（交通运输规划与管理专业论文）基于智能技术的城市公交服务可靠性研究.pdf

摘要优先发展城市公共交通是解决城市交通拥堵、城市污染等问题和维持城市可持续发展的主要途径。但是，城市公共交通能否担此大任，除了与政策、规划等有关外，还取决于城市公共交通自身的吸引力。作为增强城市公共交通吸引力的重要手段，提高城市公共交通服务可靠性正得到广泛关注。当前，以自动车辆定位和自动乘客计数( a v l a p c ) 等为核心的智能公交技术的广泛应用为提高城市公交服务可靠性提供了良好的解决途径。因此，研究基于a v l a p c等智能公交技术的公交服务可靠性问题具有十分重要的理论和实践意义。首先，本文在查阅大量文献和对北美主要公交公司运用a v 脚c 等智能公交技术来提高公交服务可靠性实践调研的基础上，总结和提炼出当前公交服务可靠性研究的基本理论框架。在此基础上，建立基于a v l 存档数据的公交路线服务可靠性评价和分析体系，并以美国芝加哥公交公司( c r a ) 2 0 路车的a v l存档数据对2 0 路的公交服务可靠性进行案例分析运用数据挖掘和统计相结合的方法分析了2 0 路车公交服务“大间隔”的表现范式和产生条件。结果表明，c t a2 0 路车的“大间隔”传播在一定站段内明显，而“大间隔”表现范式不明显，建议c t a 建立服务不可靠预警系统和实时行车诱导机制来实时监控预防不可靠服务的产生。然后，综合考虑乘客需求的波动性和车辆运行时间的随机性以及二者的交互动态关系，同时考虑车辆的承载能力，详细分析了随机条件下的公交路线服务过程。基于a v l a f c 数据的可得性，运用基于面向对象数据库( o o d b ) 和离散事件系统( d e v s ) 的面向对象仿真建模方法建立和实现了灵活通用的固定路线公交服务微观仿真模型。考虑公交服务不可靠性的传播特点，提出了基于实时信息的公交路线服务不可靠预防行车诱导策略，将a v l 和a p c 实时动态信息融入公交路线服务微观仿真模型，建立了基于实时行车诱导的公交路线服务不可靠预防模型。在不同的路段运行时间浮动度和车头时间距容许偏差下，利用本文提出的公交路线服务微观仿真模型对实时行车诱导策略进行了测试和评价。模拟结果显示，实时行车诱导策略在路段运行时间可控度较好的情况下具有明显的效果。考虑公交路线服务的随机环境，运用公交路线服务微观仿真模型，对路线上没有实时调度控制的公交服务进行了超车和不超车的对比分析。模拟结果显示，在给定的线路参数下，随着站次的增长，没有调度干预的超车和不超车都不能阻止服务可靠性的下降，但是超车比不超车更有利于保持车辆到达线路中下游车站的车头时问距的一致性，从而减少乘客在这些车站的平均等待时间。最后，考虑客流需求波动及车辆运行时问随机变动的情况以及公交服务频率与服务可靠性的关系，建立了以乘客候车期望和公交车辆利用率总体最优为目标的公交路线服务频率优化模型。通过系统仿真的方法，用蒙特卡罗方法随机模拟一条高频线路的公交服务，计算得到了给定线路参数下的最优服务频率。算例表明该模型可用来确定高频服务公交线路在随机情况下的发车频率。关键词智能公共交通，公交服务可靠性，微观仿真，实时行车诱导，肌| 心ca b s t r a c tg i v i n gp r i o r i t yt ot h ed e v e l o p m e n to fu r b a np u b l i ct r a n s i ti st h em a i nw a yt os o l v eu r b a nt r a f f i cj a m ，c i t yp o l l u t i o na n dm a i n t a i nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h eu r b a na r e a h o w e v e r , w h e t h e rt h eu r b a np u b l i ct r a n s i tc a nt a k et h i sr o l ed e p e n d so nn o to n l yt h ep o l i c ya n dp l a n n i n gi s s u e sb u ta l s ot h ea t t r a c t i o no ft h et r a n s i ts y s t e mi t s e l f a sam a j o rm e t h o dt oe n h a n c et h ea t t r a c t i o no fu r b a nt r a n s i t ，h o wt oi m p r o v et r a n s i ts e r v i c er e l i a b i l i t yi sc a t c h i n gw o r l dw i d ec o n c e r n n o w a d a y s ，t h ew i d e s p r e a da p p l i c a t i o no ft h ei n t e l l i g e n tt r a n s i tt e c h n o l o g i e sc h a r a c t e r i z e db ya u t o m a t i cv e h