌乱、标示不明，临时改线等原因导致乘客空等、坐错车等问题。
关键词：客流量；定位系统；电子站牌；乘客计数系统
中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）15-0126-02
城市公共交通是城市社会经济活动的动脉，是城市的主要组成部分，也是城市居民赖以生存的必要的共用基础设施、迅速、高效的交通系统是社会经济发展的有力保障。
本文通过建立公交乘客信息系统框架，研究公交电子站牌系统和公交乘客运营系统之间的辅助决策机理，设计了基于电子站牌自动计数的公交最佳调度方案。同时利用现代化的通讯技术和信息管理技术为公交公司节省人力和物力，从而降低成本，提高工作效率。因此，基于电子站牌数据的公交调度不仅有很好的社会效益，而且会给公交企业带来良好的经济效益。
1国内外研究现状
从20世纪90年代开始，对于公交调度的探索和研究大部分都集中在两个方面：一方面是对调度问题优化算法的研究；另一方面是如何应用APTS理论及其相关技术来集成调度系统，实现公交系统的智能化。
在技术方面上，国外研究的主要精力集中在计算机辅助公交运营方面，其中ITS技术支持下的公交调度系统最具有代表性。
与欧美国家相比，国内公共交通事业的发展相对还比较落后，总体应用水平比国外低，涉及的范围也相对较小。国内交通存在自身的局限性，传统的公共交通运营组织主要是以线路调度为核心，是一种基于传统设备和调度员经验的调度。目前采用智能运输技术解决国内公共交通运输中的问题，基本还处于“构想”和“初步试验”的阶段。
2主要研究内容
本文旨在将通过GPS定位技术采集的车辆位置、车辆行驶路况等信息与电子站牌上乘客所指示的上下车人数以及站点状况信息相结合，通过信息收集反馈系统将其反馈给公交调度公司，经过运营的实时统计以及场站枢纽的实时监控对公交车的调度进行实时分析，调整发车时间间隔和发车班次以满足乘客需求。
2.1站台乘客计数系统
自动乘客计数系统是一种应用了单片机原理，公交客流统计系统能检测公交车在每个站点的上下车人数，并记录时间和车位，在统计调度中心，通过测量的客流基础数据，可以方便地建立客流模型，进行各种统计分析，例如在某一时间段内对某个站点客流量进行统计，对某条线路总的客流量统计，甚至还可以统计出车内的超载情况，统计结果可以用多种图表方式显示，以便对新增的或要改动的公交线路进行线路优化设计，帮助制定城市公交的近期和中长期规划。
2.2自动车辆定位系统
定位模块：由定位传感器和数据处理电路组成，以提供实时、连续的车辆位置估计，以使系统能够正确分辨车辆当前的行驶路段和正在接近的交叉路口。在该自动车辆定位系统中，我们综合了全球定位系统的各种定位技术，期盼将现已有的各种车辆定位技术运用到公交车上，以使公交站台能提前感知公交车的到来，并且方便公交调度公司随时掌握公交车的状态和位置，方便管理和调度。
2.3模拟统计乘客数量以调整发车间隔系统
2.3.1公交车停靠时间分析
公交车从减速进站到加速出站分为四个阶段 ：分别为减速进站，开关门，乘客上下车，加速离站，对应的四个时间分别是t1，t2，t3，t4。
? t1的计算可通运动学的基本公式得到：
t=√2L/b
本次研究根据实际情况，取平均车长L=13m，公交车加速度b=2m/s2，得到t1=3.6s；
? t2可以通过翻阅资料查得，一般为3-4s；
? t3的影响因素众多，它的测定通常用实地测量的方法得到。本次研究的t3是在上海曹杨八村站经过多次实地观测最后得出的。
? t4的计算可以分为两部分：加速离站基本时间ta、公交车重新汇入车流的延误时间td。
ta的计算与他t1类似，td的计算可查阅下表。
2.4信息收集反馈系统
智能交通信息采集与系统，该系统由交通信息采集子系统、智能信息分析处理子 系统和超媒体信息中心、后台管理系统四部分组成。旨在对车辆定位系统所采集的数据进行处理。通过车辆自动定位系统所传递的车辆位置、车辆行驶状况、站台候车人数、IC卡消费次数以及其他信息的分类与汇总，经过公交智能管理系统、实时调度系统、交管部门管理系统对信息的处理，将最终的结果以合理的公交调度时刻表、站牌反馈信息的形式进行信息的输出。
2.5电子站牌显示系统
基于无线通信的智能公交站牌信息显示系统是通过站点的LED灯来直观显示未到公交车的行驶信息。本系统主要由车载自动发射模块、站点解码和调整模块，无线通信模块三部分构成。通过将初始端接收车载信号以调整电路显示，并通过站点解码模块将信息展现在LED灯上，使站点等车的乘客都可以了解到所乘公交车的行驶位置。
2.6案例分析
如图4所示，公交车到达A站后，则在下面的B，C，D站点会依次点亮A站点的LED灯表示车辆目前位置。考虑到同一路线会有多辆同路公交车行驶，通过算法实现显示最近的公交车。以20路和37路公交车为例：当公交车分别在A站和C站的时候，则在B站显示的是公交车到达A站的信息，而D站则显示是公交车到达C站的信息，即提高了消息的显示效率，也满足了乘客的需求，不同路公交车互不干扰，实现了公交车行车信息的正确显示。
参考文献：
[1] 王幸之，钟爱玲.AT89系列单片机原理与接口技术[M].北京航空航天大学出版社，2005：45-56.
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[4] 栾硕，胡东方，肖军.智能交通系统模型的研究和算法分析[J].鞍山师范学院学报，2007（0）.
