（交通信息工程及控制专业论文）快速公交BRT智能系统研究.pdf

摘要 快速公交系统作为一种新型的客运模式，以其工程投资少、建设周期短、环境污染 小、运输效率高等优点而被认为是解决城市交通拥堵问题的有效方式之一，并在世界范 围内得到成功地推广和应用。国内对其研究起步较晚，目前尚未形成比较完善的理论体 系，其研究热点主要集中在线路规划设计、通行能力分析、运营管理方式、公交车辆技 术及国外实践经验等方面，对快速公交智能化管理技术的关注程度不高。 本文依托由中国土木工程学会城市公共交通学会主持的建设部2 0 0 6 年科学技术项 目：巴士快速交通技术运营研究( 0 6 一k 4 - 3 8 ) ，对快速公交智能系统进行了重点研究， 从快速公交系统的主要特征出发，总结出快速公交智能系统的基本定义，分析了快速公 交智能系统的设计目标，归纳了快速公交智能系统的主要功能，并在此基础上建立了快 速公交智能系统框架结构和集成模型；根据国内外快速公交系统的研究与发展状况，针 对快速公交智能系统的几个重要问题公交车辆定位、信号优先控制及行车计划编制 展开研究，给出了基于射频识别技术的车辆“点式定位系统和信号优先控制系统、基 于费舍尔算法的快速公交行车计划编制方法，可有效提高快速公交系统的运管水平和服 务质量；最后对大连市快速公交示范线智能系统设计进行了概要性说明。本文研究内容 对快速公交系统在我国的推广和应用具有一定的参考价值。 关键词：公共交通；快速公交系统；车辆自动定位；无线射频识别；信号优先控制； 公交运营调度 a b s t r a c t a san e wp a s s e n g e rm o d e l ，t h eb u sr a p i dt r a n s i ts y s t e mi sc o n s i d e r e da so n eo ft h e e f f e c t i v ew a y st os o l v et h ep r o b l e mo fu r b a nt r a f f i cc o n g e s t i o n ，w h i c hh a sa d v a n t a g e so f s m a l li n v e s t m e n tp r o j e c t s ，s h o r tc o n s t r u c t i o np e r i o d ，l e s sp o l l u t i o n ，h i g h e rt r a n s p o r t a t i o n e f f i c i e n c y ，a n dh a sb e e ng o ts u c c e s s f u lp r o m o t i o na n da p p l i c a t i o ni nt h ew o r l d t h es t u d y o n b r th a sju s tb e g u ni no u rc o u n t r ya n dn o tf o r m e dc o m p l e t et h e o r ys y s t e m a tp r e s e n t ，t h e s t u d yc o n t e n tm a i n l yc o n c e n t r a t eo nl a n e sp l a na n dd e s i g n ， r o a dc a p a c i t ya n a l y s i s ， o p e r a t i o n & m a n a g e m e n ts t r a t e g y ，b r tv e h i c l et e c h n o l o g ya n dp r a c t i c a le x p e r i e n c ea ta b r o a d ， h o w e v e rt h eb r t i n t e l l i g e n tm a n a g e m e n tt e c h n o l o g yi sn o tp a i ds u f f i c i e n ta t t e n t i o n t h i sp a p e rf o c u s e so nb r ti n t e l l i g e n ts y s t e m ，w h i c hr e l y e do ns c i e n c e & t e c h n o l o g y p r o j e c t so fm i n i s t r yo f c o n s t r u c t i o ni n2 0 0 6 ：t h es t u d yo nb r tt e c h n o l o g y ( 0 6 一k 4 3 8 ) ， s u m su pt h ed e f i n i t i o no fb r t i n t e l l i g e n ts y s t e m ，a n a l y z e st h ed e s i g n i n go b je c t i v eo fb r t i n t e l l i