（系统工程专业论文）公交区域运营调度系统关键问题研究.pdf

摘要 y8 7 9 6 8 摘要 随着我国社会经济的刁i 断发展，城市化进程的加快，城市交通问 题已经成为影响城= i 亍正常运转、实现可持续发展的一个重要问题。当 前，我国城市公共交通事业还十分落后，突出表现在两个方面：一是 公交组织模式的落后，传统的单线调度模式，使得公交运营效率低下， 成本高昂，服务水平很难提高；一是技术手段的落后，信息技术和智 能技术在公交中的应用水平还比较低。大力发展公共交通的关键环节 就是引入新的运营模式，以提高公交的运营组织效率。 本文就是在新的公交调度模式一区域调度模式下，研究了公交 运营调度系统。首先，从组织和技术两个角度，系统分析了公交区域 调度中作业模式、工作流程、运营调度系统的功能以及相关的支持技 术。然后，对运营调度系统中子系统一一行车计划编制系统所涉及的 区域发车时刻表和配车这两个重要问题的模型和算法进行了详细的 分析和探讨，给出了模型求解算法。最后，对运营调度系统的整体结 构框架和功能进行了初步的研究和探讨，对其中的子系统一一行车计 划编制系统，实时监控系统，实时专家系统，运营统计分析系统以及 乘客信息服务系统和乘客信息采集系统的信息流程，实现功能和实现 方法进行了初步的研究。 关键词：公共交通区域调度时刻表行车计划运营调度系统 北京交通人学硕士学位论文 a b s t r a c t a st h e s o c i e t y 卸de c o n o m y sd e v e l o p m e n t i no u rc o u m r y ，t h e u r b 蚵z a t i o ni ss p e e d i n gu p ，u r b a n 仃a 踊ch a sb e c a m eab 逸p r o b l e m w h i c h a f f e c t su r b a l l sn o m a l w o r k i n g a n d u r b a j l s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t p u b l i ct r a m ci no u rc o u n t r yi sv e r yu n d e v e l o p e d ，w h i c hi s s h o w nb yt w oh a 工1 d s ：o n 也eo n eh a n d ，t h em o d eo f 也eo r g a 西z a t o na r e u n d e v e l o p e d ，t 1 1 et r a d i t i o n a lm o d eo fs i n 9 1 e1 i n es c h e d u l i n gl e a d st om e 1 0 we m c i e n c y ，t h eh i 曲c o s ta n dm eb a ds e r v i c e ，o nt h eo t h e r h a i l d ，t 1 1 e i n f o n n a t i o nt e c h n 0 1 0 9 ya n di n t d l 培e n c et e c h n 0 1 0 9 y sa p p l i c a 6 0 n1 e v e li s v e r yl o w t h ek e yo fi m p r o v i n gm ep l l b l i ct r a 伍c se f h c i e n c yi sa p p l y i n g n e wo r g a n i z a t i o ni n o d e t m sp a p 盯s t u d i e da f l dd i s c u s s e dt l l e p u b i ct r a m co p e r a t i o na n d s c h e d u l i n gs y s t e mu i l d e r an e w o 毽a n i z a t i o nm o d e ，w h i c h i sz o n e s c h e d u l i n gm o d e f i r s t ，a n a l y z i n g t h en e wm o d e s y s t e m a t i c a l l y 丹o m o r g a n i z a t i o n a n d t e c h n o l o g yp o i n t s o f v i e w c o n c e n t r a t i n g o nt h e s c h e d u l i n gm o d e ，w o r k i n gn o w ，o p e r a t i o n & s c h e d u l i n gs y s t e mm dm e s u p p o r t i n gt e c h n o l o g y t h e ng i v i n gt h em a t h e m a t i cm o d e l so ft i m e t a b l e a i l dv e h i c l es