今年国庆期间一天晚上，我在外滩附近活动后，走到一个公交车终点站，准备乘车回家，左等右等，就是不见公交车的影子。这条线路是经过淮海中路的，同时我看到马路上另外一路同样经过淮海中路的公交车，照样来来往往，所以我判断我所要乘的这路公交车，可能发生了交通事故，总之我还是选择等下去。同时在终点站上的还有几十个人，而且越来越多，他们当中大多数是外地人，有的还是“大包小包”，显然是利用国庆节假期到上海来旅游或者投亲靠友打工的。他们开始骂骂咧咧起来。
我被牢骚和骂声所包围，身为老上海，我义不容辞地向他们解释了我的判断：“可能出了事故，车队应当马上会派车”，希望他们能够平息火气，耐心等待。
【到底谁应当知道？】
一个多小时过去了，还是不见公交车的影子，我这个老上海也上火了。于是就用手机向114问知公交车、出租车“运管热线”号码是962000。我打过去时，对方说要问管这路公交车的公司，于是我再与该公司通电话，值班员说：“我也不清楚究竟是什么原因，应当要问这路公交车的调度员。”
最后总算与调度员通上了电话，她说：“没有车，是因为从下午4时就不运营了，节前上级就是这样安排的。为此，几天前已经在报纸上登过了，你为啥不看呢？”
我说：“请问，你们刊登在哪一天、哪一张报纸上，又是哪一版上？”
“不晓得！”
“连你也不晓得，一般人怎么会晓得呢？即使是上海本地人，也不全部订报的，即使订报，也不会全看到这则通告的，看到这则通告，也不一定会认真记住你这条公交车提早收线的消息的。因为人们出行坐车绝大多数都是即兴的，很少有人会事先做计划！再说，刚刚来到上海的外地人，他根本无从订报、看报的，你能怪他吗？你们为什么不设身处地地为乘客着想呢？”
【似是而非】
终点站上几十号人，听到这里，知道我刚才的解释全是自以为是的“谎言”，他们只好打的的打的，转乘的转乘，“自找出路”了。真不知道，这条公交线以及所有封路、提早收线的公交车沿途各站，究竟有多少乘客都被“忽悠”了。
国庆期间，公交系统能够想到事先登报通告，当然要比不登报高明了。但这并不能算是工作做到家了。从上述对话程序中，明眼人已经看到端倪了：
既然登过报了，为什么吃公交饭、专门负责投诉的权威部门“运管热线”不知道呢？而且连该路公交车的公司负责人也不知道；只有该路公交车的调度员知道提早收线、不运营了，但她也不知道通告究竟刊登在哪一天、哪一张报纸、哪一版。
那么你凭什么，一定要普通市民、特别是外来人员知道相关信息呢？这不是典型的“以其昏昏，使人昭昭”吗？
【解决之道举手之劳】
今年是上海创建公交整整100周年，有关方面已经庆祝过了。1908年3月5日，第一辆有轨电车从静安寺开到外洋泾桥上海总会（今广东路外滩），行驶6.04公里，这标志着上海近代公共交通的诞生。这在中国是领先的，在世界上绝大多数国家当中也不算晚。
100年了，理应经验老到，足智多谋，但像上述这样提前收线的简单小事，却显得十分粗糙，造成众多乘客的不便与尴尬，哪里像一个“百年老店”呢？
关键词：GPS；公交企业生产调度系统；智能公交
中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)23-5746-03
Based on the GPS Bus Enterprise Production Scheduling System
CHEN Qi-bing
(Nanjing City Passenger Traffic Management Office, Nanjing 210029, China)
Abstract: Based on the Nanjing intelligent transportation practical and intelligent building as an example based on the GPS bus enterprise production scheduling system.
Key words: GPS; public transportation enterprise production scheduling system; intelligent public transportation
1 问题的提出
目前，南京城市客运企业以智能交通为基础的生产管理体系尚未形成，企业的管理手段落后，管理效能相对低下，管理成本相对偏高。南京城市客运企业生产管理体系的标准指标没有统一，没有建立统一的考核监督机制，公交总公司、中北巴士、雅高巴士等几家公交公司的企业管理体系各不相同，数据格式和数据规范没有统一，不能发挥行业的有效管理合力，更不能为公众提供高效便捷的出行服务。南京市有50多家出租车企业，除几家规模较大、管理较为规范的出租车公司外，其他大多数公司没有建立企业生产管理体系，无法实现出租车的有效管理。
公交车是公众出行的主要交通工具，车载和场站视频监控系统目前尚未形成体系，不能满足公众的公共交通安全需求。
从不同企业的共同需求出发，企业生产管理体系的建设需要完成的任务是：1) 计划排班：快速形成组织线路运营的具体作业计划，指导各个车组的运营生产。2) 公交智能调度：实现企业对公交车辆的定位监控，根据交通状况实现对车辆的灵活调度。3) 营运成本与效益分析：便于企业管理部门节约成本，提高效益，完善政府财政补贴机制。4) 运营管理：对车辆、人员、基础资料等进行规范化管理，提高企业管理效能。5) 视频监控：帮助企业了解运营中实时状况，掌握线路客流变化，合理安排运力和配置资源。
2 基于GPS的公交企业生产调度系统
2.1 智能公交企业生产管理体系的功能
南京市智能公共交通系统中企业生产管理体系的功能模块如图1所示。
2.2 公交智能调度系统
2.2.1 GPS监控
2.2.1.1 GIS监控
公交车辆的监控基于GIS平台，在监控地图上实时显示车辆的位置、车辆行驶方向等信息；用户可以打开多个监控窗口跟踪不同的目标或区域，并显示目标的相关信息（如，车号、速度、方向等）；系统支持车辆定位查询、轨迹回放功能。车辆监控模块包括公交车辆日常营运状况下按照公交线路分组的车辆监控，执行应急调度任务中的车辆监控，以及处于紧急调度状态的车辆监控。GIS监控主要提供基于地图的车辆详细情况的监控，为应急调度的决策提供辅助信息。其中线路监控主要被公交公司的调度员使用。
GIS监控包含的模块有：1) 自由监控。自由监控可监控车辆在当前监控窗口区域内的运行情况，用户可以选择显示全部或者部分车辆进行监控。自由监控分为选定车辆监控和当前地图区域监控两个功能。选定车辆监控可对用户选定的一辆或多辆车辆进行监控。按照选定车辆进行自由监控的时候，所有选定车辆都会在监控地图上显示，用户可实时了解到车辆的位置分布和运行情况。当前地图区域监控可对用户当前地图窗口中的所有车辆进行监控。按照当前地图区域监控进行自由监控的时候，当前地图区域内的所有车辆都会在监控地图上显示，用户可实时了解到车辆的位置分布和运行情况。2) 单车跟踪。单车跟踪可对单车或单车群组进行跟踪。被跟踪车辆始终显示在当前监控中，当被跟踪的车辆不在监控窗口中时，系统会重新更新监控地图，使该车辆回到地图中心。单车跟踪分为单车监控跟踪和单车群组跟踪两个功能。3) 轨迹回放。行程轨迹回放可向用户提供对车辆历史行程的查找，系统在地图上描述出车辆的历史行程轨迹。轨迹回放时在监控窗口会出现车辆图标、轨迹点，同时显示该轨迹点车辆所处的状态信息，回放速度可调节。车辆的行程轨迹为车辆管理、监控提供依据。4) 线路监控。线路监控可监控选定的某条公交线路的车辆运营情况。进行线路监控时，上行和下行线路用不同颜色显示，系统自动更换监控区域和地图显示比例使得当前监控的线路显示在当前视窗中。可以选择车辆查看该车辆的详细信息。线路监控过程中，同时显示上行、下行、车辆总数、非营运车辆等统计信息。5) 车辆定位。车辆定位查询在市仍擞行驶车辆，并将车辆在地图中心显示。可以选择车辆查看该车辆的详细信息包括车辆的信息、运行信息(位置、行驶速度等)。6) 超速报警。超速报警模块可在车辆行驶超速时进行报警，司机在发生突发事件时，也可通过司机键盘向总监控中心发送报警信息。利用超速监控加强对公交车日常行车安全监管，市民在乘坐公交车时将不用再担心由于公交车司机超速驾驶而导致的交通事故，市民在车上听到超速报警系统的报警的同时也可以向司机提出减慢车速的要求。
超速报警包含的模块有：超速报警设置、超速实时监控、报警实时监控、超速记录查询、超速分析。
2.2.1.2线路运行状态图监控
公交线路运行监控图以简化的直线或折线的形式表示公交线路，线路上沿途停靠的站点根据其实际的坐标进行换算并在线路运营监控图上标注。
根据运行于该线路的车辆GPS数据和报站数据，在线路运行监控图上实时显示这些车辆在线路上的运行位置，便于调度员在日常营运调度的过程中清楚直观地掌握线路上车辆运行情况。
调度员选择监控线路，显示线路站点排列的线路运行监控图。线路运行监控图上显示线路双向各个站点的名称，对于所有运行于该线路上的车辆，显示正确的位置、行驶方向和车辆自编号；当车辆被选中时，显示车辆的运行状态的详细信息。