g e n ts y s t e m ，c o n c l u d st h ef u n c t i o no fb r ti n t e l l i g e n ts y s t e m ，e s t a b l i s h e sf r a m e w o r k a n di n t e g r a t i o nm o d e lo fb r t i n t e l l i g e n ts y s t e m a c c o r d i n gt ot h er e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t o fb r ta th o m ea n da b r o a d ，t h i sp a p e rs t u d y ss e v e r a lk e yp r o b l e m si n c l u d i n gb r tv e h i c l e p o s i t i o n i n gt e c h n o l o g y ，s i g n a lp r i o r i t yc o n t r o l l i n gt e c h n o l o g ya n dt r a v e lp l a no r g a n i z i n g s t r a t e g yt e c h n o l o g y ，p r e s e n t sb r tv e h i c l e “p o i n t p o s i t i o n i n g ”s y s t e ma n ds i g n a lp r i o r i t y c o n t r o l l i n gs y s t e mb a s e do nr a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o nt e c h n o l o g y ，p u t sf o w a r db r t t r a v e lp l a no r g a n i z i n gs t r a t e g yb a s e do nf i s h e ra l g o r i t h m ，a l lo ft h e mc a ne f f e c t i v e l yp r o m o t e o p e r a t i o nm a n a g e m e n tl e v e la n dq u a l i t yo f s e r v i c eo fb r t f i n a l l y ，i l l u s t r a t e st h eg e n e r a l s p e c i f i c a t i o no fd a l i a nb r ti n t e l l i g e n ts y s t e me n g i n e e r i n gd e s i g n t h i sp a p e rh a sc e r t a i n r e f e r e n c ev a l u ef o rt h ep r o m o t i o na n da p p l i c a t i o no fb r ti no u rc o u n t r y k e y w o r d s ：p u b l i ct r a f f i c ；b u sr a p i dt r a n s i t ( b r t ) ；a u t o m a t i cv e h i c l el o c a t i o n ( a v l ) ； r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ( r f i d ) ；s i g n a lp r i o r i t yc o n t r o l l i n g ；p u b l i ct r a f f i cd i s p a t c h i n g 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 彳 王t 扩长 ， 支卯g 年多月弓e l 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 王、矿飞 珊多年多月弓日 导师签名： 美可 力口孑年月： 日 长安人学硕i ：学位论文 第一章绪论 1 1 课题研究背景 自1 9 7 4 年巴西库里蒂巴( c u r i t i b a ) 建成世界上第一条快速公交线以来，各种类型的 快速公交系统( b u sr a p i dt r a n s i t ，b r t ) 在国际间得到了广泛的应用，快速公交系统正在 开创城市公共交通大容量、低成本、环保型的新时代，并逐渐成为全球城市公共交通业 的发展方向。国外实践证明，快速公交系统能够满足公共交通可持续发展的要求，是 提高公共交通服务水平和运营效益的优选方式之一。