（系统工程专业论文）北京公交总公司故障车辆智能化抢修调度系统开发.pdf

摘要 y 3 1 3 5 7 9 蟥统的“修路买车”思路已经很难从根本上解决交通问题。 在这一背景下，智能交通系统( i t s ) 应运而生。i t s 是众多高新 技术的系统集成，是当代交通科技的新领域，已经得到了包括我 国在内的许多国家的高度重视。 北京公交总公司的智能化调度系统项目是建国五十周年北 京市6 7 个重点项目之一。该系统的开发是在系统工程理论的指 导下，综合运用通信、电子、计算机等高技术，围绕着公共交通 智能化这一目标，实现调度员对公交运行车辆的监视、运行调整 和发布调度命令，并实现运营统计分析、编制公交运营计划( 时 刻表、配班) 、公交线路网优化以及故障车辆抢修调度等功能。 通过系统的开发将大大提高公共交通总公司的管理水平，减员增 h 。 效，更加方便乘客，对发展城市公共交通起到促进作用。夕 本论文是以北京公交智能调度系统课题为背景撰写的，主要 是针对该系统的一个子系统故障车辆抢修调度系统的开发 、，一 展开研究。论文提出了系统的设计方案，该系统包括四个组成部 分：信息采集系统、信息传输系统、信息显示系统和信息处理系 统。论文还比较详细地探讨了信息处理系统中的抢修车辆调度的 最短路算法，结合公交智能化调度进行了最短路算法的应用研 究。在检视了传统算法后，提出了符合公交故障甍拥楚蝗调度要 求的最短路算法思路，开发了应用程序，对其可能的推广范围作 了探讨。 a b s t r a c t t h i s p a p e rb a s e do nt h ep r o j e c to fb e i j i n gp u b l i ct r a f f i c o p e r a t i n g ，d i s p a t c h i n g a n dd i r e c t i n gs y s t e m a sm o d e mt r a f f i c p r o b l e mg r o w sm o r ea n dm o r es e r i o u s ， t r a d i t i o n a li d e ac a nh a r d l ys o l v ei t i t s ( i n t e l l i g e n tt r a f f i c s y s t e m ) e m e r g e sa st h et i m e sd e m a n d ，w h i c ho p e n su pan e wf i e l d o ft r a n s p o r t a t i o nt e c h n o l o g y ，a n dg r o w sm o r ea n dm o r ei m p o r - r a n t ，a t t r a c t sm o r ea n dm o r ec o u n t r i e s a t t e n t i o n g u i d e db yt h et h e o r yo fs y s t e me n g i n e e r i n g ，t h ed e v e l o p i n g o fb e i j i n g o p e r a t i n g ，d i s p a t c h i n g ，d i r e c t i n gs y s t e m ，c o m p r e h e n s i v e l yu t i l i z e s t h e c o m m u n i c a t i o n ，e l e c t r o n i c ，c o m p u t e rt e c h n o l o g y ，m a l n i ye m p h a s i z e so n t h e i n t e l l i g e n c e t or e a l i z e st h e m o n i t o r i n go fo p e r a t i n gv e h i c l e ，t h eo p e r a t i n ga d j u s t - m e n ta n d i s s u eo fd i s p a t c ho r d e r s i ta l s oh a sf u n c t i o n sl i k e o p e r a t m g s t a t i s t i c s a n a l y s i s ，m a k i n gp u b l i ct r a n s p o r t a t i o no p e r a t i n gp l a n a n do p t i m i z i n gp u b f i ct r a n s p o r t a t i o nm a dn e t t h i sp a p e ri s m a i n l yf o c u s e do no n es y s t e mo fi t s ，w h i c h i sc a l l e dr u s hr e p a i r i n gv e h i c l eo p e r a t i n gs y s t e m as y s t e m d e s i g