i c l el o c a t i o n ( a v l ) a n da u t o m a t i cp a s s e n g e rc o u n t i n g ( a p e ) a st h ec o r et e c h n o l o g i e sp r o v i d e sag o o dk e yt oi m p r o v eu r b a nt r a n s i ts e r v i c er e l i a b i l i t y t h e r e f o r e ，i ti so fb o t he x t r e m e l yt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et os t u d yt h et r a n s i ts e r v i c er e l i a b i l i t yi s s u e su n d e rt h ef r a m eo fi n t e l l i g e n tt r a n s i tt e c h n o l o g i e ss u c ha sa v la n da p c b a s e do nac o m p r e h e n s i v el i t e r a t u r er e v i e wa n daw i d es u r v e yo fs o m et r a n s i ta g e n c i e si nm a j o rm e t r o p o l i t a na r e a so fn o r t ha m e r i c aa b o u tt h e i rp r a c t i c e si nt e r m so fu s i n gi n t e l l i g e n tt r a n s i tt e c h n o l o g i e ss u c ha sa v l a p ct oi m p r o v et r a n s i ts e r v i c er e l i a b i l i t y , t h i sd i s s e r t a t i o ng i v e sas u m m a r ya n de x t r a c t i o no ft h eb a s i ct h e o r yf r a m e w o r ko ft h er e s e a r c ho ft r a n s i ts e r v i c er e l i a b i l i t y i te s t a b l i s h e saf r a m e w o r ko fe v a l u a t i n ga n da n a l y z i n gt r a n s i ts e r v i c er e l i a b i l i t yb a s e do na r c h i v e da v ld a t a t h e ,r o u t e2 0o fc h i c a g ot r a n s i ta u t h o r i t y ( c a a ) i na m e r i c ai ss e ta sac a s es t u d yo fi t ss e r v i c er e l i a b i l i t y d a t am i n i n ga n ds t a t i s t i c sa r eu s e dt oa n a l y z et h ep a t t e r no fs e r v i c eg a pa n dt h ec o n d i t i o n sw h i c ht e n dt ol e a dt os e r v i c eg a p s t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eg a pp r o p a g a t i o ne x i s t si ns e v e r a ls e g m e n t sa n ds t o p so nr o u t e2 0 ，b u tt h e r ea r ef e wt y p i c a lp a t t e r n so fg a ph e a d w a y s a ne a r l yw a r n i n gs y s t e mt oi d e n t i f yc o n d i t i o n st h a tt e n dt ol e a dt ol a r g eg a p sa n dar e a l t i m eb u sr u n n i n gn a v i g a t i o ns t r a t e g yc a nb eu s e dt op r e v e n tt h e s eg a p s c o n s i d e r i n gt h ef l u c t u a t i o no fp a s s e n g e rd e m a n da n dt h es t o c h a s t i cn a t u r eo fv e h i c l er u n n i n gt