联合国人居署( u n - h a b i t a t ) 、世界 银行( t h ew o r l db a n k ) 、国际能源机构( i e a ) 以及国际公共交通联合会( u i t p ) 等国际组 织，都将其作为解决城市公共交通问题的革新性方案并积极向世界各大城市推荐。 2 0 0 4 年3 月6 日，建设部等六部委联合发布了关于优先发展城市公共交通的意见 ( 建城( 2 0 0 4 ) 3 8 号) ，提出了我国近期优先发展城市公共交通的主要任务、基本目标和 相关意见，并指出了“因地制宜发展大运量快速公共汽车系统”的思路，由此揭开了快 速公交系统在我国发展的序幕；2 0 0 7 年6 月3 日，国务院公布了由发改委会同有关部门 制定的节能减排综合性方案，提出“优先发展城市公共交通，加快城市快速公交和 轨道交通建设 ，这是把优先发展公共交通，尤其是快速公交和轨道交通作为全国节能 减排的一项重要工作和措施。 当前，我国快速公交系统建设还处于起步阶段，研究符合我国城市特点的快速公交 系统理论迫在眉睫瞳1 。 1 2 课题研究现状 以南美城市( 库里蒂巴、波哥大等) 为代表，在公交专用道( 路) 基础之上提升形成的 快速公交系统，已成为城市公共交通的主要客运体系之一，在国外已遍布于众多国家， 并有很多成功的案例，与之相关的技术与理论研究也相当广泛口 6 1 。虽然快速公交系统 的概念引入国内的时间不长，但其技术经济特性已逐渐为我国政府和科研机构所重视， 针对快速公交系统的理论研究才刚刚丌始。 1 2 1 国外研究现状 美国于2 0 世纪3 0 年代首先提出了快速公交系统的有关概念。国外对快速公交系统 的研究与应用是在城市化的实践过程中不断完善的，并与土地使用的发展模式紧密相 关，其研究过程大致可分为以下几个阶段n 1 。 11 9 3 0 年1 9 7 5 年对快速公交系统的设想与早期研究阶段 这。阶段的设想r j 探索以美l 蚓为代表，茭嘲对快速公变系统研究是鳗于对高速公路 功能的深刻认识j 绐台利用，其服务对致在相当长的时问内土要针对城市外围中、低人 口密艘地区，并更多地荚注十快速公交系统醴施方面的问题。 21 9 7 5 年1 9 9 0 年快速公交系统实践及其与土地使用相衔接的理论研究阶段 2 0 世纪7 0 年代中后期，拉美的许多发展中国家城市则结台自身的特点，肝始建立 以b r t 为骨架的公共交通系统，巴西的库里蒂巴是其中的典型代表。 真j 下意义上的快速公交系统于1 9 7 4 年诞7 卜于巴西的库早蒂巴。在前市长、著名建 筑没计师杰米莱纳( j a i m e l e m e r ) 的领导下，库市变通研究人员大胆丌发井付诸实施了 一种新型城市客运方式用修建城市轨道交通十分之一的造价求建设具有其运营特 性的快速公交系统( 见图1 1 ) 。通过3 0 余年的逐步研究和故进，库市的快速公变系统网 络r 趋完善，已成为世界各圉学习借鉴的典范。 图11 库里蒂巴快速公交系统 31 9 9 0 年至今快速公交系统的全面发展和推广阶段 自2 0 世纪9 0 年代扫j 开始随者拉美- 陕速公交系统的成功应用，在世界范围内掀起 了建设、研究快速公交系统并将其纳入城市公共交通体系的热潮。目前，除南美和北荚 的城市广泛丌展了快速公变系统的矬醋外，欧洲、大洋洲及虹洲的许多域市电l 经开始 或j ：在着 进 ，快速公变系统的工程实施及网络规划，如英刚的利兹( l e e d s ) 、法斟的 t “( l y o n ) 、俯兰的埃l 飘键温( e i n d h o v e n ) 、澳大利亚的布驻斯班( b r i s b a n e ) 、n 奉的名 k 五 擎m l k 沦史 古屋( n a g o y a ) 、韩国的首尔( s e o u l ) 、印度尼西弧的雅加逃( j a k a r t a ) 等都先后建设了快速 公交系统。 图12 哥伦比亚“新世纪公变” 通过应用高新技术，快速公交系统的运载能力得到进一步提高，如哥伦比亚首都波 哥大( b o g o t a ) 历时i 年建成的一条被誉为“新世纪公变”的快速公交线路( 见图12 ) 就 采用了先进的智能化系统。固外快速公交智能系统的应用情况( 部分) 如表i1 所示，运 营效粜如表1 2 所示。 表i1国外快速公变智能系统应用情况 库市的b k t 成 l 口动售检票系统1 视频监控系统 为世界成功案 2 运营调度管理系统 2 运营调度管理系统 主 例，并不在丁其 3 电子站牌3 电f 站牌 1 自动冉检票系统 监采r 高新拄 4 车站乘客信息服务4 车站乘客信息服务 2 运营调度管理系统 技术，整体的城市 5 语音转换系统 3 车站乘客信息服务 术 变通规划，十 4 车内乘客信息服务 6 监控、数据采集系统 地使用政策才 7 客流自动统计系统7 信号优先控制系统 是成功的l 表12 国外快速公交系统运营效果 122 中国研究现状 我国在2 0 世纪9 0 年代开始引入快速公交的概念，陆锡明、陈必壮于1 9 9 4 年提出 通过设立封闭式快速公交运营系统来缓解市区乘车难的新设想”l = 而直到2 0 0 3 年，b r t 返个舶柬词才第一次 现在中国巴士与客车年鉴图书( 重庆电子音像出版社，2 0 0 3 ) 卜：2 0 0 3 年第1 期城市交通杂志系统地阐述了b r t 的基本思想和原则”。