ni s f o r w a r d e da n dt h es h o r t e s t p a t ha l g o r i t h mi ss p e c i f i c a l l y d i s c u s s e di nt h i sp a p e r a f t e rt h ee x a m i n go ft r a d i t i o n a l a l g o r i t h m ，a s h o r t e s tp a t ha l g o r i t h mw h i c hi s s u i t a b l ef o ri t s i sf o r w a r d e d , a n dt h es p r e a d i n gr a n g eo fi ti s m a i n l yd i s c u s s e d 第一章绪论 1 绪论 1 1 论文的背景和意义 智能交通系统( i t s ) 是当代交通科技的新领域，它的出现 为解决困扰各国的交通问题开辟了新的道路。欧美日等发达国家 对此都格外重视，不惜投入大量的人财物进行研究。目前，在这 些国家中，不仅智能交通系统的理论框架已初步建成，而且已有 成熟的产品问世，以及先进的交通管理系统投入实际运行。 智能交通系统虽然是众多高新技术的系统集成，其实现难度 相当大，但它并非只是发达国家的事。事实上，我国对智能交通 系统的需要更为迫切。因此，我国要密切跟踪国外智能交通系统 的研究动态，把解决交通问题的着眼点从粗放式的“修路买车” 转向充分利用高科技上，并且不失时机地在有条件的城市进行 i t s 实际工程开发，从理论走向实践。 8 0 年代中期以来，我国大城市的公共汽车交通相继萎缩， 从运营效率到经营管理，从服务水平到经济效益，出现了全面衰 退。1 9 9 4 年，公交亏损面达7 0 ，仅北京、上海两市亏损补贴 就达1 6 亿元人民币。! l l 公共交通的萎缩使得城市交通拥挤加剧。 但是各国经验表明，公共交通是效率最高的交通方式，因此我国 也应当鲜明地选择优先发展公共交通的政策。而“优先发展公共 交通”必须依靠科技进步，通过提高管理水平，改进服务质量来 缓解或基本解决交通问题。由此可见在公交领域研究和开发智能 交通系统势在必行。 北京市公交总公司智能化调度系统项目是建国五十周年北 【1 1 参考文献【1 1 p 7 第一章绪论 京市6 7 个重点项目之一，该系统的开发是一次开拓性研究，在 国内首次把i t s 技术应用于公共交通。系统的开发是在系统工程 理论的指导下，应用i t s 技术的一次实践。该系统分为车载信息 g p s ( 卫星定位系统) 采集系统、通信传输系统( 无线、有线) 、 调度平台系统、计算机网络系统( 广域网、局域网) 、会议电视 系统、大屏幕显示系统、信息服务( 电子站牌) 系统等，本论文 开发的系统是调度平台系统的一个组成部分。公交智能化调度系 统集信息采集、信息传输、信息显示、信息处理为一体，采用智 能化调度手段，实现调度员对公交运行车辆监视、运行调整、发 布调度命令，并实现运营统计分析、编制公交运营计划( 时刻表、 配班) 、公交线路网优化以及故障车辆抢修调度等功能。 本论文主要是对调度平台系统中的一个子系统故障车 辆抢修调度系统进行研究，它具有理论和实践的双重意义。首先， 智能交通系统只是在近十年才得到巨大发展和显示出广阔的应 用前景，因此从理论的完备性看，智能交通系统的理论尚处于发 展阶段，无论是学科定位、研究框架，还是发展方向都还不成熟。 其次，由于论文针对的是一个具体的系统开发，因而又必 然要从实践的角度，在理论的指导下，具体问题具体分析，使其 能够真正地投入使用。公交故障车辆抢修调度是调度平台系统的 重要组成部分，它将综合应用i t s 的采集技术、传输技术、显示 技术和处理技术等高科技手段，因而在开发过程中会不可避免地 遇到一些问题。系统的开发既有智能交通系统的共性问题，又有 该系统的个性闻题，特别是共性问题的研究，对于开发其它系统 具有借鉴意义。 第一章绪论 1 2 论文的章节安排 论文的研究思路如图1 1 所示。 论文共分五章。 第一章绪论，介绍论文的背景和意义。 第二章主要是对智能交通系统的历史和现状进行综述。智能 交通系统是当今国际上引人瞩目的新领域，发达国家的研究工作 己取得了卓有成效的成果，它们所提出的理论观点和研究框架无 疑对我们的理论研究和实际工程开发具有指导意义，同时对公共 交通智能化现状及发展提出了见解。 第三章主要是对公交故障车辆智能化抢修调度系统的开发 进行研究，分析了公共交通智能化抢修调度系统应具有的信息采 集、信息传输、信息显示和信息处理的系统构成，提出设计方案。 第四章是对公交故障车辆抢修调度智能化的核心部分信息 处理进行了研究，对必须解决的最短路问题进行了探讨。在本章 中，作者对几个成熟的传统算法进行了讨论，分析了它们各自的 特点。 第五章提出了适合公交故障车辆抢修调度要求的最短路算 法，并结合公交故障车辆抢修调度的实际，编制计算机软件，进 行应用性研究。同时对其可能的推广应用进行了探讨。 第一章绪论 图1 - 1 研究思路 4 第二章智能交通系统概述 2 智能交通系统概述 2 1 智能交通系统( i t s ) 的研究目的、意义 随着城市化的进展和汽车的大量普及，产生了一系列交通 问题：交通拥挤加剧，交通事故频发，交通环境恶化。