i m ea n dt h e i ri n t e r a c t i v ed y n a m i cr e l a t i o n s h i p ，a sw e l la st h ev e h i c l ec a p a c i t y , t h eb u sr o u t es e r v i c ep r o c e s su n d e rt h es t o c h a s t i cs i t u a t i o ni sa n a l y z e di nd e t a i l b a s e do nt h ea v a i l a b i l i t yo fa v l a p cd a t a ，a l la d a p t a b l ea n dm u l t i p u r p o s em i c r os i m u l a t i o nm o d e lo faf i x e dr o u t eb u ss e r v i c ei se s t a b l i s h e du s i n g1 1 1o b j e c t o r i e n t e ds i m u l a t i o nm o d e l i n gm e t h o dc h a r a c t e r i z e db yo b j e c t o r i e n t e dd a t a b a s e ( o o d b ) a n dd i s c r e t ee v e n ts y s t e m ( d e v s ) c o n s i d e r i n gt h eu n r e l i a b i l i t yp r o p a g a t i o no ft h et r a n s i ts e r v i c e ，ab u sr u n n i n gn a v i g a t i o ns t r a t e g yi sd e v e l o p e dt op r e v e n tb u ss e r v i c eu n r e l i a b i l i t yb a s e do nr e a l - t i m ei n f o r m a t i o n b u i l d i n gt h er e a l t i m ed y n a m i ca v l a p ci n f o r m a t i o ni n t ot h em i c r os i m u l a t i o nm o d e lo ft h eb u sr o u t es e r v i c e ，ab u sr o u t es e r v i c eu n r e l i a b i l i t yp r e v e n t i o nm o d e li sd e v e l o p e di n t e g r a t e dw i t ht h er e a l - t i m eb u sr u n n i n gn a v i g a t i o ns t r a t e g y u s i n gd i f f e r e n ts c e n a r i o so fd i f f e r e n tr o u t es e g m e n tr u n n i n gt i m ef l u c t u a t i o na n dp e r m i t t e dd e v i a t i o no ft h eh e a d w a y , t h er e a l t i m eb u sr u n n i n gn a v i g a t i o ns t r a t e g yi st e s t e da n de v a l u a t e di nt h em i c r ob u sr o u t es e r v i c es i m u l a t i o nm o d e l t h es i m u l a t i o nr e s u l ts h o w st h a t ，t h er e a l - t i m eb u sr u n n i n gn a v i g a t i o ns t r a t e g yh a sg o o dp e r f o r m a n c eu n d e rt h es i t u a t i o no fg o o dc o n t r o lo ft h er o u t es e g m e n tr u n n i n gt i m e c o n s i d e r i n gt h es t o c h a s t i cc o n d i t i o n so ft h eb u sr o u t es e r v i c e ，t h ee f f e c t so fv e h i c l eo v e r t a k i n ga n dn o - o v e r t a k i n go ns e r v i c er e l i a b i l i t yi nc a s eo fn or e a l t i m eb u so p e r a t i o nc o n t