具体的状态图监控功能描述如：1) 公交线路按照上下行分两条曲线显示，在总站处曲线相交；2) 线路上的途径站点的是否显示可设置；3) 途径站点和车辆的标注字段可设置；4) 显示线路上车辆的统计信息：总车数、上行、下行、左总站、右总站和非营运车辆；5) 非营运车辆的集中显示在一个区域；6) 车辆可被选择：车辆被选中时候显示该车辆的运行状态的详细信息。
2.2.2 行车计划调度
2.2.2.1 按线路行车时刻表
调度室根据车载设备上传的GPS（时间、速度、位置等）、客流量数据，自动检测并提示车辆的到站、出站信息及乘客到站率，由专家系统自动生成合理的固定车辆排班表，同时由系统自动向司售人员发出调度信息。
2.2.2.2 车辆排班动态调整
根据当日运营中的出勤状况、车辆运行状况，由排班调整专家系统依据既定策略调整固定排班表，并由GPS 数据预测每趟次行车的时间，提供即时的班表控制与调整机制。当车辆运营正常时无须调整班表，一旦例外状况发生则依据知识库采取相对应的措施，输出调整后的班表。当需要根据实际情况修改推理规则的相关参数时，系统支持对专家知识库的修改，从而得到更为合理的排班表。
2.2.2.3 人工辅助调度
系统车辆运营后，调度员接受三方面的信息：计划行车时刻表信息、车载GPS采集设备提供的车辆实时状态信息以及车辆状态信息。系统根据预定的排班专家知识库和实测车辆的运行时间信息，计算出优化的发车间隔和发车时间，允许调度员对调度方案作进一步的修改和调整。
2.2.2.4 发车自动调度
公交发车自动调度是指公交监控调度系统在无需现场调度人员进行干预的情况根据事先定义好的发车规则、排班时刻表、公交车辆到总站的实际情况和调度需要自动排定总站车辆的发车顺序等信息自动调度到达总站的车辆进行下一次的班次服务，同时将调度指令发送到公交智能终端上。
根据线路运行计划表、调度规则和车辆的状态信息，自动提供优化、动态的车辆发车时间表，编排司乘人员配班表，保证公交运营车辆按计划排班运营。在运行营运过程中，系统依据预定的调度规则进行自动发车，能够按实际运行数据修改调度规则的相关参数(如发车时间间隔)，以保证运营车辆的有条不紊，运营过程畅通稳定，达到站内乘客满意的目的。
自动发车调度具备的功能：多种发车模式的转换，可以按照发车时刻表的要求发车，可以按照时间间隔发车，可以手工调度车辆；调度人员根据实际情况可以调整发车时刻表；发车指令下达后可以监控车辆实际运行情况；可以按照班次/车辆到总站的先后次序发车（调整发车次序）；需要提前下发调度指令；调度人员可以手工调整发车时间。
2.2.3 交互式运营调度
交互式运营调度主要协助公交调度人员完成日常的调度工作，其主要内容包括:
2.2.3.1 日常调度
日常即时调度主要采用加车、减车、短线、快车、区间等调度手段，采取短线、快车、区间等调度手段时，站点选择是视具体交通状况决定的，与即时发生的如交通堵塞、交通事故、暴雨及客流突变原因和地点有关。不同调度方案的特点如下：
短线的折回站点不固定，由调度员视具体交通情况而定，线路的任一站点都可作为短线的终点，都可能发短线；
快车包括沿着原线路越过部分停靠站点直接到指定站点开始运营和脱离运营线路直接到指定运营线路的某站点运营两种情况，越过的站点、脱离线路站点和回到线路的站点不固定，由调度员视具体交通情况而定，快车的直达站点也可能是线路的任一站点；
发区间车时，在运营线路的哪两个站点之间发区间不固定，由调度员视具体交通情况而定。
目前公交调度常遇到的突发事件和常用的即时调度手段及出现频率如表1所示。
具体的调度流程如图4所示。
2.2.3.2 调度预案
预案类别即调度的服务类型，系统可以设定不同的服务类型，通过预案实现对单个车辆的组合调度，并根据不同的服务类型产生或不产生电子路单，或者执行不同的操作指令。
预案是按不同的线路来定义的，预案包含标题信息和明细信息。标题信息有预案的线路、预案类型、预案的名称、调度下发信息（即在司机键盘显示的内容），明细信息是用来生成电子路单记录用的，一个预案可以同时生成多条电子路单记录，目的是为了减化调度员的操作。
公交运营过程中由于路况、车辆、司机、客流及天气等因素，会有很多难以事先预料的或者意外事件临时发生，因此预案的准备甚为重要。预案的主要采用的方法有加车、减车、短线、快车、区间车等调度手段，当采取短线、快车、区间等调度手段时，发车时间及站点选择是视具体交通状况决定的，与即时发生的如交通堵塞、交通事故、暴雨及客流突变的原因和地点有关。
2.2.3.3 司机考勤
1) 上班签到：司机上班后，通过司机键盘进行考勤，如果通过司机键盘考勤操作不成功，则需要调度员帮司机作考勤操作。2) 运营签到：早班司机提车开到总站，准备开始运营前进行运营签到；车辆调行线路也需要在新线路上运营签到。3) 交接班：早班司机与晚班司机进行交接班操作。这一操作可能在总站进行，也可能在途中某个站点进行。考虑特殊情况，也有可能在维修厂、加气站等地进行交接班。4) 运营签退：司机完成一天的最后一班发车任务后进行运营签退。5) 下班签退：晚班或单班司机将车辆停在过夜场地（车场、维修厂或总站）后，进行下班签退。
2.2.4 其他运营调度
1) 包车调度――指有人需要包车时进行的调度业务。因为包车是属于运营在非预定线路的车辆，需要设定起点、终点以及里程。2) 抢修调度――当车辆出现故障时，司机能够上报故障信息到调度室，同时产生故障记录。公交司机操作司机键盘报告故障信息，系统收到故障信息后能够通过界面提示调度员，系统自动生成相应的行车记录信息。3) 群发通知、单发通知――调度员通过群发通知、单发通知可以将通知信息通过网络，发送到车辆里的车载终端上，使司机能收到相关的通知内容。
2.2.5 区域协调调度
关键词:GPS;GPRS;SD卡;MP3;自动报站;信息更新;监控调度
中图分类号:TN41,TP33文献标识码:B
文章编号:1004-373X(2009)19-212-03
Design of Automatic Station Report System for Bus Based on GPS/GPRS
ZHANG Yongsheng,WEN Ke
(Guangzhou Ropen Technology Co.Ltd.,Guangzhou,510060,China)
Abstract:In recent years,with sustained economic development of public transport also its higher requirements are put forward.Traditional bus reporter must be manipulated by the driver,considering the safety of public transportation system,there is an urgent need for intelligent,automatic station report system for bus.GPS and GPRS technology for application enable the bus station report system a high degree of integration,changing the traditional manual-announce way,the current way of updating information is solved and the scheduling and other defects can′t be bining GPS positioning technology,the bus status information (location,speed,etc.) in real-time acquisition and analysis,when the bus is scheduled to arrive at the location,the automatic station report function is realized.Through the GPRS network,necessary bus status information should be transmitted to the bus monitor dispatching center timely,and then through the center of the operation of PC software,to achieve the function of the monitoring,scheduling and updating information.SD card is used to memorize the information of a number of lines and MP3 audio files,it is facilitated to replace bus lines,and at the same time high-quality voice information play is realized.