目前， 交通问题不仅严重困扰着发展中国家，就是在发达国家也是令 人头痛的大问题。众所周知，解决交通拥挤的直接办法是提高 路网的通行能力。但无论是哪个国家的大城市，由于可供修建 道路的空间有限，以及建设资金筹措困难等原因，依靠外延式 的“修路买车”来解决交通问题，已经变得几乎不可能。事实 上，更为重要的是，由于交通系统是一个相当复杂的大系统， 单独从车辆方面考虑或单独从道路方面考虑，很难从根本上解 决问题，此外，能源和环境问题日趋严重，也使人们不得不另 辟蹊径。在这种背景下，从系统的观点出发，把车辆和道路综 合起来考虑，运用高新技未，提高管理水平，系统地解决道路 交通问题的思想就应运而生，这就是i t s ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 一智能交通系统。 可以说，智能交通系统己成为近年来国际上最引人注目的 交通运输科技发展的新领域。它的主要研究目标是将电子、通 信、计算机、交通、控制、信息等多学科的高新技术综合起来 解决当今世界的交通拥挤、道路堵塞、交通安全、扩大运输能 力、改进客货运输服务以及交通与环境的协调等问题。这门交 通运输综合新技术在当今世界发达国家美国、欧盟以及日本等 国家中已经得到了很大的发展。 第二章智能交通系统概述 前景己引起各国政府的高度重视，并将其视为未来交通建设与发 展的一个优先领域。 如图2 一l 所示，研究i t s 的意义主要有如下四点： 提出交通发展对策，对交通规划进行决策支持作用： 减少交通拥挤和事故造成的经济损失，提高生产效率； 培育未来新产业： 节省能源和改善环境。 提出交通发展对 策，对交通规划进 行决策支持作用 减少交通拥挤和事 故造成的经济损 失，提高生产效率 i t s 研究的意义 节省能源 改善环境 培育未来新的产业： 国家和民间企业 图2 1i t s 研究的意义 基于以上考虑，美国、欧洲、日本以及澳大利亚、韩国等， 对智能交通系统的研究给予了高度的重视，投入了大量的人力物 力。对于我国来说，密切跟踪当代智能交通系统的研究动态，并 在某些适合我国国情的领域开展研究，不仅能够使我们看清未来 道路交通的发展动向与前景，而且有助于增强现阶段道路规划和 建设决策的科学性：对实现城市交通现代化管理，刨造可持续发 第二章智能交通系统概述 展的交通环境，具有非常重要的理论和实践意义。“1 2 2 智能交通系统的发展历程 智能交通系统最初是在各国独立、分散发展的，其名称和研 究的侧重点各有不同。 在欧洲最早叫r t i ( r o a dt r a n s p o r ti n f o r m a t i c s ) ，即道路 交通通信技术。八十年代中期，由欧洲联盟及各国政府联合主持 制定了一个叫d r i v e ( d e d i c a t e dr o a di n 舶s 协i 嘶聃f o rv e h i c l e s a f e t y i n e u r o p e ) 的计划，同时民间联合组织还搞了一个 e r t i c o ( e u r o p e r o a d t r a n s p o r t t e l e m a t i c s i m p l e m e n t a t i o n o r g a n i z a t i o n ) ，即欧洲高效安全交通系统计划。到九十年代初期， 即1 9 9 1 年，在完成这两个计划的基础上，为了推动智能交通系 统的发展，在欧洲成立了一个欧洲交通通信技术实用化协议会， 是欧洲联盟和道路交通通信技术企业界之间用于推动i t s 在欧 洲的发展的一个联络组织。 i t s 在日本的发展始于七十年代，从1 9 7 3 年到1 9 7 8 年日本 成功地组织了一个动态路径诱导系统的试验，在这个试验中，车 上的驾驶员可以根据装在车上的显示器所显示的道路交通堵塞 状况及诱导方向选择自己最快的路线达到目的地。从八十年代中 期到九十年代中期的十年间，日本相继完成了道路与车辆间的通 信系统、交通信息通信系统、宽区域旅行信息系统、超智能车辆 系统、安全车辆系统以及新交通管理系统等方面的研究，在此基 础上1 9 9 4 年1 月，由日本警察厅、通产省、运输省、邮政省和 建设省等五个部门联合成立了日本道路、交通、车辆智能化促进 会( v e r t i s ：v e h i c l e 、r o a da n dt r a f f i ci n t e l l i g e n c es o c i e t y ) 用以 i t 】参考文献 2 l p l 第二章智能交通系统概述 推动i t s 在日本的发展。 从某种意义上说，美国交通系统的智能化研究始于本世纪六 十年代末期，那时称电子路径导向系统( e r g s ：e l e c t r o n i cr o u t e g u i d a n c es y s t e m ) 。中间暂停了十多年，到八十年代中期后以 加里福尼亚交通部门研究的驾驶员寻路系统获得了成功为契机， 在美国全国开展了被称为智能化车辆一道路系统的研究。 1 9 9 0 年美国运输部门成立了美国智能化车辆一道路系统组织 ( i v h s ) 。