r o la r ec o m p a r a t i v e l yt e s t e da n da n a l y z e di nt h em i c r ob u sr o u t es e r v i c es i m u l a t i o nm o d e l t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a t ，g i v e nt h ee x a m p l eb u sr o u t ep a r a m e t e r s ，d o w n s t r e a mt h er o u t e ，n e i t h e rb u so v e r t a k i n gn o rb u sn o - o v e r t a k i n gw i t ha n yb u so p e r a t i o nc o n t r o lc o u l ds t o pt h es e r v i c er e l i a b i l i t yf r o md e c l i n i n g ；b u tb u sn o 。o v e r t a k i n gc o u l dk e e pb e t t e rh e a d w a ya d h e r e n c et h a nb u so v e r t a k i n gd o e sa tt h es t o p si nt h em i d d l ea n dd o w n s t r e a mo ft h er o u t e ，w h i c hl e a d st of e w e ra v e r a g ep a s s e n g e rw a i t i n gt i m e sa tt h e s es t o p s f i n a l l y , c o n s i d e r i n gt h ep a s s e n g e rd e m a n df l u c t u a t i o na n dt h ev e h i c l er u n n i n gt i m er a n d o m n e s s ，a sw e l la st h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h et r a n s i ts e r v i c ef r e q u e n c ya n dt h et r a n s i ts e r v i c er e l i a b i l i t y , am o d e lf o rd e t e r m i n i n go p t i m a lb u sr o u t es e r v i c ef r e q u e n c yi sd e v e l o p e d i nt h i sm o d e l ，t h ee x p e c t a t i o no fp a s s e n g e r sw a i t i n gf o rb u s e sa n dt h ee f f i c i e n c yo fr u n n i n gv e h i c l e sa r ea i m e dt oa c h i e v ec o m b i n e do p t i m i z a t i o n m o n t e - c a r l om e t h o di su s e dt os i m u l a t et h es e r v i c ep r o c e s so fah i g hf r e q u e n c yb u sr o u t ea n dt h eo p t i m a ls e r v i c ef r e q u e n c yo ft h i se x a m p l er o u t ei sc a l c u l a t e dg i v e nt h er o u t ep a r a m e t e r s t h en u m e r i c a le x a m p l es h o w st h a t t h i sm o d e lc a l lb eu s e dt od e t e r m i n et h ed e p a r t u r ef r e q u e n c yo fab u sr o u t ew i t hh i g hf r e q u e n c ys e r v i c e k e yw o r d si n t e l l i g e n tp u b l i ct r a n s p o r t a t i o n ，t r a n s i ts e r v i c er e l i a b i l i t y ,m i c r o s i m u l a t i o n ，r e a l - t i m eb u sr u n n i n gg u i d 锄c e ，a v l a p ci v参数、变量与符号定义i 一下标变量，表示车辆发车顺次，( f + 1 ) 代表紧随f 后的一辆车；k 一下标变量，表示公交车站站次，始发站为0 ，然后依次为1 ，2 ，3 ；日一始发站规定发车间隔；风一车辆从车站( 七1 ) 启动运行至车站k 停车的时刻表规定运行时间；h a 腩一车辆i 与前一辆车( f 1 ) 到达车站k 的车头时间距；h d 玻一车辆f 与前一辆车( i 1 ) 离丌车站k 的车头时间距；舷一车辆i 从车站( 七1 ) 启动运行至车站k 停车的运行时间；刚膻一车辆f 到达车站k 的时刻；t d i k 一车辆i 离丌车站k 的时刻；d 脯一车辆f 在车站k 服务乘客上下车的等待时间；彳政一车辆f 到达车站k 时车上需要下车的乘客数：玩一车辆f 到达k 站后的上车乘客数；彳玩一车辆f 从( 七1 ) 站出发到到达车站k 的时间段内到达车站k 的乘客数；慨t 一车辆f 到达k 站时等待上车的乘客数；u b 壤一车辆i 离丌k 站时由于满载而未能上车的乘客数；工趾一车辆f 离开车站k 时车上乘客总数；口一乘客平均下车时间；口一乘客平均上车时间；以一车站k 的乘客到达率；珊一车辆到达车站k 时下车乘客占车上总乘客的比率；c 一车辆的承载能力；缘一驻站策略控制下车辆驻站时间；尺c 谴一终点站车辆休整时间。i x中南人学博士学位论文第一章绪论1 1 选题背景与研究意义第一章绪论1 1 1 选题背景近年来，随着城市机动车特别是私人小汽车保有量的增长，车辆罩程数和车辆运行小时数都在急剧增长，城市交通的拥挤程度日益增大，城市污染也有进一步发展和恶化的趋势【1 1 。为此，世界各地政府和相关部门都在研究和实施各种治理城市交通拥堵和保证城市交通可持续发展的对策。事实上，不可能通过修建越来越多的城市道路或者将道路拓展的越来越宽来最终解决城市交通问题【2 1 。因此，优先发展城市公共交通和提高公共交通的居民出行分担率得到世界许多国家的共同认可，也是世界许多国家共同努力的目标1 3 j 。许多国家都在提倡优先发展公共交通，但是不能逼迫人们去选择公共交通。只有通过一定的技术手段和管理手段提高公共交通服务的吸引力才是自然规律的选择【4 1 。为了给公众提供高质量的公交服务，许多国家从提高公交服务可靠性的角度出发研究先进公共交通相关技术、政策和措施【5 】。在公交优先方面，许多国家在公交专用道、公交信号优先与快速公交系统等理论与运营实践方面进行了大量研究和应用，并且在配套技术、政策等各方面都积累了丰富的经验，公交优先在国外已经得到了很大的发展和保障1 6 - 8 1 。在先进公共交通系统( a d v a n c e dp u b l i ct r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，简称a p t s ) 的技术研究和管理应用方面，美国、英国、日本、韩国等发达国家都积极推广公交智能化技术，并已取得显著的效果。从2 0 世纪7 0 年代开始，美国联邦交通局投入大量的人力物力财力对各种智能公交技术进行了大量实验研究【9 1 。9 0 年代以后，公交智能化技术水平大大提高，以自动车辆定位系统( a u t o m a t i cv e h i c l el o c a t i o n ，简称a v l ) 、自动乘客计数系统( a u t o m a t i cp a s s e n g e rc o u n t i n g ，简称a p e ) 、自动收费系统( a u t o m a t i cf a r ec o l l e c t i n g ，简称a f c ) 、车上公交信息系统( o n b o a r db u si n f o r m a t i o ns y s t e m ) 、综合乘客信息系统( c o m p r e h e n s i v ep a s s e n g e ri n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称c p i s ) 、站点请求系统( s t o pr e q u e s t i n gs y s t e m ，简称s r s ) 以及中央调度系统( c e n t r a ld i s p a t c h i n gs y s t e m ) 等成为整个a p t s 的必要技术和组成部分【1 0 1 。目前，以a v l 、a p c 和a f c 为技术核心，配合公交优先技术和车辆运营控制手段来提高随机条件下的公交路线服务可靠性的研究更是得到政府、公交部门和研究者的广泛关注i l 。中南人学博十学位论文第一章绪论虽然先进公交体系和智能公交技术在我国尚未得到广泛应用，但随着公交智能化战略的逐步推广和有规划的发展，它必将为公交出行者带来更多的便利，从而使公共交通在可持续发展的城市交通中发挥更加重要的作用【1 2 l 。1 1 2 研究对象广义的城市公共交通( u r b a np u b l i ct r a n s p o r t a t i o n ) ，是指在城市及其所管辖区域范围供公众出行乘用的、经济的、方便的诸多客运交通方式的总称，包括公共汽车、电车、出租汽车、地铁、轻轨以及缆车、索道等客运交通方式1 1 3 l 。此外，国外的广义公共交通方式还包括区间车、轮渡等方式1 1 4 1 。狭义的城市公共交通( 通常所称的公交，即b u st r a n s i t ) ，是指广义城市公共交通中的公共汽电车交通方式1 1 3 1 。