c h e d u l i n ga n dt h em a t h c i n ga l g o r i t m l a s t ，d i s c u s s i n gt h e s y s t e m sf r 锄ea n ds e m i s y s t e m s ，s u c ha sv e h i c l es c h e d l l l i n gp r o g r 釉 s y s t e m，r e a l t i m em o n i t o r i n gs y s t e m ，r e a l t i m ee x p e r ts y s t e m a i l d o p e r a t i o ns t “i s t i ca 1 1 da j l a j y z i n gs y s t e m 巾a s s e n g e ri n f o 瑚撕。玎s e r v i c e s y s t e m ，p a s s e n g e rn o wi n f o m a t i o ng a t h e r i n gs y s t e m ，e 印e c i a l l ys t u d yt h e a b s 扛a c t i n f o 玎1 1 a t i o nf l o wa n ds y s t e m sd e v e l o p i n gm e t h o d k e y w o r d s ： p u b l i c t r a m c r e 百o n a l s c h e d u l i n g t i m e t a b l e v e h i c l e s c h e d u l i n go p e r a t i o n & s c h e d u l i n gs y s t e m l 绪论 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 城市交通问题概况 随着我国社会经济的不断发展，城市化进程也在不断加快，城市 交通拥堵问题以及由交通所引发的环境质量下降问题都已经成为城 市运转和发展中不可回避的重要课题。以北京为例，北京拥堵路段 1 9 9 3 年为2 7 处，1 9 9 4 年为3 6 处，1 9 9 5 年为5 5 处，1 9 9 9 年猛增到 9 9 处，2 0 0 3 年经过专项治理仍达8 7 处。堵塞在增加，车速在放缓。 1 9 9 4 年二、三环以内部分路段的车速为4 5 公里小时，1 9 9 5 年降至 3 3 公里小时，1 9 9 6 年再降至2 0 公里小时。到2 0 0 3 年秋，市区部 分主要干道高峰期的车速已降至每小时1 2 公里左右。约4 0 的北京人 上班需花费1 小时以上的时间。其中，上班花费时间在6 0 、8 0 分钟的 占3 4 3 0 ；超过l o o 分钟的占6 5 0 ；而在2 0 分钟以内即可达到工 作地的仅占5 5 0 。目前，北京市中心区高峰期间路网的平均负荷度 已达9 0 ，部分市区道路平均车速不足2 0 公里小时。三环路以内1 1 0 条主干道，有8 0 多条道路交通流量达到饱和或超饱和状态。这些年 北京市道路建设一刻也没有停止，尽管如此，北京的交通拥堵问题仍 然日趋严重，道路建设的步伐始终跟不上城市交通需求的增长。因而， 必须寻找解决问题的新办法，实现城市交通的可持续发展。 城市公共交通方式包括定时定线行驶的公共汽车、无轨电车、地 铁，以及小公共汽车、出租车等。公共汽车是一种最常见的交通工具， 北京交通大学硕士学位论文 拥有机动性能好；加速性能好；投资少；操纵轻便等特点，适用于不 同层次的乘客；无轨电车起动稳，加速性能好，震动小；噪声小，无 废气污染；维修保养费用低；驾驶操作简单；爬坡能力强。机动性差； 准时准点性差；架空线网影响城市美观；触线网和集电杆故障多：建 设费用较高。地铁的优点是运量大；速度高；污染少；乘坐舒适， 安全可靠；不占用或少占用土地：平站两用，具有国防意义。投资大； 工程量大，施工期长；需和其它方式配合集散乘客。出租车方便、灵 活；迅速、高效；舒适可载货；相对私人汽车经济；营运方式具有多 样性。但是运量少；运输效率低：加重道路负担；费用高；浪费能源， 污染空气。相比较而言，公共汽车在建设和使用成本上比其他几种公 交方式都有优势，这也是公共汽车在我国城市交通中始终占主要地位 的根本原因。 从国外的经验来看，2 0 0 3 年，美国的洛杉矶市停止了其规模庞大 的轨道交通建设，而将资金用于建设城市快速公交网络。而早在1 9 9 8 年，波哥达市长就拒绝采用建设轨道交通及高架道路的投资方案来缓 解该市的交通拥堵问题，他采用了建设大容量快速公交系统及建设自 行车专用路网来改善城市交通，取得了不错的效果。 因此，常规公共汽车交通仍作为各个城市的地面客运中的主力 军，并随着信息技术的发展而更加便利，针对公共汽车客运的各方面 的研究也从来都是交通研究的热点。在本文中，以下若不特殊指明， 公共交通( 公交) 均指公共汽车运输。 1 1 2 公交组织调度存在的问题 ( 1 ) 公交运营组织与调度系统现状 i 绪论 目前，在国内各城市，公交车辆的调度管理形式以单线调度为主， 实行定时、定线、定站的调度方式。