1 9 9 1 年美国制定了综合提高陆上交通效率化法， 把开发研究智能化车辆一道路系统作为国策，并提供了充足的财 政支挣。1 9 9 4 年，美国运输部将美国i v h s 改为美国i t s ，以 表明这方面的研究开发不仅限于车辆和道路，而且可以推广到一 切交通工具和交通道路所组成的智能化系统，不过，就目前而言， 主要是以道路交通作为研究对象。 这里简要介绍一下美国亚特兰大的城市先进交通管理系统， 它是智能交通系统应用于实践的一个成功典范。为了准备奥运 会，亚特兰大市投入了1 4 亿美元，增添了新型智能交通管制系 统。美国交通部官员认为，这一技术把亚特兰大带入了2 1 世纪， 使驱特兰大成为美国第一个交通管制智能化的城市。在亚特兰大 街头，数百架电视摄像机将把进入亚特兰大的高速公路完全“监 视”起来，数百公里长的光纤电缆把交通状况的图像实时地传给 亚特兰大交通指挥中心，中心的工作人员根据摄像机提供的资 料，一按电钮，即刻就能改变道路上4 l 处交通信号。在亚特兰 大城区，8 4 0 个交叉路口交通信号灯中的5 0 0 个交叉路口实现 了计算机联网控制。管理人员可根据交通变化情况迅速调整和改 变交通信号灯色，使道路保持畅通，提赢了道路通行能力。在奥 运会期间，亚特兰大有4 0 0 多万观众来往于体育场馆、饭店和旅 第二章智能交通系统概述 游点之间。管理人员昼夜值班，根据电脑系统提供的资料，调配 公共汽车和火车，以保障安全迅速的把客人运到目的地。行人可 以从这种电脑系统装在各处的终端上标出的公共汽车和火车的 路线图和时刻表以及某个区域或某条道路的交通情况掌握各种 交通信息。大会交通车辆和出租车上装有全球定位系统接收设 备，帮助出租汽车驾驶员在亚特兰大市区畅通无阻地行进。先进 的卫星技术能够显示出汽车所在的确切位置。与此同时，这些装 置还能显示出地图、方位和迂回路线，帮助迷路者迅速调整路线， 走入“正道”，准时到达终点。这个系统还设有1 2 个频道的广 播电台，实对地向交通参与者提供最新的交通拥堵情况：交通参 与者如驾驶员还可以在离家之前通过专用电话，了解有关情况， 如何最快地抵达目的地。i l l 进入9 0 年代，发达国家官产学各方要求增进国际合作，互通 信息，共同开发i t s 的呼声日渐高涨。在1 9 9 3 年春召开的i v h s ( i n t e l1i g e n t v e h i c l e - h i g h w a ys y s t e m ) a m e r i c a 年会上，代表 们提出了召开智能交通系统世界大会的最初倡议。欧渊智能交通 系统研究协调组织e r t i c o ，积极响应这一倡议，建议1 9 9 4 年在法 国巴黎召开第一次智能交通系统世界大会，并决定i t s 世界大会 在欧湘、美国和亚洲轮流举行，每年召开一次。 关于会议名称，1 9 9 4 年春，日本道路交通车辆智能化推进协 议会v e r t i s 提出，如果将会议名称每次都再加上主办国自己的 名称，则会议名称会变得非常复杂，所以日本提出了简洁、中立 的名称“i t s ( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r ts y s t e m s ) 世界大会” 的建议，得到了欧美的赞成。 【1 1 参考文献口】p 1 6 9 第二章智能交通系统概述 2 3 智能交通系统的主要研究内容 智能交通系统i t s ，早期曾被称为智能道路交通系统i v h s ， 是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子控制技术以及计 算机处理技术等有效地综合运用于整个交通管理体系，而建立起 来的一种在大范围全方位发挥作用，实时、准确、高效的运输综 合管理系统。 i t s 是由若干高科技开发项目组成的。这些技术项目加强了 道路、车辆和驾驶员三者之间的联系。借助系统的智能，驾驶员 对实时交通状况了如指掌，管理人员则对车辆的行驶状况一清二 楚，因此提高了道路的安全性、系统的工作效率、环境质量等， 如前所述，日本的i t s 研究起步较早，已有实用产品投入市场。 譬如，已有2 0 万辆小汽车( 1 9 9 5 年为止) 装备了路导器( 车载交 通信息服务装置) 。美国1 9 9 1 年开始投巨资进行开发研究，发展 迅速。目前世界上已经形成欧洲、美国、日本三大研究基地，分 别在各自的组织e r t i c o 、i t s 、v e k t i s 的协调指挥下，进行着 各具特色的研究。 由于i t s 正处于开发试验阶段，其功能和规模不断发展扩大， 对其构成的描述也不尽楣同。一般说来，i t s 开发项目可分为七 类： 先进的交通管理系统a t m s ( a d v a n c e dt r a f f i c m a n a g e m e n ts y s t e m ) 。a t m s 用于监测控制和管理公路交通， 在道路、车辆和驾驶员之间提供通讯联系。它依靠先进的交通监 测技术和计算机信息处理技术、获得有关交通状况的信息、并进 行处理，及时地向道路使用者发出诱导信号，从而达到有效管理 交通的目的。过去的交通管理系统限于被动控制的城市交通控制 系统。