Keywords:GPS;GPRS;SD card;MP3;automatic station report;information updating;monitoring and dispatching
0 引 言
目前,国内公交车报站的方式多采用手动报站,但是因为司机需要在保证安全驾驶的前提下进行报站,所以经常出现错报、漏报、安全隐患等一系列问题。采用GPS全球定位系统进行自动报站使这一难题迎刃而解,不需要人工干预,大大减轻了司机的工作量,也同时提高了车辆运行的安全性,促进公交系统的现代化进程[1]。
现阶段,公交车内信息屏多通过有线方式获得新闻、天气预报、广告等信息,也可以同步显示报站信息。但是有一个不可避免的问题,那就是由于没有整合GPRS无线通讯功能,所以维护起来比较麻烦,如果需要更换广告内容,就必须派出大量的人员,对需要更改广告内容的公交车内信息屏一一更改,浪费了大量的人力物力。GPRS的应用使系统实现了前所未有的高度整合,解决了目前国内现有的公交车内信息更新方式落后的弊端。通过GPS卫星定位系统和GPRS无线通信网络,公交监控调度中心可实时监控各条线路公交车位置的分布情况,并根据监控情况向有关公交车发出调度通知[2]。
1 公交车自动报站系统的组成
该系统由公交车内各终端(信息屏、腰牌等)、自动报站器、GPRS/GSM通信网络、公交监控调度中心组成。自动报站器主要由主控芯片、GPS/GPRS通信模块、LCD、SD卡、MP3解码芯片组成。整个系统的总体结构如图1所示。
图1 系统结构图
自动报站器利用自学习功能存储站点的经纬度信息到SD卡,当公交车行驶到某站点时,接收的经纬度信息与存储的某站点经纬度信息一致,就可以自动播报相应站点的站名,同时实现以下两个功能:
(1) 通过RS 485接口发送相应的信息到车内各终端,实现公交车内的控制一体化;
(2) 通过GSM网络发送公交车的状态信息(经纬度、速度等参数)到公交监控调度中心,实现公交车与监控调度中心的高度统一。
2 公交车自动报站器的硬件设计
公交车自动报站器主要以LM3S1601主芯片、GPS模块和GPRS模块为核心,搭建终端平台,他们之间通过串行通信方式连接,其余还包括电源模、MP3播放接口和SD卡接口等[3]。硬件原理结构图如图2所示。
图2 终端硬件原理结构图
2.1 电源模块的设计
电源系统对自动报站器的可靠性运行影响很大,好的电源电路能够过滤掉很多通过电源电路传入的干扰信号。
本电源模块的电源电路如图3所示。
图3 电源电路图
控制器输入电压为24 V,由于GPRS上网时的峰值电流可达2 A,所以电源芯片选用LM2596-5.0,输出电流可达3 A。采用LM1117-3.3芯片给LM3S1601、SD卡等供电,LM1117-2.5芯片给MP3解码芯片供电,MIC29302芯片输出4 V电压给GPRS模块。
2.2 SIM300C GPRS模块
SIM300C内嵌TCP/IP协议栈, 基于GSM/GPRS 900/1 800/1 900 MHz 三频,采用双列直插式板对板连接,适合车载应用。尺寸:50 mm×33 mm×6.2 mm,支持class2,通过AT指令控制,满足GSM 2/2+标准,带有RS 232电平,直接与单片机相连[4]。
2.3 主控芯片
采用TI公司的LM3S1601单片机作为控制主芯片,该芯片采用ARM Cortex-M3内核,Cortex-M3 是ARM公司最新推出的基于ARMv7 体系架构的处理器核,具有高性能、低成本、低功耗的特点。它采用哈佛结构,使用分离的指令和数据总线(冯诺伊曼结构下,数据和指令共用一条总线),处理速度明显加快。Cortex-M3只支持最新的Thumb-2指令集,免去Thumb和ARM代码的互相切换,Cortex-M3内核中集成了中断控制器,提供基本的32个物理中断,具有8层优先级,最高可达到240个物理中断和256个中断优先级。此类设计是确定的且具有低延迟性,特别适用于汽车应用[5]。具有128 KB的片内FLASH,32 KB片内SRAM,3个UART串口,2个SSI接口,2个I2C接口,完全能够满足现在的需求。
2.4 E2PROM和SD卡存储模块
E2PROM型号为CAT24C02,用来存放报站器的站号、线路、上下行、模式等必要数据,防止掉电数据丢失。SD卡存储中文站名、经纬度信息、MP3音频文件等,SD卡与单片机通过SSI0接口进行通信,采用FAT16格式的文件系统[6],支持最大2 GB的SD卡[7]。
2.5 MP3解码芯片
MP3解码芯片采用的是芬兰VLSI Solution公司生产的VS1003芯片,VS1003是一款单芯片的MP3/WMA/MIDI音频解码和ADPCM编码芯片,其拥有一个性能低功耗的DSP处理器核VSDSP,5 KB的指令RAM,05 KB的数据RAM,串行的控制器和数据输入接口,4个通用I/O口,一个UART口;同时片内带有一个可变采样率的ADC、一个立体声DAC以及耳机音频放大器[8]。
3 公交车自动报站器的软件设计及实现
由单片机LM3S1601编程实现GPS信息的接收处理,GPRS上网、建立连接、接收数据,MP3语音文件的播放,读写SD卡的内容,LCD屏的显示等功能。本系统的工作过程大致为:通过按键及GPS信息的接收进行站点的自学习;自动搜索站点,并自动报站:如果GPS模块接收到的经纬度信息与存储的某站点经纬度信息一致,则通过SSI0从SD卡中读取相对应的MP3文件,将所读取的数据流通过SSI1发送到VS1003播放器中播放,同时在LCD屏上显示相应的站号及站名,并通过GSM网络发送当前的经纬度信息到公交监控调度中心,从而实现自动报站的功能;中心主动连接自动报站器,自动报站器根据接收的通信协议的不同进行不同的操作(如实时监控、车内信息更新等)。
系统的软件组成框图如图4所示。
图4 系统的软件组成框图
3.1 报站器的主程序设计
主程序主要完成系统初始化及各个模块子程序的调用,其流程图如图5所示。
图5 主程序流程图