国内对 快速公交系统的研究犬体上呵分为两个相互交错的阶段”+ 。 1 1 9 9 4 年2 0 0 2 年快速公交系统的概念引入和理论研究的萌芽阶段 在这时艄，随着快速公交系统存j 界彳匹田内的发展和推f 。，起了固内变通界的 关注和重视，也肯很多介绍国外快速公交系统发展历史与实践经验的文章公”发表。在 坤论探索方面，固内首先外展的是对公交用道的引入和研究。 1 9 9 4 年昆明与苏黎士丌始交逋舰划合作，在国内最早明确提出“公交优先”的交 通发展政策“；杨晓光、马林( 1 9 9 7 ) 提出新型公共汽车专用道( 路) 的概念，研究，城市 公交专用道( 路) 的设计要点及优先控制管理系统1 ；胡润洲| 为城市公共交通专用道 ( 路) 是提高大城市公交运输水平的重要途径“”；1 9 9 9 年4 月，昆明建成首条现代公交专 用道，在中国蛀早开始了快速公交系统的实践“。 2 2 0 0 3 年至今快速公交系统的深a 研究和技术推广与实践阶段 2 0 0 3 午3 月，北京市交通委员会在京举办了“北京快速公交发展战略研讨会”并 邀请了包括有“快速公交之父”之称的巴西库旱蒂巴前市长杰米莱纳等国内外专家， 探讨在北京实施快速公交项目的必要性和可行性，这是国内快速公交发展史上的一个重 要里程碑1 。国内外专家针对b r t 在中国城市的发展进q y z r 广泛的讨论，为其在国内 的深入研究和推广实践奠定了坚实的基础。 目前，国内对快速公交系统的认识逐步得到统，并将其视为提供高效服务的“绿 色交通”系统和缓解城市交通供需矛盾的有效手段有关快速公交系统的理论研究j 下在 深入展开。我国快速公交系统发展实践情况综述如下： ( 1 ) 台湾 图l _ 3 中国台北快速公立系统 陕速公受系统近年柬在囡酥川受到推崇，台湾也在2 0 0 2 年开始大力推厂快速公交 系统的规划舰念“。- 存1 9 9 6 年，受大众捷运系统施工阶段的交通影响台北市政府 即同时推动8 条公交专用道建设( 弛图1 3 ) ，成效硅著。台中、高雄于1 9 9 9 年也分别进 行了快速公交系统规划。 ( 2 ) 北京 2 0 0 5 年1 2 月3 0 同，国内第条真正意义上的快速公交线北京南中轴路快速公 交1 号线( 见图14 ) 全线通车并投入运营1 。作为中国交通艄堵最严重的城市之一，南 中轴快速公交系统的建设在于探索一种能改善北京公共交通系统的新型和高效方式。 北京前政府对快速公交系统建设十分重视，目前已计划在2 0 0 8 年6 月酊丌通安立 路和朝阳路两磊快速公交线，同时坯将开始研究广渠路、阜石路快速公交系统方案和南 中轴路快速公交线南延至办庄的方案。 图14 北京南中轴路快速公交线 ( 3 ) 杭州 杭州快速公交b l 线( 见图15 ) 是圈内第二条真诈意义上的快速公交线“，于2 0 0 6 年4 月2 6 日开通运营。到2 0 2 0 年，杭州将建成由1 1 条线路总计1 8 3 公里的快速公交 线嘲，其中城市中心区( 以武林广场为巾心，半径五公单范围内) 的快速公交，平均速度 为2 0 公里川、时，非中心区平均速度为3 0 公里小时。 圉15 杭州快速公交b l 线 ( 4 ) 常州 2 0 0 8 年1 月l 同，国内第。条真i f 意义上的快速公立线常州快速公交号线( 见 吲l6 ) 正式丌通运行。常州速公变号线全长2 37 7 公曜，是圈内第个“中央侧式 站台”快速公交项日，将为快速公交的发展提供有益经验。 国i6 常州快速公交一号线 ( 5 ) 其他 今后5 年内，国内将有l o 座以上的城市建成快速公交系统，预汁其总长度将达到 3 0 0 5 0 0 公啦，同客流量达到2 0 0 4 0 0 万人次。 我国快速公交智能系统的应用情况( 部分) 如袁13 所示，运营效粜如表l4 所不。 表l3 妻国快速公交智能系统应用情况 i 电子售检染系统 1l u 于售检票系统 2 视频监控系统 2 视频监控系统 1 电子售检票系统 3 运营调度管理系统 3 运营调度管理系统 2 视频监控系统 土 1 电于票证系统4 电于站牌 4 电子站牌 3 逅营调度管理系统 要 5 乘，弈信息系统 4 电子站牌 技 2 乘客信息系统5 乘客信息系统5 乘客信息系统 3 公交信息平台6g p s 6g p s 术 8 客流自动统计系统 8 安全门控制系统 7o i s t 9 信号优先控制系统 8 违章抓拍系统 9 信号优先控制系统9 信号优先控制系统 1 0 周界防范系统 表1 _ 4 我国快速公变系统运营效果 1 3 课题研究意义 在世界诸多城r h 建设快速公交系统的大力影响和我国相关政策的有力推动下，国内 交通界和各大城市开始把快速公交系统推到了缓解城市变通压力的前台，但如何在中国 特定的城市变通环境中，实施“公交优先”战略并取得良好的效果，是其有重大现实意 义的课题。快速公交是落实“公交优先”政策的最高形式，其核心理念是将城市有限的 道路资源，优先分配给人均道路使用效率更岛的公拄变通，以确保公菸交通的服务水平， 长安大学硕i j 学位论文 吸引更多的出行者采用公共交通方式出行。