公共汽电车交通( 以下简称公交) ，可以用专门的系统术语来对其进行简单描述【1 4 】：公交网络( t r a n s i tn e t w o r k ) 由线路( r o u t e s )与站点( s t o p s ) 构成；公交线路( r o u t e ) 由连接站点的城市道路路段( r o u t es e g m e n t )和站点( s t o p s ) 组成；站点布设在城市道路网的节点或路段上，通常选择靠近居民区、工厂企事业单位、商贸区或大型公用设施等地点的道路上或者道路旁，具有一定的客流吸引力和集散能力；乘客( p a s s e n g e r ) 在站点上下车；公交服务( b u ss e r v i c e ) 过程是一队公交车辆( b u s ) 按照规定的时刻表( s c h e d u l e ) 在公交路线上往复或者循环运动，在规定的站点停靠并服务乘客上下车；运行的车辆称为公交车( b u s ) 。由于本论文主要以作者在美留学期间参与的科研项目“利用自动车辆定位系统提高城市公交服务可靠性( 该项目得到美国交通部( u s d e p a r t m e n to ft r a n s p o r t a t i o n ) 、美国中西部大学交通中心( m i d w e s tr e g i o n a lu n i v e r s i t yt r a n s p o r t a t i o nc e n t e r ) 和芝加哥交通局( c h i c a g ot r a n s i ta u t h o r i t y ) 的资助) 为基础展开，因此论文将结合当前广泛应用的a v l 和a p c 等智能公交技术，对城市公交路线系统的服务可靠性相关问题进行深入研究。具体的研究对象为具有固定行驶路线和停靠站点的城市公共汽电车路线服务系统，且系统内至少配备了包括a v l 、a p c 等在内的实时信息定位、监控和传输的先进智能公交技术。综合考虑国内公交服务大多数是高频服务及论文研究成果对国内公交服务可靠性研究的参考意义，因此本文主要研究高频率公交路线系统的相关可靠性问题。1 1 3 研究意义城市公共交通作为城市公用事业之一是城市发展水平的重要体现。目前，公共汽电车作为绝大多数城市公共交通的主体，仍是服务城市居民出行的主要2中南人学博+ 学位论文第一章绪论交通方式。公交服务可靠性问题也一直是公众关注的焦点，乘客需求、行业竞争和城市可持续发展都迫切要求可靠的公交服务。可靠的公交服务既是乘客出行便捷的有力保证，也是公交企业f 常运营、提高服务质量、增强竞争力的保证。对于依赖公交出行的乘客来晚，公交能否为乘客出行提供可靠的服务很重要。乘客到达站点后，对公交服务有一定的期望，如候车时i 日j 短、到达车辆满载率较低、预定时间内到达目的地等。车辆比乘客经验的时刻提早到达或者推迟到达或者车辆到达时间波动范围较大等，都将使乘客的出行安排受到影响，给出行带来很大不便【1 5 】。根据文献【1 6 1 对公交出行者的调查研究发现，公交出行者认为服务可靠性是公交服务最重要的属性。研究认为，服务可靠性与交通出行者的密切关系在于可靠性因素对出行者出行方式和出发时阳j 决策的影响。通常情况下，出行者基于个人对行程时间的变动估计和个人风险偏好选择出行方式和出发时间，旨在通过缩短车内旅行时间和等待时间来最小化行程时间和按时到达目的地。对于车内旅行时间，由于受到道路交通阻抗的外在影响，乘客对其敏感性转移到路网，而对于等待时问，乘客会比较敏感。因此提高服务可靠性的最大作用就是通过减少行程时间尤其是等待时间来提高准时到达的可能性。对于公交“老客户 ，到达准时率的提高意味着在同样的准点到达概率下可以预算较晚的出发时间和较短的等待时间；对于公交“新客户”，公交出行负效应的降低可能吸引他们放弃其他交通方式而选择乘坐公交车。对于提供公交服务的公交公司来说，车辆能否遵循时刻表或者能否按调度计划运行也有重要意义。一方面由于延误等原因，当前后车辆到达某一站点出现较大时间间隔或者日订后车辆几乎同时到达，将会产生自i 车严重超载而后车空荡的客流不平衡现象，最终降低整个公交路线系统的运营效率和增加成本；另一方面，不可靠公交服务还会导致乘客需求流失。对整个城市交通的发展来讲，公共交通是城市基础设施的重要组成部分，它的发展直接关系到城市整体功能的发挥。特别是在交通拥堵现象只益严重的今天，公交出行对于缓解城市交通拥堵、提高道路资源利用率、提高出行效率发挥着重要作用。公交服务可靠性的提高将会吸引更多的出行者选择公交方式，有利于提高公交在城市交通的分担比例，真正实现公共交通在城市交通中的主体地位。但是，公交路线系统是一个复杂的动态系统，由于许多影响因素的存在，使得公交系统服务具有强烈的随机性，公交服务可靠性难以保证。以公交信号优先和公交专用道等公交优先技术，和以公交动态信息实时采集、处理与发布技术、实时动态调度技术等公交智能化技术和先进系统运营管理技术组成的先3中南人学博十学何论文第一章绪论进公交系统体系为提高公交服务可靠性提供了途径。因此，在当前智能公交技术的应用背景下，利用智能公交技术手段获得存档的和实时的可靠公交运营数据，对公交线路系统服务可靠性进行全面分析和评价，寻找随机运营条件下服务可靠性的薄弱环节和敏感性因素，然后针对这些薄弱环节和敏感因素设计相应的优化和控制策略，再借助于现代智能公交技术实施管理和控制，这正是目前智能公交的主要研究思路和内容，也是利用智能公交技术提高公交服务可靠性的可行途径，这种研究的深入不但可以丰富现有的公交服务可靠性理论，在实际的应用方面具有更加重要的实践价值。