系统上电后进行初始化,包括:I/O口,定时器,UART、看门狗,模块(SD卡、GPRS模块、VS1003等)。系统初始化完之后,接收GPS定位信息,GPS通信协议较多,该程序采用应用最为广泛的NMEA-0183协议[9]。在此协议中包括了“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”和“$GPRMC”等格式,而本文使用的是以最简格式“$GPRMC”语句进行设计。格式如下:
$GPRMC,,,,,,,,,,,,*hh
其中为定位状态,A=有效定位,V=无效定位,当接收数据为A时,则认为GPS接收数据有效,然后进行自学习功能、GPRS处理功能、自动搜索站点功能的判断及处理[10]。
3.2 GPRS处理子程序的设计
GPRS处理子程序主要实现报站器与中心之间的通信及监控调度、信息更新功能。
中心打电话通知报站器上线,报站器接收到“+CLIP:"020********",129”,通过“ATH”挂断电话,判断是否为中心电话,如果是则建立PPP连接,连接成功后,通过TCP/IP连接中心的固定IP地址和端口号。
报站器与中心连接成功后,双方互发握手指令,如果“握手”成功,则进行通信;否则中心主动断网。
“握手”成功后,报站器接收中心下发的指令。如果为“实时监控”指令,则实时发送GPS数据,为了防止中心与报站器之间断网,双方需定时发送“心跳包”;如果是“信息更新”指令,则接收中心发送的更新信息,接收完毕后自动断网。
图6 GPRS处理子程序流程图
4 结 语
该自动报站器通过EMC及可靠性试验和现场试运行,系统功能正常、运行稳定、表现出较强的抗干扰能力和较高的可靠性,尤其GPS自动报站功能,可根据客户需要及公交线路的实际情况更改报站和预报站范围,确保了报站的准确性,提高了公交车的安全性,减轻了司机的负担,具有良好的社会经济效益。目前,系统功能正在进行部分高级功能的完善,产业化工作也正在全面展开之中。
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主要目的全面推进交通信息化建设。刚才局长就如何推进交通信息化做了一个很好的讲话，今天局党委在这里召开全局系统信息化工作会议。完全同意。几位处长也结合各自工作，做了发言，讲得都很好。下面，也就如何全面推进市交通信息化建设，谈一些自己的思考，如果有什么地方说得不够准确、不够全面，希望大家给予谅解。
一、之行的感受、感想
可以用两个字来形容—震撼”而且是发自内心的一种“震撼”市交委的信息化建设举全委之力，这次通过对市交委信息化建设实地的观赏、考察与座谈。经过了十年，尤其是近三年的全力推进，可以说不但走在国大城市的前列，而且走在全世界同类乡村的前列，对市交通带来的深刻变化和变革，很难用语言来表述清楚的这里举几个事例。
信息化建设平台的搭建、系统的建设、运营以及管理的延续、提升，第一个例子。不但满足了交通行业市场监管的需求，也为交通企业在监管、服务，尤其是经济效益的提高方面发明了非常了不起的成果。服务功能提升到乡村交通管理这一更高层面。市年初机构改革时形成了大交委，把城市道路的交通工程，包括交通信号、交通设施的组织管理交给了市交委。当然，这是一个全面复杂的系统工程，市整合了过去参与乡村交通管理的各个方面的资源，如公安交管系统、治安系统、城管系统、市政系统等多部门在道路交通方面的视频信号、线圈信号等2万多路信号，传输到市交委的智能交通平台，然后由这个平台根据每条道路的车流、人流信息和现有的道路条件，开发出道路模拟仿真系统，对道路堵塞的原因进行仿真计算机模拟处置，最后优化出交通调度运行方案。
市的公交调度指挥系统，第二个例子。达到类似于机场调度的模式，就是调度员与车辆是对应的同一大平台上，一个调度员可以实时调度大约60辆公交汽车的运行。这种做法给公交公司带来的效益是什么？就是减少了原来约名激进条件下从事管理、调度指挥的工作人员。对出租企业，对其他从事道路交通运输企业，实时管理方面，降低利息方面，作用也是巨大的交通信息化公司，由于对企业提供了良好的服务，普遍得到企业认可，交通信息公司自身也取得了良好的收益，都是运营企业根据约定和合同，自觉的去交费，因为信息化给企业带来的效益太明显了
现在行业本文来自转载请保管此标记。管理感到困难的问题，第三个例子。如监管难、取证难。这个平台上，一目了然，近年来，交通运输业快速发展，出租汽车达到一万多辆，公交车达到七千多辆，汽车修理厂发展到几千家，业务监管范围不时扩大，而相关的处室和部门的人员又没有任何增加，所以大家普遍感到人手不够，忙不过来。这种情况下，就更需要信息化来完善我监管手段，提升监管水平，同时提高服务水平。
市在其最繁华的道路之一—中山大道上建成了一条brt公交专用线，第四个例子。当初在建这个通道的时候，据说有很多人反对，事实证明当初修建brt决策是完全正确的brt建设前，中山路上运营的公交车有1700辆，建设后，运营车辆减少到800辆，brt通道里运行的一共有30多条线路，日承担客运量由原来的40万人次提高到90万人次，超越了绝大多数乡村一条地铁线的日客流量，公交车运行速度也由原来的每小时11公里提高到现在每小时23公里。brt通道里，投放多少车，车的间距是多少，哪个地方人多需要车，如何进行调度布置，都能通过智能调度系统进行实时监控。
亚运组委会的交通组织调度，第五个例子。由交委的信息公司承当，3700辆运动员、裁判员、官员用车，由信息公司统一调度，开幕式乘船入场，调度也由交通信息公司完成，必需做到分秒不差，亚委会评价，亚运会比北京奥运会的就是交通调度智能化。
让大家共同分享一下这次之行的感受，上面举了五个例子。只有身临其境，才会有这样的感受，才干体会到缺乏。两市交通现状相比较，乡村人口比多一倍，公交车有9000辆，有7000辆，但是年客运量却比我大了50%真切感受了公交车运行速度快、乘座舒适；出租车有17000辆，有11000辆，一天载客170万人次，80万人次，将近是二倍。网上有评论说不爱的十大理由，占了俩，一是公交车成了肉夹馍”二是出租车拒载。这样的情况下，给政府说，要增加公交车，完全是车辆缺乏这个因素吗？这两年“打车难”社会各界反响很大，完全是因为出租车总量不够吗？固然，总量缺乏是客观存在但是运行效率呢？为什么能比我多运许多的人呢？目前我负面评价仍然很多，运营过程中的一些随机的事件，单单靠人能管得住吗？不靠信息化的手段，能克服这些顽疾吗？不行。