因此，起源于南美洲的快速公交系统对我国 城市交通发展有着很高的借鉴价值。 尽管国外在快速公交系统领域已经取得了大量的研究成果和丰富的运营经验，但由 于国内外环境条件和交通特点存在诸多差异，因此，有必要在借鉴国外成功经验和现有 理论的基础上，针对我国国情尽快建立一套切实可行的快速公交系统理论方法体系。 1 4 课题研究内容 快速公交系统在中国是一种相对新型的城市公共交通形式，除台湾地区建设较早 外，国内主要大、中城市也只是在近几年才逐步开始关注、规划或建设的。国内对其研 究起步较晚，其研究热点主要集中在线路规划设计、通行能力分析、运营管理方式、公 交车辆技术及国外实践经验等方面。 国内研究较少涉及到快速公交智能系统，而其又是快速公交成功运营的重要保障， 目前对于如何利用智能系统实现快速公交的运营管理尚未有完备的理论基础。本文依托 由中国土木工程学会城市公共交通学会主持的建设部2 0 0 6 年科学技术项目巴士 快速交通技术运营研究的部分阶段性研究成果，并结合大连快速公交示范线工程建设， 侧重于对快速公交智能系统的研究，以便为今后进一步的研究并形成完整的快速公交系 统理论体系奠定基础。 本文共分七章，主要内容如下所述： 第一章介绍了课题的研究背景、研究现状、研究意义及研究内容； 第二章论述了快速公交系统的基本理论，包括其定义、特征、优势、本质及意义等； 第三章对快速公交智能系统框架进行了研究，包括其基本定义、设计目标、主要功 能、框架结构、集成模型等； 第四章对快速公交车辆的定位技术进行了研究，包括快速公交车辆的定位需求、常 用公交车辆定位方法、快速公交车辆的定位解决方案，给出了基于射频识别技术的快速 公交车辆“点式定位 系统； 第五章对快速公交信号优先控制策略进行了研究，从功能需求、技术层面对其进行 了分析和探讨，给出了基于射频识别技术的快速公交信号优先控制系统； 第六章对快速公交行车计划编制方法进行了研究，并根据费舍尔算法完成了快速公 交行车计划编制方法； 第七章以大连市快速公交示范线工程建设为背景，对示范线智能系统设计进行了概 要性说明。 7 长安大学硕l ：学位论文 本文研究路线如图1 7 所示。 图1 7 论文研究路线 8 第二章快速公交系统基本理论概述 2 1 陕速公交系统的基本定义 快速公交系统亦称巴士快速交通”它结台轨道交通的运营模式及常规公交的自身 特点，采j j 先进的公交车辆和优良的服务设施通过专用道路空f i i j 并配台智能交通技术， 为广人乘客提供舒适、便捷、高效、优质的服务，是一种高品质、高规格、高效率、低 能耗、低污染、低成本的新型公共交通形式它既具备了轨道交通的固有特点( 高容、 快速) ，又保持了常规公变的传统优势( 灵话、经济) ，是提高交通运输效率、解决交通 拥挤、减少交通污染、降低建设投资、缩短建设周期的有效途径，因此，很多国家称其 为“轨道式的公共汽车交通”( “t h i n kr a i l ，i i s e b u s ”) 1 ”或“地面上的地铁”。 快速公交系统的投资及运营成奉比轨道交通低，而运营效果接近j 轨道变通，是 种服务介干轨道交通和常规公交z 问的公共交通模式，属于绿色交通( g r e e nt r a n s p o r t ) 方式。在建设资源节约型、环境友好型社会的背景下，大力发展快速公交系统是落实“公 交优先”战略和“节能减排”工作的重要举措。 2 2 快速公交系统的主要特征 不同的城市在发展快速公交时，基本结合了本地的具体条件和客观需求，采取的方 式也不尽相同，因为快速公变本身就具有很大的灵活性。通过合理规划、精心设计和充 分运用智能变通技术，快速公变系统能够为乘客提供快速、舒适、高效、便谴的客运服 务，其主要特征表现在以下几个方面： 1 路专用龉权 快速公交的运营速度与能力卡要取决于公交专用道的设置方式( 见图21 ) ，全封闭 的公交专用道享有绝对的道路使用权，可以避免j 其它社会车辆混合使用，实现快速公 交车辆在空间通行权上的优先。 图2l 快速公堂专用道( 路 2 车新型公交车 快速公，芷车辆具有大容肇、低地板、环保型、高性能、现代化等特点( 见图22 以适应“绿色变通”的发展要求“。 图22 快速公交车辆 3 票站台售捡票 站台售检票以及自动售检票系统的推广应用( 见图23 ) ，不仅减少了快速公交车辆 停靠站时问，而且有利于公交企业提高运营管理水平。 图23 站台售( 检) 票处 4 站封闭式车站 专用车站( 见图24 ) 具有车下售检票、水平上下车、乘客信息服务等功能，能够为 乘客提供安全、舒适、便捷的候车环境与快速方便的h 下车服务。 图24 快速公交车站 5 运面向乘客需求的线路运营组织 通过采用直达线、大站快线、常舰线、区间线和支线等灵活的运营组织方式( 见例 2 5 ) ，快速公变系统能够更好地满足乘客的出行需求。 6 管智能化运营管理 快速公交智能系统具宵车辆自动定位、乘客信息服务( 见幽2 6 ) 、信号优先摔制 车辆实时调度孳功能，咀提高快速公交的运营效率和管理水、艮 囤25 快速公交线路运营组织方式 图26 站台乘客信息服务设施 23 快速公交系统的主要优势 各个城市对快速公交系统的理解不尽相同，因此，不同地方的快速公变系统也都是 参照城市形态和交通体系展现各自的特色。