1 2 国内外研究现状1 2 1i t s 与智能公交技术总体发展现状i t s 的最早构想是由美国在2 0 世纪6 0 年代提出的，丌始时称为“智能车辆道路系统”。随着i t s 的发展，美国的智能公交系统项目主要研究基于动态公共交通信息的实时调度和实时信息发柿理论和技术，以及提高公交效率和服务水平的先进电子和通讯技术。具体项目囊括车队管理、出行者信息、电子收费和交通需求管理等多个方面【l 刀。目前，车队管理主要用来提高公交服务可靠性，车队管理系统主要研究通信系统、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等【1 0 l 。1 9 8 5 年以欧共体1 9 个成员国为主的政府与民间企业组织合并，共同推进i t s 的发展，总投入5 0 亿美元来实施“欧洲车辆安全专用道路基础设施计划 ，主要研究交通需求管理、交通和旅行信息、城市间综合交通管理、辅助驾驶、车队管理、公共交通管理等先进交通管理系统。此外，欧洲国家由于历史悠久、城市街道普遍狭窄，所以通过实施公交优先政策、设立公交专用道，为公交提供优先通行信号，布设智能公交监控与调度系统等措施，提高公交车运行速度与公交服务质量以吸引公众乘坐公交出猁1 8 j 。r 本的i t s 起步较晚，但由于日本政府的重视，其先进公共交通系统发展取得了快速的推进。总体来讲，日本的a p t s 发展经历了3 个阶段：2 0 世纪7 0年代末开始应用公共汽车定位系统和公共汽车接近显示系统；8 0 年代初开始应用公共交通运行管理系统，其中包括乘客自动计数和运行监控；9 0 年代初开始应用综合交通管理系统，通过掌握运行情况以及累积乘客数据实现精确平稳的公共交通运营服务，并将后勤业务改进和经营支援系统纳入其中【1 9 l 。韩国的i t s 示范工程选定在光州市，该工程选取了交通感应信号系统、动态线性引导系统、停车预报系统、即时播报系统、自动化管理系统、公交车乘4中南人学博十学位论文第一章绪论客信息系统、电子收费系统、运行中测重系统等1 2 0 l 。2 0 世纪9 0 年代初以来，中国一些大城市在应用和推广先进公共交通系统方面取得了一定的成效。北京、上海、杭州等城市在先进公共交通技术方面走在前面，分别在公交沿线安装电子站牌和配备车载g p s ( g l o b a lp o s i t i o ns y s t e m ，简称g p s ) 定位设备，实现车辆实时跟踪、定位和公交车与调度室的双向信息交流。从2 0 0 5 年年底开始，北京市公交集团在市区公交9 0 3 路上进行了g p s 卫星定位系统的丌发和试运。公交调度中心通过车载g p s 全球卫星定位系统对公交车辆实施动态调度，实现及时、科学、合理、有效的调度管理，最大限度地减少道路堵塞及行驶条件变化对运营的影响。目前，北京公交部门的开始在公交车上安装“黑匣子”，这种行驶记录仪探头安装在司机驾驶座位的顶部，可记录车辆运行状态和驾驶员操作信息，包括车辆运行起止日期、时间、行驶里程，及当时车速、方向角、刹车、喇叭、转向、倒车、气压等，由此可以有效地加强对驾驶员行车操作的管理，提高行车质量i l 引。截止2 0 0 6 年9 月底，杭州公交已2 0 7 条线路2 9 0 0 余辆公交车上安装了g p s车载终端，这些线路调度已经全部实现车辆及线路营运情况的实时监控1 2 。：此外广州、深圳、哈尔滨等城市也大力推进城市智能公共交通系统的构建和实施。2 0 0 9 年初，广州车辆集中式智能系统调度广州智能公交系统，在电车公司1 4 条线路2 7 3 辆公交车试用，由调度中心通过系统对车辆的各种运行状态进行智能监控和调度【2 2 l 。深圳在2 0 0 4 年完成对城市主干道实施公交专用道等公交优先政策，并取得明显效果。近年深圳巴士集团大力推进智能公交系统的研究与应用，预计从2 0 0 9 年开始逐步得到推广l 2 3 之4 j 。”总体来讲，从温家宝总理2 0 0 4 年6 月明确指出“优先发展城市公共交通是符合中国实际的城市发展和交通发展的正确战略思想”之后【2 5 1 ，智能公交技术和先进公共交通系统正成为中国许多大中城市公共交通发展的必然趋势，先进公交技术正向世界先进水平靠拢。1 2 2 美国基于a v l a p c 等技术提高公交服务可靠的实践1 9 6 8 年基于定点标杆( s i g n p o s t b a s e da v l ) 的a v l 系统在美国c t a 得到应用。随后，在2 0 世纪7 0 年代和8 0 年代，这种s i g n p o s t b a s e da v l 在北美更多的公交机构里得到推广。9 0 年代末，随着全球定位系统技术的快速发展，基于g p s 的a v l 系统在公共交通管理方面得到应用【2 6 1 。根据1 9 9 8 年美国智能公交系统发展报告透露，1 9 9 8 年美国共有8 6 个公交企业正在运行、实施或规划试验检测车辆自动定位( a v l ) 系统1 2 7 1 。