作为智能交通系统中最先进的交通管理系统是一种主动控 l o 第二章智能交通系统概述 制的综合交通管理系统，包括实时地自动检测突发事件( 如由事 故和施工产生的拥堵等) 和旅行时间等交通状况系统、道路自动 收费系统、停车场诱导系统以及交通信息与显示系统等。 先进的交通管理系统可由六个子系统所组成： 智能交通管制系统：在过去的信号控制为中心的管制中 心的基础上，增加管制中心与道路上运行车辆双向通信 机能，能收集旅行时间等交通信息并向交通参与者实时 提供这方面的信息，使管制中心可对运行车辆进行微观 控制。 交通信息系统：利用通信机能向交通参与者全面提供交 通拥堵、道路工程、交通事故和突发事件等信息。 动态径路诱导系统：利用系统的显示装置诱导车辆使其 到达目的地的旅行时间最短。 车辆运行管理系统：这主要是指警车、巡逻车，银行运 钞车、邮车以及一些卡车等，以提高这些车辆的效率。 公共交通优先系统：主要指公共交通优先道路和公交优 先信号的控制与管理等。 交通公害减轻系统：主要是根据道路上大气污染、噪声 等实时环境数据，用信号控制等交通管理办法对车流进 行诱导，以减轻交通公害。 先进的驾驶员信息系统a d i s ( a d v a n c e dd r i v e r i n f o r m a t i o n s y s t e m ) 。在信息类型以及信息接收者方面， a d i s 与a t m s 有本质差别：a t m s 中同样具有许多向驾驶员提供信 息的设备，如可变信息板、公路咨询广播等。但它们传递的信息 量是有限的、一个可交信息板一般只能显示1 4 个字符，公路广播 的情报也不能超过几分钟，而且上述设备是为整个交通流总体服 第二章智能交通系统概述 务的，其信息只具有普遍性。而a d i s 则是以个体驾驶员为服务 对象。驾驶员可以通过其车载路径诱导系统，在与控制中心的双 向信息传递中使自己始终行驶在最短路径上。a t m s 和a d i s 的功 能十分相似，可以缩短旅行时间，降低燃油消耗和减少废气排放， 使交通拥挤状况得到缓解。日本已从1 9 9 5 年正式提供这一服务， 向驾驶员迅速、及时地提供各种交通信息，协助车辆人员安全、 准时地到达目的地。1 9 9 5 年底，日本共有5 4 万辆汽车装配有 “多媒体交通信息接受装置”。该装置内有一套数字式交通导向 图，即使驾驶员不知通往目的地的道路，该装置的磁传感器也能 自动测出行车方位，并根据车速测出行车的精确距离，计算出车 辆所在精确位置并在荧光屏上的交通图中显示出。该装置将接受 到的道路堵塞、交通事故、道路整修等信息进行综合分析处理， 并计算出前往目的地的最佳行车线路。 先进的车辆控制系统a v c s ( a d v a n c e dv e h i c l ec o n t r o l s y s t e m ) 。a v c s 的目的是开发帮助驾驶员实行自动车辆控制的 各种技术，从而使汽车行驶安全、高效。a v c s 领域包括对驾驶 员的警告和帮助，避免与障碍物碰撞等自动驾驶技术。实际上 a v c s 具有最长期的潜在效益，同时也对汽车工程、电子工程等 部门提出了最大的挑战。该系统是对车辆本身说的，主要包括 两大部分，一是行车安全警报系统，二是行车自控和自动驾驶系 统。行车安全警报系统由微波雷达、激光雷达、传感器、摄像机 和车载图像处理系统组成。行驶中的车辆通过车上配备的各种仪 器能够准确测定出与前方行驶中车辆的距离、行驶车道以及车辆 周围的情况。中央信息系统根据这些信息数据进行综合处理，在 驾驶员因打嗑睡、精力不集中等原因使车辆间隔距离过短或者偏 离车道中心时会向驾驶员发出警告。行车自控和自动驾驶系统是 1 2 第二章智能交通系统概述 智能化交通系统中最熏要的部分，它可以避免驾驶员因判断和操 作失误引起交通事故。这个系统具有自动导向功能、障碍物自动 检测功能和回避功能。整个自动驾驶系统由路面设施和车辆上的 特殊装备组成。路面设施是在车道中心按一定的间隔距离埋设磁 铁。车辆前头两侧配备两个磁传感器、前车灯中间有障碍物检测 雷达，车体中部两侧装有车道白线识别装置，同时，还装配有电 子导向仪、电子自控加速踏板、电予刹车等装置。 营运车辆调度管理系统c v 0 m ( c o m m e r c i a lv e h i c l eo p e r a ti o n f l e e tm a n a g e m e n t ) 。c v 洲实质上是运输企业应用i v h s 技 术来谋求最大效益的一种调度系统。它的目的是利用i v h s 技术， 例如车辆自动识别技术、车辆自动定位技术、车辆自动分类技术 等，提高企业内部劳动生产率，增加安全度，改进对突发事件的 反应能力，改善车队管理和交通状况。 先进的公共交通系统a p t s ( a d v a n c e d p u b l i c t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) 。采用各种智能技术促进公共交通 运输业的发展，如通过个人计算机、闭路电视等向公众就出行期 间选择交通方式，路线及车次等提供咨询，在公交车站通过显示 器向候车者提供车辆的实时运行信息。该系统包括公共交通车辆 定位系统、客运量自动检测系统、行驶信息诱导系统、自动调度 系统、电子车票以及视野支持系统等。