根掘国内外城市的实践经验，快速公交系统 的优势主要有以下几个方面： ( i ) 缓解城市中心区域的交通压力。用相对较短的时问和较少的投资建设快速公交 系统是提高城市公变运营效率和解决交通现实问题的有效途径，在许多幽家和城市都产 生了良好的效益。 ( 2 ) 扩大城市地铁的服务范围。由于地铁和轻轨不可能服务到全部人口的活动范围， 这就需要一个服务水准优于常规公交系统、服务面能与轨道交通衔接的中档次公交系 统，即将快速公交系统作为轨道变通服务外的客运走廊的延伸，并将中等出行距离的乘 客从常规公交中分离出束，以增强公共汽( 电) 车线网的高机动性( m o b i l i t y ) 。 ( 3 ) 节省臣额的投资建设费用。快速公变的建设成本远低f 轨道交通，建设周期也 长安大学硕 学位论文 要比轨道交通缩短很多，其运营成本也较轨道交通低。快速公交与地铁、轻轨、常规公 交的主要技术经济特性对比如表2 1 所示。 表2 1 快速公交与地铁、轻轨、常规公交的经济效益对比”8 运营速度单向运量单位造价建设周期 名称 ( k m h )( 万人h )( 亿元k m )( 年) 地铁3 5 4 0 4 6 l o 1 5 4 6 轻轨2 0 3 51 31 3 3 4 快速公交 2 0 3 51 30 5 ll 2 常规公交 1 0 2 00 4 1 ( 4 ) 平衡城市交通方式的发展。多方式协调发展的可持续交通模式是世界大城市的 共同选择，快速公交系统作为一种服务范围介于轨道交通和常规公交之间、服务能力接 近轻轨，而对资源和环境的占用程度又远小于小汽车的公共交通方式，将在引导城市健 康发展、平衡交通方式过程中起到积极的作用。 ( 5 ) 提升城市的生活环境质量。公交导向发展( t r a n s i to r i e n t e dd e v e l o p m e n t ，t o d ) 是快速公交系统的重要作用之一，其在引导城市拓展、提高土地价值、带动沿线开发、 提升城市档次等方面的作用同样非常突出。 2 4 快速公交系统的内在本质 快速公交系统的内在本质包括四个方面：“以人为本 、“社会公平”、“和谐交通 、 “科学发展”。 1 以人为本 ( 1 ) 交通的生产活动是实现人和物的位移。因此，对道路资源的分配应该是以人和 物发生位移的需要来进行分配，而不是以汽车数量的多少作为道路分配资源的依据，即 应“以人为本 而非“以车为本”。 ( 2 ) 快速公交系统沿袭了轨道交通系统的运营模式，如站台售检票、水平上下车、 乘客信息服务等方面，均体现出人性化的设计思想。 ( 3 ) 快速公交智能系统的应用把驾驶员、售票员、调度员从繁重的工作中解放出来， 在提升了工作效率的同时，也提高了企业的经济效益。 2 社会公平 ( 1 ) 很多城市把9 0 的交通投资和交通资源都用于满足占城市交通需求1 0 左右的私 车需求，这是非常不公平、不合理、不科学的，应当把9 0 的交通投资和交通资源用来 满足9 0 的出行者，才能最大限度地体现社会公平。以最低社会成本承载最高交通量的 交通方式，才是最能体现社会公平、最能可持续发展的。快速公交专用路权体现出道路 1 2 长安人学硕f ：学位论文 资源的公平分配与合理规划，其本质上是对城市路权的重新分配，是对城市公益的重新 审视。 ( 2 ) 按照国际流行的城市道路管理理念，城市的道路资源不应该是按车来分配的， 而是按照车辆运载的“人”来分配的，一种车辆运载的人多，那它就应该享受更多的道 路资源，即“效率优先。在单位面积道路上公交车要比其它车辆运送更多的人员，根 据公平通行的原则和平等意识，公交车理应获得道路通行的优先权，因此，同一道路上 快速公交车道畅通无阻，普通车道拥挤不堪，这对车辆是不公平的，但对人却是公平的： 如果开私车或者打的出行，可以获得舒适与自由，但同时又将不得不面临可能的道路拥 堵；而如果选择快速公交出行，也许乘车环境不是那么舒适自由，但却可以避开拥堵， 获得便利和快捷。 ( 3 ) 快速公交系统的票价远低于轨道交通系统的票价，这主要是考虑到减少低收入 群体的出行成本；此外，车型的设计也解决了老弱病残孕行动不便的问题。 3 和谐交通 ( 1 ) 快速公交系统是一种能与私车协调发展的公共客运模式。由于对交通资源的合 理使用，恰恰能促进小汽车产业发展的可持续性。在欧美等发达国家，市民出行也多采 取公交方式，私车不是上下班的交通工具，而是休闲、娱乐、公务、商务等活动的工具。 可持续发展的3 个基本原则是公平性、可持续性与共同性，这同样是交通发展的方向。 无限制发展私车交通模式，只能过快的消耗道路和能量资源，从长远看只能会限制私车 的可持续发展。 ( 2 ) 快速公交系统作为一种大容量客运系统，与轨道交通的关系可以归纳为：延伸、 补充、联络和过渡。快速公交系统将轨道交通系统的高机动性和常规公交系统高可达性 很好地结合起来，在城市客运体系中必将承担起重要的角色。 ( 3 ) 快速公交系统作为公共汽( 电) 车线网的一个组成部分，有助于增强公共汽( 电) 车线网的机动性，再辅之以常规公交系统的高可达性( a c c e s s i b i l i t y ) ，二者合理级配、协 同作用，将大大改善公交线网的服务水平和服务质量。 