从一纸空白，
二现状和问题的交通信息化建设已经搞了八年了八年来。发展到今天的状况，搭建起了平台，完成了一些项目，可以说，信息化建设取得了一定的成果，初具规模。但是与兄弟乡村比，与同等规模的乡村相比，特别是与相比，还相差甚远。
引进了北京航天智通这个从事信息化建设的公司，经过考察。成立了一家国有控股的股份公司。回来以后，也依照这种方式和构架，成立了一家公司，北京航天智通公司占了45%股份，行业参与的国有公司占了55%股份。这家公司自成立，运作了三年，取得了一些进展，搭起了一个平台，建成了一些项目。但是今天我不谈成绩，只说问题。这个公司运作到今天，已经维持不下去了即将崩盘、，这也是急迫抽出时间，去学习的原因。从的经验看，搭建这个平台，构建这个系统，没有错误的反思我工作，认为有这么几个原因：一是体制有问题。目前全国绝大多数交通局都有信息中心，而且是个事业单位，专门负责行业信息化建设、日常维护和运营，局科技处负责规划和标准的制定。但是局里没有这个机构，而把它设在运管处，由运管处成立信息中心来负责。事实证明，这是行不通的二是一些领导和同志认识不到位，认为自己对本职工作很熟悉，都是行家里手，不需要再搞什么信息化，这样在行动中就表示出不积极甚至抵触的情绪。三是现有的信息化建设过程中存在利益纠葛。直言不讳的讲，局里没有组建这个信息公司的时候，企业就有一些信息化的管理手段，局里搭建了这个平台后，肯定要冲击原有参与者的利益，特别是这个平台的搭建过程中，又进来一些参与者，形成了新的利益格局。
局里要向市委、市政府汇报，下一步。申请成立交通信息中心，为事业单位，承担市交通信息化建设的主体责任。当然，这不容易，需要一个过程，当前怎么办？局党委考虑要用行政的手段来推动这项工作，选派年富力、工作责任心、业务精的干部深入到信息公司，不拿公司任何报酬，不参与公司的内部管理，推动信息化向更高层次和更深领域拓展，如有需要，局里还要再继续选派得力干部，参与信息化建设。
也听到对交通信息公司的一些议论，前段时间。大多数都是来自于行业内的从业者，有的甚至说市局搞的信息公司是个官办公司、皮包公司，没水平，没能力，没技术，没资金，只收钱，提供不了任何服务。这次去，也把北京航天智通公司的老总请过去，也和他充分交换了意见，对这个公司的整体情况也有了更深的认识和了解。实践证明，航天智通绝不是一家没有资金、没有实力的皮包公司。航天智通公司也许诺将象对公司的投入一样，从资金、技术、人员等方面给公司更大投入，与我交通运输局携手合作，较短的时间内，使我信息公司达到水平。公司大部分管理平台和软件都是研发的现在要做的就是把它搬过来，就是一个力推动的问题。从现在起，这个信息公司作为市交通运输局一个下属单位对待，交通运输行业内原有的所有平台都只能作为交通信息化的二级平台。
过去我认为就是一个公司，一本文来自转载请保管此标记。个地方的交通信息化平台。只能通过市场化手段来运作，实际上，这个信息平台是行政监管手段和市场服务的结合，为行业监管部门提供必要的监管手段，另外也有服务企业，服务社会，服务人民大众的功能。这个公司的职能就是把行政监管手段和市场服务功能双重功能融为一体打造一个监管和服务平台。那么想推进这项工作向前发展，就必需有两只手，而且两只手都要硬，一只是行政的手，一只是市场的手。要想短时间内提高交通信息化水平，没有行业的支持，没有全行业共同的认识，没有我努力奋斗，不可能的
三、如何力推进信息化建设
对交通运输业未来发展勾画的发展愿景，今年的半年工作会上。需要我一件一件事情来踏踏实实落实的第一个举措就是二级网化建设，投资57亿元，建设644公里二级公路，这些项目现在都开工了进展顺利。第二个举措就是交通信息化建设。要打造现代交通，上水平，上台阶，唯有实现信息化不可。使我交通运输事业有“为”有“位”会后，相关单位和企业回去后都要开会研究、安排信息化建设的具体工作，结合本行业、本单位、本部门的实际，如何构建交通信息化建设上迈出新步伐。首先采取这么几项措施：
代表交通运输局督促、检查、落实各单位、各行业信息化建设情况，一是选派科技处副处长李都厚博士兼任信息公司常务副总。协调建设过程中的各类问题，局里今后还将会定期召开信息化建设会议，力推进全系统信息化建设工作。
关键词：公交调度；时间间隔；状态空间模型；状态进化矩阵；选种池
中图分类号：U491.2TP18 文献标识码：A
Abstract：An intelligent optimization algorithm with real strings based on state space model （SIA） was presented to solve bus dispatching problem in urban public transport system. The basic idea of genetic algorithm （GA） was introduced to SIA. The state evolution matrix was constructed to guide the search direction of the algorithm， then through the selection mechanism of selection pool to approach optimal solution. This algorithm and GA were applied to the public transport optimization dispatching problem. Mathematical model was set up by considering the time interval，and the benefit maximization of enterprises and passengers. The results of example simulation show that SIA is better than GA in optimization accuracy and amount of calculation.