到目前为止，a v l 绑定a p c 技术已经成为北美提高公交服务可靠性的核心智能公交技术，各种基于a v 脚c5中南人学博七学位论文第一章绪论技术的配套智能公交运营软件和管理系统得到开发和运用【2 引。下面是美国东、中、西部九大具有代表性的大中城市运用a v l a p c 技术提高公交服务可靠性的发展现状和趋势。1 2 2 1 美国东部城市公交系统的a v l a p c 技术应用现状( 1 ) 麻省湾区公交系统( m a s s a c h u s e t t sb a yt r a n s p o r t a t i o na u t h o r i t y ，简称m b t a )m b t a 旗下有1 0 0 0 辆巴士，每个工作日的高峰出行期在2 2 0 条公交线路上投入8 0 3 辆，日完成1 1 0 万趟次服务。在a v l 的应用方面，目前只有三条线路上的7 0 辆巴士全部配备有a v l 系统，这些系统主要用来提供车辆位置信息。调度中心通过a v l 传送回来的实时信息及时分析车队运行时间与时刻表的一致性或者行车间隔保持度，然后根据情况采取快速干预。由于m b t a 的服务恢复宗旨是以最快的速度和最小的乘客负效应来恢复运行时间与时刻表的一致性，所以路面策略主要是车辆快速过站( 在某些车站不停留) 。当发生二辆以上巴士聚集时，第一辆巴士将会按照指示快速过站到达指定地点然后正常服务和运行。此外，在站停留至规定时刻和短期回转等措施也时有用到。目前，m b t a 正努力在现有的a v l 系统基础上开发新的c 舢) a v l 系统( c o m p u t e r - a i d e dd i s p a t c h ，简称c a d ，以下同) 。新系统将能更加科学的分析和决策在什么时间什么地点采取什么措施来最优恢复已经中断的服务，新系统也将在更大范围内得到应用。( 2 ) 纽约城市公交系统( n e wy o r kc i t yt r a n s i t ，简称n y c t )n y c t 是一个拥有4 0 0 0 辆巴士的大型公交服务机构。在正常工作r ，有3 6 0 0辆左右的公共汽车投入运营在5 0 0 0 条公交线路上。目前有将近8 0 辆公共汽车装有a v l 系统，这些系统主要用来应付公交车集聚问题。当侦测到车辆集聚时，调度中心根据特定情况选定合适地点对集聚巴士采取保持分散措施以确保一定的行车间隔。尤其在曼哈顿( m a n h a t t a n ) ，由于交通拥挤，且所有公交线路都是高频率服务，现场主要采用保持车头时间距的方法来保证服务可靠性。由于a v l系统应用比较少，且收集来的数据主要用来定位显示，因此能提供的帮助信息有限，于是大量的工作人员派往路面进行监控和协调指挥。目前，n y c t 已经意识到有必要进一步强化a v l 系统的功能，并期望在今年将a v l 系统的安装率提高到1 0 ，也就是在4 0 0 辆公车上升级和配备a v l系统。这项新的a v l 技术将不仅能进行实时监控和分析，还将和时刻表制定系统、通讯系统联系起来，实现数据交流和智能管理，届时路面调度人员将有望减少。( 3 ) 华盛顿城市公交系统( w a s h i n g t o nm e t r o p o l i t a na r e at r a n s i ta u t h o r i t y ，6中南人学博+ 学位论文第一章绪论简称w m a t a )w m a t a 拥有1 4 7 5 辆公交车，在币常工作r 中投入其中1 2 0 3 辆在3 3 8 条公交线路上服务于3 5 0 万城市居民。据统计，w m a t a 每年运送乘客1 3 1 5 百万人次，年经费预算达1 9 亿美会。目前，所有公交车都安装有a v l 技术系统，这些a v l 数据被传送到c a d a v l 系统中进行实时评估分析，一旦监测到服务中断迹象便马上通过无线语音系统进行交流，同时采取应急车队管理办法恢复服务。与一般的公交系统的恢复措施不同的是，w m a t a 调用专门的“策略”巴士去补救。当出现服务中断时，这个中断会及时报告给车辆调度控制中心，控制中心会根据具体情况决定“策略”巴士在什么位置什么时问加入服务车列，从而使得中断影响最小化。根据经验，w m a t a 会在上午、中午和下午分别安排1 6 、9和2 2 辆“策略 巴士以备用。随着乘客对服务可靠性要求的提高和技术的更新，w m a t a 期望在今年投入使用新的a v l 系统以获得更加及时、可视的监控和更加敏捷的响应能力。同时，这个新的a v l 系统还可以提示是否乘客超载，司机是否签到上岗，还可以连接到城市交通控制中心帮助司机察看实时的车流路况，以便告知是否需要提前安排公交优先信号等。1 2 2 2 美国中部城市公交系统的a v l a p c 技术应用现状( 1 ) 芝加哥城市公交系统( c h i c a g ot r a n s i t a u t h o r i t y , 简称c t a )c t a 运营管理着全美第二大公交系统，其网络覆盖芝加哥市及其周边四十个郊区，设有1 2 0 0 0 多个公交车站。在每个正常工作同，接近2 0 0 0 辆巴士投入到2 2 7 3 英里长的1 5 4 条公交线上，同完成乘客输送量1 6 0 万人次。2 0 0 4 年，c t a 首次将自己特有的a v l