4 科学发展 ( 1 ) 快速公交系统将会极大地促进我国客车业的发展。快速公交系统需要大批高科 技、高质量的环保客车，其主要技术要求是：人性化、大容量、低地板、低排放。目前， 国内能自主研发快速公交车辆的企业还很少，依靠引进国外先进技术，在吸收消化的基 础上，打造中国品牌的快速公交车辆，这对于民族工业的发展是非常有益的，同时也有 1 3 长，女人学硕 j 学位论文 助f 缩小和国外技术的差距。 ( 2 ) 辆快速公交车辆的运能相当于3 0 - - 5 0 辆小汽车的运能，在节约能源的消耗同 时、也减少了废气的排放，是资源节约型、环境友好型客运工具的典范，因此，快速公 交系统的发展对推动“公交优先 战略具有较好的促进作用。 2 5 建设快速公交系统的意义 快速公交系统的建设对城市发展具有重要的意义，至少体现在以下五个方面啪1 ：( 1 ) 构建交通动脉，促进城市发展；( 2 ) 优化出行结构，改善交通环境；( 3 ) 实现公交线网优 化，形成大运量的公交走廊；( 4 ) 发展绿色交通，提升城市形象；( 5 ) 有效吸引客流，提 高运营效益。 2 6 本章小结 本章提出了快速公交系统的基本定义，总结了快速公交系统的主要特征，分析了快 速公交系统的主要优势，归纳了快速公交系统的内在本质，指出了建设快速公交系统的 意义。快速公交是“绿色交通”的一种方式，在建设资源节约型、环境友好型社会的背 景下，大力发展快速公交系统是落实“公交优先 战略和“节能减排”工作的重要举措。 1 4 长安人学硕上学位论文 第三章快速公交智能系统框架研究 3 1 快速公交智能系统的基本定义 轨道交通的优势不仅来自轨道本身，而且来自系统集成，围绕轨道专用空间，形成 高度集成化的运营系统。轨道交通最大的缺点是建设成本高昂，而常规公交的最大优点 是建设成本低廉，快速公交系统发展的设计思想就是把这两个系统的优势整合起来，形 成一种新颖的公共交通系统妲。因此，技术先进、高度集成的智能系统在快速公交中起 着非常重要的作用。 所谓快速公交智能系统，是指将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技 术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地集成运用于快速公交而建立的实时、准 确、高效的综合管理系统，从而实现“人一车一路一站 一体化、智能化的监控、调度、 管理及服务心射。 3 2 快速公交智能系统的设计目标舱3 1 技术先进、运行高效、可靠实用的快速公交智能系统，可以充分将公交优先、合理 调度、快速上下、安全舒适、优质服务等特点完全发挥出来。依据快速公交系统的特征， 通过系统集成和优化设计，快速公交智能系统主要实现以下目标： ( 1 ) 满足快速公交系统运营所需的“业务数据一资金数据一信息数据 三位一体的现 代化管理要求，实现高效运营、优质服务、规范管理的运营目标； ( 2 ) 采用先进的技术手段对快速公交车辆进行实时动态定位，对停车场：车站进行 实时视频监控，为实时调度优化提供客观依据； ( 3 ) 运用计算机优化运营作业计划和劳动排班计划，同时结合动态监控、现场采集 与人员反馈获得的数据，利用计算机辅助实现实时调度； ( 4 ) 根据快速公交的运营特性，实现快速公交车辆的自动识别，对其进行相对的、 有条件的路口信号优先，并选择适当的优先策略、优先方法、优先模式，实现各路口的 信号优先控制，减少其路口延误时间： ( 5 ) 建立集成高效、综合利用的通信传输网络，以满足智能系统多媒体信息传输、 业务调度、实时监控的需要，并能满足未来扩展、实现快速公交智能系统互联互通以及 与常规公交系统、智能交通系统集成的需要。 ( 6 ) 建立先进的、符合快速公交运营管理要求和运行需要的电子售检票系统，为乘 客提供快捷、方便的服务。 1 5 长安火学硕f ：学位论文 ( 7 ) 通过各种途径，为广大乘客提供实时、准确、便捷、高效的信息服务，改善公 交形象，提高服务水平。 ( 8 ) 通过智能系统集成，使“人一车一站一道”成为一个有机整体，提升快速公交的管 理效率和运营效益。 ( 9 ) 实现快速公交智能系统与现有道路交通管理系统、公交运营管理系统的有机融 合，采用标准化接口进行信息共享与无缝集成。 3 3 快速公交智能系统的主要功能瞳 为了实现快速公交系统高容、快速、准点、高效的基本运营管理目标，智能系统将 在其中发挥关键的作用，其总体功能主要包括四个方面：运营调度管理、乘客信息服务、 公交信号优先、车站售检票。 3 3 1运营调度管理 运营调度管理实现调度中心集中调度和统一管理，调度中心具有运营计划管理、实 时监控和调度、车辆保修计划管理、运营数据统计分析等功能；线路( 或车队) 调度室只 具有辅助调度和司售人员考勤及班次查询等功能。 1 运营计划管理 运营计划的编制和修改； 配车计划的编制和修改； 排班计划的编制和修改。 