比如对公共交通车辆采用 全球定位系统进行监控，它使公交调度部门能够准确定位各辆车 的位置，公交车辆驾驶员通过车上的信号接收机可知道自己所处 的位置，各个车站的乘客上可以从显示板上了解有关车辆的运行 信息，对下一辆公交车何时到达一目了然。又比如电子车票，它 的一个突出优点是难以伪造，可杜绝月票伪造活动。 先进的乡村交通系统a r t s ( a d v a n c e d r u r a l t r a n s p o r t 第二章智能交通系统概述 s y s t e m ) 。该系统包括为驾驶员和事故受害者提供援助的无线 紧急呼救系统，不利道路和交通环境的实时警告系统，以及有关 驾驶员服务设施和旅游路线、景点等信患系统。 自动高速公路系统a h s( a u t o m a t e dh i g h w a y s y s t e m ) ，该系统包括车辆自动导航和控制，交通管理自动、 以及事故处理自动【l l g l 。 2 4 智能交通系统在我国的发展及研究现状 智能交通系统的研究己有近3 0 年的历史了，特别是近1 0 年 来，欧洲、臼本和美国对智能交通系统的研究开发极为重视。 随着城市人口的增加，公路设施已经越来越跟不上发展的需 要。以美国为例，近2 5 年来公路的车流量增大了一倍多，由于 交通拥挤造成的经济损失高达1 0 0 0 亿美元。因此，美国计划用 3 0 年的时间在全国建立起智能交通系统。欧洲和日本也不甘示 弱。 我国对智能交通系统的研究开发实际上更为迫切，这是因为 智能交通系统是解决道路发展变化慢，车辆发展变化快这一对交 通上主要矛盾的最有效，最便捷的方法。 首先，我国经济持续2 0 年的高速增长，使得车辆的增长速 度也非常快。这种经济的持续高速增长速度比工业发达国家高出 两倍至三倍，在这种情况下，车辆增长特别是机动车辆的增长速 度比它们高出三倍至四倍。但是从总体上看，我国又是一个经济 非常落后的国家，人均国民生产总值比美国和日本少得多，不可 能投入很大的资本去修建道路，因而道路建设总是跟不上车辆发 【l 】参考文献f 2 】 【2 1 参考文献【3 l p 3 ，p 1 7 1 9 1 4 第二章智能交通系统概述 展的需要，有资料表明，我国道路发展速度与车辆发展速度之比 为1 ：8 0 7 。可以说，“车多路少”正是我国当前交通问题的突出 表现。目前我国机动车拥有量为4 2 6 0 万辆，其中汽车为1 2 6 0 万 辆，摩托车2 0 0 0 万辆，农用车1 0 0 0 万辆，机动车拥有量1 9 7 8 1 9 9 5 年的年均增长率为2 1 9 7 ，其中汽车的年均增长率为 1 3 1 9 。从世界情况来看，从1 9 3 0 1 9 9 5 年。世界汽车拥有量 年均增长率4 7 4 ，其中1 9 7 8 1 9 9 5 年为3 5 0 。因此，我 国汽车年均增长率比世界汽车拥有量年均增长率高出9 6 9 个百 分点，而我国机动车拥有量增长更快。道路交通上的这种形势还 将持续若干年，加强道路建设，实行交通总量削减当然是一个办 法，但是最为便捷有效的还是充分合理、科学地使用道路，那就 是采用集高科技于一体的智能交通系统。 其次，我国道路设施少，确保交通安全的交通管理与交通工 程设施更少。1 9 9 6 年我国的道路总长度为1 1 8 万k m ，世界道 路总长度为2 5 0 0 万k m ，我国只是世界的4 7 ；1 9 9 6 年我国的 高速公路总长度为3 2 5 8 k m ，世界高速公路总长度为l8 万k m ， 我国只是世界的1 8 ；1 9 9 6 年我国机动车拥有量为4 2 6 0 万 辆，世界机动车拥有量为9 2 亿辆，我国只是世界的4 6 ：从 道路和车辆来看，占世界如此小的比例，这是与占世界人口2 1 5 的大国极不相称的。与道路，车辆拥有量比较，确保交通安全 的交通管理与交通工程设施更少。与日本比较，我国的面积是日 本的2 5 4 倍，人口是日本的9 5 4 倍，作为交通供给的道路总长 度，我国和日本差不多，如果按人均算，日本的人均道路长度几 乎是我国的1 0 倍。然而我国与日本比较，更少的还是交通安全 设施，以交叉路口交通信号机为例，我国只是日本的6 ，如果 按人均算，日本的人均交叉路口交通信号机是我国的1 6 0 倍。道 第二章智能交通系统概述 路设施，交通管理与交通工程设施如此之少，当然应该迎头跟上， 然而仅只考虑“硬件”跟上是不行的，首先是由于财力等原因， “硬件”难以跟上去。即使“硬件”跟上了，没有交通管理这个 “软件”，也是不行的。而交通管理这个”软件”应该考虑一个 起点问题，我们不应再按照国外交通管理几十年来那种从点到 线、到面的控制，而是根据我国交通和技术水平的具体实践，尽 量采用最先进技术。 再次，智能交通系统在我国有一定的基础。作为智能交通系 统基础的城市交通控制系统的开发研究在我国己有2 0 多年的历 史，这2 0 多年来该系统已经历了三个阶段。第一阶段始于1 9 7 3 年的北京前三门交通监控系统，一直到1 9 8 4 年，在这个阶段依 靠自己的技术和国产设备，以电视监视与线控为起点逐步向面控 系统发展。