Key words：pubic transport dispatching；time interval；state space model；state evolution matrix； selection pool
1 引 言
随着现实世界中交通拥堵情况日趋严重，调节城市公共交通运营工作成为舒缓交通状况、改善城区生活质量的重要手段之一。城市公共交通运营工作可以转化为公交优化调度问题进行处理，而本文以公交线路发车间隔的设定来进行公交优化，即要求在一个调度周期（公交线路一天的运营时间）内，根据车流情况，在满足整体社会效益和经济效益的情况下，优化各时段的发车时间间隔，以使得公交公司和乘客花费成本最低。随着对公交优化调度问题研究的不断深入，国内外许多学者提出了大量方法来解决该问题，取得了一定的成果。如Qing和Han[1-2]等人从发车间隔对公交系统的影响出发，提出用遗传算法进行公交车发车时间间隔优化；Gong和Cheng[3-5]等人了改进型遗传算法用以优化发车频率问题；文献[6]通过两种算法融合，采用优势互补的特点为优化公交调度问题提供了一种有效途径；文献[7-9]则分别介绍了不同算法在求解公交调度问题最优解过程中的方法。
以上所提及的优化方法对于本文进行优化公交车调度问题具有重要的指导意义。本文提出一种基于离散系统状态空间模型的实数编码智能优化算法[10]。由于状态空间模型的引入不仅能把种群信息以最小信息形式描述出来，而且还能清楚显示算法迭代寻优过程中个体的状态变化，因而该模型可以将问题的求解过程表示为动力学求解过程。基于此，该算法通过构造一个状态进化矩阵来替代遗传算法中的交叉与变异算子功能来产生一组进化解。通过选种池的选择作用产生较优解。相比于遗传算法易陷入早熟停滞、计算量大和局部搜索能力差等缺点[11]，本文提出的算法具有计算量较小、计算精度较高、计算速度较快等特点。最后给出一个公交车发车时间间隔优化实例，仿真结果验证了这种算法的有效性。
2 基于状态空间模型的智能优化算法
2.1 概述
近年来，国内外有不少学者热衷于用不同的方法来解决公交调度优化问题。其中，遗传算法成为人们寻求解决优化问题的重要途径，它通过迭代执行选择、交叉、变异三个遗传算子的遗传操作，使问题的解逐步向最优解方向靠近。本文提出的基于状态空间模型的实数编码智能优化算法是一种以离散系统状态空间模型为基础，引入遗传算法理念的优化算法。它将实数编码问题的解方便地以状态空间模型的方式表示，使得问题的求解过程更直观、高效。
基于状态空间模型的智能优化算法将问题的求解过程表示为离散系统的动力学求解过程，即X′（k+1）=GX（k）（1）其中，状态向量X（k）表示为第k代群体，它是一个N×M矩阵（N表示为种群中个体总数量，M为每个个体包含的变量数）。G为状态进化矩阵（N×N方阵），G的构造是本算法研究的核心内容，可以依照遗传算法的基本思想构造。本文以遗传算法的基本理念构造G，此矩阵替代了在遗传算法中起交叉、变异的遗传操作。本算法采用在约束范围内随机生成的方式来产生初始群体X（0），再通过G矩阵生成群体X′（1），即种群X（k）通过G矩阵生成新的种群X′（k+1）（k=0，1，….）。在种群X′（k+1）中判断其个体是否满足算法约束条件，若不满足，则需进行约束处理，再将包含X（k）与X′（k+1）的共2N个投入选种池。选种池是依照遗传算法中优胜劣汰的思想启发而设计，通过计算2N个个体适应度函数值选择适应度值较大的N个个体组成新一代群体X（k+1），再置X（k+1）为X（k），如此循环迭代，直到满足停机条件后结束，如图1所示。
3 SIA用于公交优化调度
3.1 公交优化调度问题的数学描述
1）模型假设条件
公交发车时间间隔模型的建立要考虑到多种因素的影响，如公交公司满意度、乘客满意度、运行环境等。在同一时段内，若发车间隔较短，公交公司发车次数较多，平均每辆车的载客量减少，环境污染指数升高，不利于公交公司的经济效益和社会效益；若发车间隔较长，乘客平均等待时间较长，乘客的时间损失较大，会影响乘客的情绪，车内人流拥挤，也会影响乘客的舒适度，从而进一步影响乘客一天的生活和工作质量，乘客损失费用较高；若公交车运行环境拥挤，平均每辆车走完全程耗时相对较多，影响公交公司和乘客的整体利益，应适当的调整发车间隔，以舒缓城市交通环境。综上所述，本文对此模型作如下假设：
（1）公车各时段运行环境良好，且营运期间无特殊状况发生；
（2）公车运行期间为恒速行驶；
（3）公车额定载客人数相同；
（4）公车运营一趟的成本为固定值；
（5）同一时段公车发车频率相同；
（6）各时段内到达站点的乘客服从均匀分布；
（7）将乘客上下车时间算入等车时间；
（8）全程实行统一票价，票价2元/人。
2）数学模型的建立
从以上仿真结果可以看出，在α=0.7的情况下，即充分考虑公交公司利益时，发车间隔明显比其他两种情况大；α=0.3时，充分考虑乘客利益，发车间隔明显比其他两种情况小，符合现实情况。同时，根据表2中的客流情况可以看出，时段1和时段4的客流量相对较大，在仿真结果中，这两个时段的发车间隔整体较其他时段小，达到了根据客流合理分配发车间隔的目的。对比GA和SIA优化的发车间隔及其对应的目标函数，可以看出SIA的优化结果明显优于GA，SIA有效性得到验证。
相较于传统遗传算法，SIA的优势在于，通过状态空间模型中矩阵的乘法操作来搜索可行域区间，替代了GA的交叉和变异操作，也在一定程度上减小了算法的计算量。同时，SIA采用实数编码，虽然需要对连续的可行域区间进行离散化，但离散化的计算量较小。而一般情况下，GA采用二进制编码，编码长度决定了算法的寻优精度，精度要求越高，算法编码越长，过长的二进制编码在解码的过程中大大增加了算法的计算量，影响算法效率。故在对寻优精度要求更高的情况下，SIA的优势更加突出。
5 结 论
本文针对公交车调度优化中传统智能算法的不足，提出了一种基于离散系统状态空间模型的实数编码智能优化算法。主要分析了SIA相较于GA在寻优精度和计算量方面的优势。仿真结果表明，在相同的算法条件下，SIA的优化结果明显优于GA，验证了SIA的有效性。参考文献
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Abstract： This paper is aiming at the characteristics of new energy bus and the problems of public transport information construction， based on data sharing， battery monitoring and charging schedule of new energy vehicles as the focus， it is setting up the function system of intelligent dispatching system of new energy vehicles， security and improve the efficient use of new energy bus.
P键词： 公交智能调度系统；新能源；公共交通；调度
Key words： public transport intelligence dispatching system；new energy；public transport；dispatching
中图分类号：U491.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）15-0128-03
1 新能源公交车应用背景
作为国家七大新兴战略产业之一，节能与新能源汽车是实现中国制造2025以及汽车产业转型升级的重要战略支撑。从“十五”期间开始，我国针对新能源汽车开始进行大规模研发，通过“十五”奠定基础、“十一五”进行布局、“十二五”重点立项，中国新能源汽车已经从示范考核阶段发展到产业化启动阶段。