2 实时监控和调度 ( 1 ) 实时监控 车辆实时监控：车辆定位、中心一车组之间的语音或短消息通信； 车站视频监控：监控车辆进出车站、车站客流、现场治安及车站夜间安全等； 首末站停车场监控：车辆进出场自动识别、视频监控、发车信息显示和广播、 调度指令下达等。 ( 2 ) 实时调度 计算机辅助实时调度：按计划自动发车、预案发车、手动发车、应急调度、大 站快车、区间车等； 中心一车组信息交互：提供调度中心和司机之间调度指令和汇报的实时信息交 互手段。 1 6 长安人学硕卜学位论文 3 发车信息播发 在首末站停车场( 包括司售人员休息室) 设置调度发车指令牌和广播设备，播发待发 车辆的车号、时间、发车类型等信息。 4 运营数据统计分析 对日常运营的中i 日j 过程和数据进行采集、汇总和处理，并通过专业软件工具进行分 类和分析，从而找出相关规律，以服务于运营管理和实时调度。 5 司售人员考勤和班次查询 司售人员考勤：调度中心能够掌握当班司售人员出勤情况，以免由于司售人员 临时缺勤影响发车； 班次查询：以便司售人员能够方便地查询本人下一班次何时、何地接班等信息。 3 3 2 乘客信息服务 为乘客提供全方位、多层次的信息服务，能够达到方便乘客出行、吸引出行者乘坐 快速公交车、改善公交形象、提高服务质量。乘客信息服务包括车内信息服务和车站信 息服务。 1 车站信息服务 以语音和文字形式动态预告下一班车到达时间及其当前所处的站间位置； 人工自动服务信息广播； 车辆进出站自动语音提示等。 2 车内信息服务 手动自动控制以语音和文字形式播报车辆进出站及相关服务信息； 显示车辆当前位置及换乘信息等； 车厢内外广播； 实时发布社会新闻、娱乐信息等。 3 3 3公交信号优先 在道路交叉口实行相对的、有条件的信号优先控制，使得快速公交车辆能优先通过， 减少延误时间，从而提高快速公交系统的准点率和服务水平。 3 3 4 车站售、检票 由过去上车刷卡、投币，变成现在站台刷卡、投币，提高乘客上下车的速度，缩短 车辆周转时间。 1 7 长安大学硕_ f - 学位论文 1 人工自动售、检票及票务数据上传 通过高效的售、检票方式以提高乘客进出站速度，并及时将票务数据上传至票款结 算中心。 2 票务管理 结算票款收入，实时搜集各车站的票务信息，进行票款入库及核算工作，定期提供 票价评估报告等。 3 4 快速公交智能系统的框架结构乜3 1 对快速公交智能系统的结构描述分为逻辑结构和物理结构两个体系。逻辑结构说明 其功能层次，物理结构则说明其工程实现。 3 4 1 系统逻辑结构 系统逻辑结构如图3 1 所示，图中描述了快速公交智能系统中各子系统的逻辑集成 关系。各子系统都与智能集成管理平台有直接联系，并可通过其访问其他子系统。 1 调霸蛰剐暖圈留司叵困园叵雪暖习i i |界面 及办公自动化 ff i 网站 i 信息查询机| | 。”ii ”l”7 “! i 售检票 支撑始 g i s 司【 ，一 数据库1 业务数据库i 亡 g s m g p r s c d m a 网关一i 广谴理信f 数据库 硬件系统! i 同络传输lg ：lf 胍 髫耋嚣尹理il 车辆定位ij 有豁线 i l 一+ j 二：= = = = 一= 一i 二一= ： = = = = = = = = i 二= = = = = = = = = = = = ：= = l ! = ：一：! 一一 图3 1 快速公交智能系统逻辑结构 3 4 2 系统物理结构 系统物理结构如图3 2 所示，智能系统包括网络传输子系统、运营调度子系统、车 辆定位子系统、车载电子子系统、站台电子子系统、停车场管理子系统、信号优先控制 子系统、场站视频监控子系统、企业管理信息子系统、智能集成管理平台等，为快速公 1 8 长女人t * 1 学位论文 交智能采统提供稳定、可辩的软、硬件支撑甲台。 图32 快速公交智能系统物理结构 1 网络传输于系统 网络传输予系统的作用是在站台、停车场、调度中心之嘲传输监控图像、运营管理 和信息服务数掘。通过在专用道沿线建设专用通信网络或租用公网，以各种通信方式( 无 线有线) 连接各站台、停车场和调度中心。 2 运营调度子系统 运营调度子系统的主要功能包括：运营计划编制和修改： 车辆和劳动排班计划 编制和修改： 司俘人员签到和查班；计算机辅助实时调度：发却调度信息： 运 营数据统计、分析、反馈等。 3 车辆定位予系统、车载电子子系统 公交车辆是公共变通系统的重要组成部分，运营调发的主要对象就是运营牟辆实 州掌握车辆、线路运行情况。及时与运营车辆交换信息，是智能运营调度不可或缺的需 求。采用车辆自动定位( a u t o m a t i c v e h i c l el o c a t i o n ，a v i ) 技术、移动通信技术、牛辆自 动以* l l ( a u t o m a t i cv e h i c l ei d e n t i f i c a t i o n ，a v i ) 技术、数捌库( d a t a b a s e ) 技求成地柙信息 系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 技术。对运营车劓进行实时定位监控和能良 长安人学硕t ：学位论文 沟通，为智能调度提供实时、准确的车辆和线