其结果是使我国城市中主要交叉路口实现了点控制， 一些街道实现了线控；第二阶段是1 9 8 4 年开始北京、上海分别 引进南斯拉夫、英国和澳大利亚的面控系统，直到公安部在南京 组织国产化，并完成面控系统的“七五”攻关，在这十年问。在 我国十几个大城市中或者是引进了国外的系统或者是采用了国 产化面控系统，第三阶段是1 9 9 3 年开始在我国若干个城市中实 施了现代化综合交通管制系统，这种系统不仅包括交通信号控制 和电视监视系统，而且还包括了除交通信号控制和电视监视以外 的警车定位系统、地理交通信息系统和交通事故，车辆与驾驶员 档案等综合静态信息系统等。这种现代化综合交通管制系统实际 上就是智能交通系统的基础。 第四，不停车自动收费系统和i c 卡机动车驾驶员交通违章 罚款管理系统已经在一些省市实现，而这些系统基本上都属于智 能交通系统的一部分。不停车自动收费系统首先在广东省推行。 1 6 第二章智能交通系统概述 这种不停车自动收费系统的主要硬件设备采用国外第三代不停 车收费系统设备，可2 4 1 1 全天候工作。该系统可达到的车辆通行 速度在5 0 k n “h 以上。最高限速可达1 6 0 k m h ：车道通过能力可 达2 0 0 0 辆，h 以上。该系统通过车道车辆检测，分离器检测是否 有车辆通过：位于车道上方的微波天线与微波收发装置在车辆通 过时通过微波与车载微波应答卡进行通讯。验证卡的合法性和 读、写有关数据，在高速公路入口处将入口编号写入卡内，出口 处再读出入口编号并由计算机计算应收的路费。收费站通过通讯 网络将车辆通过该车道的记录送往结算银行进行清算，完成车辆 过路过桥费的收取。不停车自动收费系统大大节省了时间，促进 了道路网效益的充分发挥。 i c 卡( 智能卡) 机动车驾驶员交通违章罚款管理系统已在 我国辽宁、陕西、天津和杭州等省市使用。i c 卡只有身份证大 小，背面装有半导体集成电路芯片，能够存储大量信息和进行逻 辑运算。每个驾驶员到交警部门办一张i c 卡，到银行储蓄一定 数量的人民币记录在卡中，执勤民警配备一台便携式读写器，里 面输入有关交通违章罚款类别、额度等电脑程序，交警和银行系 统设立互联微机网络。驾驶员违章时，交警只需将i c 卡在读写 器上按固定程序一划，即完成处罚。1 1 j 第五，我国已经有了一支具备相当实力的研究队伍，这是我 们最宝贵的财富。目前，许多高等院校和科研机构已经投身于智 能交通系统的研究。 综上所述，在我国开展智能交通系统的研究不仅必要而且可 能，我们必须不失时机的抓住机遇，依靠高科技来尽快改变交通 【l 】参考文献【3 】p 1 9 也l 1 7 第二章智能交通系统概述 严重落后的局面，少走或不走发达国家已经走过的弯路。 2 5 北京公交智能化调度系统 2 5 1 概述 北京市公共交遁总公司智能化调度系统的开发是i t s 在我 国的一次前所未有的实践，其系统规模之大，应用高科技手段之 多，都是从前的公共交通工程无法相比的。该系统集信息采集、 信息传输、信息显示、信息处理为一体，采用智能化调度手段， 实现调度员对公交运行车辆的监视、运行调整、发布调度命令， 并实现运营计划( 时刻表、配班) 、公交线路网优化以及故障车 辆抢修调度等功能。公交调度系统如图2 - i 所示。 l s 第二章智能交通系统概述 图2 - 1公交总公司智能化调度系统示意图 公交智能化调度系统作为一个系统，它具有系统的特征， 表现在： 1 层次性。公交智能化调度系统分为总公司调度、区域调 度( 分公司调度) 二级调度。各级有各级的权限。总公司调度指 挥中心调度长负责若干个分公司调度的协调、跨分公司的调度指 挥，由总控调度台实现此功能：总公司调度负责超出分公司权限 的事故处理，由分控调度台实现此功能；总控调度台、监控调度 台地点设在总公司调度指挥中心。分公司调度负责分公司内若干 区域调度的协调、跨区域的调度指挥和超过区域调度权限的事故 1 9 第二章智能交通系统概述 处理，由监控调度台实现此功能；区域调度直接对车辆进行管理， 通过区域调度台实现此功能；监控调度台、区域调度台地点设在 分公司调度室；抢修调度台设在总公司调度中心。 根据公交公司管理组织规模需求和通讯传输的限制，一个 区域调度管辖的车辆可达1 0 0 3 0 0 辆车。区域调度平台通过车 辆信息采集系统( 车辆定位系统、短信息采集系统等) 采集运行 公交车辆实时状态信息( 包括车辆位置、运行方向、速度、时间、 事故故障类型、车号、线路号、司机工号、车辆上下车人数等与 运营车辆有关信息) ，并由信息传输系统( 移动通讯系统) 传输 到对应的区域调度，对信息进行显示、运行监视，对异常情况发 布运营调整调度命令。各级调度分层管理，当超过本级管理权限 时，由上级调度处理。总公司、分公司内部调度系统间的联系通 过局域网实现，总公司与分公司调度平台的信息交互通过以通讯 设施为基础的计算机广域网实现，分公司内的区域调度台与车辆 的信息传输通过移动通信网实现，区域调度台与车队、保养公司 的信息交互通过有线通信实现。各级调度台对运行车辆的调度命 令通过区域调度台下达。故障车辆信息通过区域调度台接收，经 监控调度台传输到总公司调度中心的抢修调度台。由抢修调度台 寻找抢修车，安排抢修车辆经由路径，以最短时间至u 达故障车辆 地点。 2 集合性。