2015年11月10日，工信部与财政部、交通部联手制定了《新能源公交车推广应用考核办法（试行）》，加快了新能源汽车在公交行业的使用步伐。各地方政府随之加大了新能源汽车推广的力度，如2016年4月18日，广东省正式公布了《广东省人民政府办公厅关于加快新能源汽车推广应用的实施意见》，提出珠三角地区要成为全国纯电动公交车推广应用的示范区域。深圳市计划在2017年公交全部使用纯电动大巴。因此，城市公交企业使用新能源汽车势在必行。
2 新能源公交运营信息化中存在问题
2.1 新能源公交使用中存在的问题
国内外新能源汽车的研发和试用已有较长时间，但量产化和规模推广却始终举步维艰，推广新能源汽车面临动力电池容量不足而价格高、充电桩配套不足、缺乏可持续的商业模式等着多方面难题亟需破解，在运营过程中主要存在以下问题：
①车辆技术的不稳定性制约公交运营。
纯电动公交车辆处于技术的起步阶段，以动力电池为主的关键零部件技术还难以达到安全、可靠运营要求，在运营过程中需持续监控其技术状况，积累技术数据。
②电池的续航能力制约公交的运营效率。
新能源车辆续航能力有限，充满电一次的运营里程约为150-180km，达不到公交车日运营里程220km以上要求，需在运营过程中安排充电。而充电设施不足与布局不合理，导致对动力电池的监控与充电调度必不可少。
③运营的复杂性。
新能源公交运营模式有别于传统公交，除需考虑线路本身的情况外，还要综合考虑车辆的续航里程、充电站布局、充电桩的使用情况等。因此，要保证新能源公交车的高效使用，必须建立高度信息化的调度系统。
2.2 公交信息化过程中存在的问题
①信息孤岛严重。
在公交企业信息建设过程中，以业务版块为导向进行信息化建设，缺乏统一的规划和技术标准，无统一的数字化基础数据及承载平台，线路、车辆、人员等数字化基础信息各自采集，信息孤岛现象严重，已经成为公交企业业务流程信息化的瓶颈。
②核心生产业务信息化程度低。
由于公交属传统劳动密集性行业，在公交运营各环节基本上沿袭了传统的手工操作，信息化建设还处于初级阶段，如采用人工录入表格来传递作业计划，投入的车载设备及其配套的调度软件系统由于没有与作业流程进行融合，在生产组织中并未发挥期望的作用。
③日常运营监管和应急指挥手段单一。
公交日常运营监管和应急指挥主要由总公司和各运营分公司相关人员按照工作流程和经验，通过电话、现场指挥等传统人工方式进行，缺乏有效的应急联动手段与工具。
④对于日常管理和决策辅助不足。
公交企业的数据和信息的集成范围广、内容多，但分散的信息平台难以支撑运营组织与信息的一体化趋势，大量的运营基础数据仅作为存档和统计用，缺乏数据挖掘、决策辅助功能。
3 新能源公交运营信息化系统建设的目标
3.1 新能源公交的运营调度模式
实现公交高效运营的核心是对运动中的公交车辆进行实时监控和调度，借鉴公交信息化经验，新能源公交信息化系统建设应以智能调度为核心，建立包括新能源车辆状态监控在内的远程集中调度模式，如图1所示。
3.2 新能源公交信息化系统建设目标
针对新能源公交运营需求，新能源公交智能调度系统的建设目标为：“五个平台（数据综合共享平台、集中调度平台、综合监控平台、应急指挥平台和信息平台）、一个系统”（辅助决策系统）。
①数据综合共享平台。
数据综合共享平台是公交企业信息化建设和推广的重要基础平台，要统一数据标准，整合人力资源系统、运营统计系统、车辆档案等现有系统，实时共享数据，消除信息孤岛，建成整个企业资源的基础数据共享平台，实现日常作业数据的实时更新、汇集、处理和分析。
②集中调度平台。
实现智能调度的重要标志是远程集中调度，通过调度平台进行行车监控和实时调度，同时监控车辆动力电池的电量、充电设施的使用情况，支持调度平台与车载终端进行信息交互，实现不同线路调度员在统一的调度平台上对车辆进行远程集中调度以及车辆充电调度。
③综合监控平台。
综合监控平台包括行车监控、地图监控、车厢视频监控和场站视频监控等，利用统计图表、视频图像、实时数据分析等方式，分层级监管线路运营情况，如基础资源、运营状况、服务质量、实时路况、视频图像等。
④应急指挥平台。
应急指挥是公共交通运营调度水平的重要指标，通过智能调度系统实时掌握车辆运行信息、路况信息以及相应的视频信息等应急所需信息，下达应急指令，监控应急车辆、人员的工作过程和应急事件的完成情况。
⑤信息平台。
在监控指挥平台和数据共享平台的基础上，建设一个对外信息平台，面向上级主管部门和行业监管部门、大交通应用和信息联动、公众（包括企业内、社会公众和乘客）等三个层面运营信息，服务于公交出行。
⑥辅助决策系统。
在收集运营监控和应急响应数据的基础上，利用数据挖掘技术，建立针对公交运营的辅助决策数据模型，包括行车作业计划编制模型、运营状况评估模型和线网评价模型等，持续改进公交运营效率。
总体上来看，数据共享是基础，日常监控、集中调度和应急指挥是目的，信息和辅助决策是提升。针对新能源公交车辆，重点要对新能源公交车辆的技术、动力电池、充电设施设备等情况进行实时监控采集，并与运营调度、应急指挥等子系统实时共享。
3.3 智能调度系统构架
根据智能调度的建设目标，公交信息化系统应以智能公交调度系统为核心子系统，集成公交企业现有或正在建设的单独业务信息系统，实现子系统间数据有效对接和共享，提升整体信息化程度，系统功能体系如图2所示。
4 新能源公交信息化系统建设的关键点
借鉴公交企业的信息化建设成功的经验与教训，在新能源车辆的公交信息系统建设过程中，需要把握以下关键点：
4.1 数据共享中心建设
数据共享中心是集成、处理和分发公交企业基础数据和业务信息的枢纽，有别于常规动力公交车辆，新能源公交信息化系统要突出车辆技术、动力电池以及充电设备的监控。
信息采集层主要由车辆信息系统（含电池电量）、停车场信息系统（充电设施使用情况）、站点信息系统（包括终点站、枢纽站、中途站等）、客流集散点或重要地点地段信息采集系统组成；信息处理主要由数据中心来完成，包括数据服务、通信服务、业务数据处理服务等；信息主要是对内信息的利用（服务于日常运营和生产作业等日常管理）和对外作为行业、社会公众信息平台的信息来源。功能结构如图3所示。
从图中可以看到，统一集成的数据由综合业务处理模块结合基础数据，形成内部业务数据流后，直接发送到实时信息服务和统计分析服务进行分析和处理，再结合GIS服务、数据同步服务，形成数据中心对上层应用和各个外部应用的综合数据服务平台。
4.2 电池状态监控与充电调度
在新能源车辆的信息化系统建设中，须导入动力电池监控系统，更好地为新能源车辆公交运营提供支持与服务。动力电池监控系统与智能运调系统相结合，实时采集新能源公交车辆运行数据（包括动力电池衰减趋势、充电时间、百公里电耗、续航里程、故障频率和种类等），服务于日常的运营组织，同时积累的运营数据为制定行业标准、扶持政策等提供数据支撑。
系统至少具有三大功能：①监测整车充电与行驶中动力电池实时性能；②监控联网充电机运行状况及使用情况；③根据电池电量、充电设施使用情况以及线路运营计划，合理安排车辆充电等。
动力电池监控系统与充电调度系统将车辆、动力电池、充电设备系统地联接起来，在保证电池电能满足运营需求、提高充电设施使用效率的同时，建立电池系统安全体系，一旦出现设备故障或电池性能超出设定阀值，系统将在第一时间作出反应，及时启动相应保护措施。
5 结语
建立一体化、数字化的公交信息系统对于提升车辆运营效率、推动新能源汽车产业可持续发展有着深远意义。在新能源公交信息化过程中，不能是技术的简单堆砌，系统规划以及企业管理制度与信息化系统的匹配需要建设过程中不断思考完善。
参考文献：
[1]滕靖，杨晓光.城市公交监管信息系统需求分析与功能设计[J].城市交通，2010，5.
[2]王可平.城市公共交通信息系统的构成与实践[J].城市公共交通，2000，5.
[3]陈茜，陈学武，王炜.城市智能公交中的信息采集与整合[J].城市公共交通，2003，5.