智能调度系统由多个子系统构成，可分为总公 司调度子系统、分公司调度子系统，车辆调度子系统和抢修车调 度子系统等，各子系统的功能通过分属各级的调度平台实现，通 过计算机网络使各调度平台间的信息交互成为可能。 3 接体性与关联性。各级调度平台、车队、车辆、保养公 司共同组成一个统一的整体，各子系统相互关联、相互依存、相 2 0 第二章智能交通系统概述 互制约，协调配合，共同完成公交系统对车辆的调度。 4 目的性。各级调度平台的建设具有明确的目标，这就是 实现公交运营调度指挥系统的智能化。系统的开发围绕这一目标 进行。 2 5 2 公交抢修调度平台开发的目标及主要功能 公交抢修调度平台开发的总目标是实现抢修调度智能化。通 过抢修调度平台智能化，可实现的目标为：在故障车辆需要抢修 车时，抢修车能在最短时间内到达故障车辆地点。由于安排抢修 车时，经由路径的路段流量不同，因此车辆行驶速度在不同时段 是不一致的，因此需要根据路段的不同情况安排抢修车到达故障 地点的行驶路线，并通过车载g p s 系统和移动通信系统跟踪抢修 车的位置信息及抢修进行状况，使抢修车能以最短时间到达故障 车地点，完成抢修任务。 抢修调度台与各级调度台有密切的关系，因此需把各级调度 平台实时调度的功能介绍如下。 各级调度平台实时调度的主要功能包括三个方面： 1 实时监视：借助车辆实时状态信息采集系统、通信技术将 车辆实时状态短信息，传输到各级调度台，通过电子地图及屏幕 显示技术实现调度员对线路运营车辆、机动车辆、抢修车辆动态 位置及运营状态的掌握。 2 通过编制调度软件提供调度员对突发事件的实时调度方 案( 包括调整运行间隔，提供区间车、快车方案，改变线路行驶 路线，调配机动车，抢修车调度等) ，提高调度员实时监控与应 交能力，实现公交车辆运行调整智能化。并通过短信息及与被控 车辆通话，下达调度命令。 第二章智能交通系统概述 3 与外部信息接口，包括公安交通管理局路段流量信息、速 度信息等，实现公交总公司对路段信息的实时掌握，使抢修车辆、 机动车辆能根据路段流量的实时信息，安排以最短时间到达故障 车辆及加车地点。 2 5 3 公交抢修调度平台开发的指导方针 根据总体设计要求，公交抢修调度平台开发的指导方针是： 1 智能化。要建立抢修调度的处理系统，包括与公安交通 管理局路段实时信息的接口，建立数据库和模型实现公交抢修调 度系统的智能化处理系统，通过人机结合，逐步提高系统的智能 化水平。 2 集成化、一体化。抢修调度平台包括公交故障车辆和抢 修车辆的实时信息接收系统、电子地图显示系统、调度监视、预 案处理、抢修调度命令发布以及统计分析等予系统。开发要体现 集成化、一体化。在同一抢修调度平台屏幕上，可进行车辆的监 视、故障车辆的位置及事故类型的显示，并可根据故障车辆类型、 故障车辆地点事故类型，提供抢修调度方案，发布抢修调度命令。 因此其显示系统和智能化处理系统要求与其他各调度平台的操 作系统、数据库、地图显示、编程语言一致，并集成为一个统一 的接体，编程时统筹考虑各子系统相互之间的衔接，在统一设计 下，使抢修调度系统发挥最大效用。 第三章北京公交总公司故障车辆抢修调度系统的设计 3 北京公交总公司故障车辆抢修调度系统的设计 3 1 、公交总公司故障车辆抢修调度系统概述 目前公交运营公司与保养公司是一一对应的，某运营公司的 车辆在运营中发生故障，一定要求对应保养公司派车抢修。因此， 即使在故障车辆附近有公交总公司其它保养公司的抢修车，也不 能对故障车辆进行处理，一定要等对应保养公司的抢修车辆。这 种做法虽明确了责任，但从抢修时间的及时性和抢修车辆的行驶 里程来看都是不经济的。智能化运营调度系统的建立，为及时发 现故障车辆，安排抢修车辆提供了可能。通过信息采集系统，可 以及时知道故障车辆的位置，并及时安排抢修车。由此可见，抢 修调度是公交总公司智能调度系统的重要组成部分。 近期抢修车是公交各保养公司的配属车辆；在公交运行车辆 发生事故时，将其位置报公交抢修调度台，由抢修调度台通知最 近空闲公交抢修车，安排行驶路线，使抢修车在最短时间内赶到 事故地点，将故障车辆就地抢修或拖到最近公交保养公司抢修。 远期在全市公安交通管理局的车辆调度中心建成后，公交公 司抢修调度中心可与该调度中心接口。在公交运行车辆发生事故 时，通过公交抢修调度台把运行车辆位置报公安交通管理局调度 中心，由该调度中心通过最近空闲公交抢修车或社会抢修车，在 最短时间内赶到事故地点，将事故车辆就地抢修或拖至最近公交 保养公司修理。这样一可节省抢修车辆；二可调度更多的车辆， 有助于缩短抢修时间。公交抢修调度软件的编制对公共交通管理 局车辆调度中心软件的开发具有借鉴意义。 由于抢修时运营公司车辆与抢修车辆所属公司不一一对应， 第三章北京公交总公司故障车辆抢修调度系统的设计 事故车辆到公司维修，是到最近保养公司，而不是一定到其对应 的保养公司，这样做对缩短抢修时间、节省调度车辆是有利的。 近期对抢修车辆有两种调度方式： ( 1 ) 公交抢修车装g p s ：抢修调度中心统一调配抢修车； 当运营车辆出事故时，找寻距事故地点行驶时间最小的抢修车 辆，使抢修车能在最短时间内，赶到事故地点。 ( 2 ) 公交抢修车末装g p s ：当运营车辆出事故时，抢修调度 中心通知距事故地点行驶时间最少的保养公司，派抢修车在最短 时间内，赶到事故地点。 抢修调度系统分为四个