典型的运营组织形式如图l l 所示，其中总公司调度主要协调各分公司之间的关系和重大活动的指 挥。分公司调度主要负责审批各车队制定的运营计划，协调所属各车 队之间的关系和重大活动的指挥。丽线路( 车队) 调度则负责制定行 车计划，进行实时调度。调度的具体实施是以线路( 车队) 为运营组 织调度实体，人员车辆按线( 车队) 固定配属，以线路为单位编制运 营计划进行实时调度。线路配车按线路最大断面确定。在首末站均设 调度员，实行两头调度。 由图卜1 中可见，公交调度管理子系统呈纵向层次延伸，而横向 关联性则较少，从而造成系统整体协调性不高。各线路实体在组织和 图卜1 现状公交运营组织与调度系统结构 装备上表现为“小”而“全”。以线路( 车队) 为运营调度主体的公 交调度，行车时刻表也以线路为核心编制，配车根据单条线路断面不 同高峰小时最大断面情况确定，从而导致运营效率低，运作成本高。 北京交通大学硕士学位论文 ( 2 ) 单线调度的存在的主要问题i 各条线路相互独立，相互之间的协调性差，运作中缺乏灵活性。 特别是公交运营过程中各种不确定因素所导致的需求与供给的失衡， 如道路拥挤或者大型活动等所引某些线路客流的巨大增加，不能迅速 得到其它线路的配合和支援。 成本高，效益低。以线路为实体，是一种“小”而“散”的运营模式， 造成管理人员、运营辅助人员偏多。加油、洗车、低保作业及员工餐 饮、休息等生活设旌因车辆分散，难以集中建设，造成多处建、标准 低、投入大、效果差。根据对北京现有单线调度运营的公交车辆的实 际调查，由于近几年公交运营成本上升，目前有4 2 5 的公交车辆， 其票价营利不足燃油费或仅够燃油费，政府对此的财政补贴长年居高 不下。 1 2 区域调度模式 为了解决以上存在的问题，借鉴国外公共交通运营调度模式，本 文将公交区域化调度的思想引入到我国的公交调度优化的改造过程 中来，即：变单条线为多条线于一实体，人员车辆面向多条线统一配 置，实现人员集中管理、车辆集中停放、计划统一编制、调度统一指 挥，加油、沈车、低保设施及职工的生活设施集中建设，使用。同时 将信息技术和智能技术引入到公交的管理和运营决策之中，形成管理 经营实体，运营组织实体，调度指挥实体紧密结合的新的调度模式【2 。 并且利用不同线路的不同的高峰期最大断面客运量在方向和时间的 不均衡性来实现车辆调度在不同路段间运力动态组合，达到节约人 力、物力，提高车辆的使用效率、增加不同线路的协调性。 l 绪论 公交区域调度系统为一个分层的多层次公共交通调度系统，如图 卜2 所示。 注；图1 1 j 斤指调厦区域多条线路集台，l 和聊衷不调赝区域的编号 图卜2 公交区域调度与运营组织系统结构示意图 实施区域运营组织与调度，可以有效地解决现有的公交运营现状 中存在的问题，车辆集中停放，可以节约城市用地；人员集中管理， 能够减少管理及辅助人员的数量，便于加强管理；计划统一编制，可 以实现运输资源在多条线路之间的优化配置；借助监控定位系统支持 的运营调度系统，可以提高调度员的处理能力和应付突发事件的反应 能力：保养、生活等设施集中建设，可以集中财力、物力提高标准。 因此，区域化调度是优化调度的一种方式，它通过实行多条线路统一 管理，减少了冗余人员，实现了资源优化配置，是高效的公交客运组 织模式”。 由于公交区域调度技术在提高多条线路公交车辆集成运作，具有 效率上有着诸多的优点，而同时又由于公交系统的快速发展所带来的 问题，国外对公共交通运营组织实施区域化管理研究起步较早，取得 北京交通大学硕士学位论文 了一定的研究成果。例如，德国的柏林，人口3 5 0 万，公共汽车线路 1 5 7 条，整个城市分成两个区，分别组织运营，各车辆上安装车载无 线电系，效果非常好。意大利的罗马也建立了规模为5 0 0 辆车，6 0 多条线路的区域运营组织与调度系统，采用g p s 定位系统和g s m 通讯 实现对车辆的集中调度。 在国内，北京、杭州和上海的公交部门己将i t s 技术应用于公交 调度管理系统，并取得较好的效果。但是这些还都仅限于用先进的技 术武装现有的运营管理模式，调度管理的智能化水平还有待捉高。而 目前在国内对以智能信息系统为基础的公交区域运营组织与调度方 面的研究却几乎没有，这主要是因为区域调度问题是一个看似简单， 实则具有相当难度的课题。虽然国外公交有这方面的研究成果，但一 方面由于我国的公交运营条件与国外有很大差异，较为明显的差异主 要表现在以下几个方面：公交客流的需求特征，公交线路的布设，公 交调度信息基础条件、交通拥挤程度等等方面的差异，这些差异的存 在，使得其已有的研究成果中的相应管理方式以及优化方向等，基本 上不能适合我国的特殊情况( 当然，由于问题存在共性的一面，故在 某些基本观点和研究的方法与思路上是可以借鉴的) 。另一方面国外 这方面的研究成果通常用之于实践，却很少有成文的资料，即便直接 拿过来实验、比较也是不可能的。 1 3 论文主要研究内容 本文结合北京市公交区域调度示范工程的实施工作，对公交区域 调度进行了比较深入的研究，特别就区域调度的组织模式、调度系统 及其支持技术以及发车时刻表、配车问题进行了较为详细的研究，给 i 绪论 出了解决办法。 本文共7 章，各章形成的主要组织结构如图1 3 所示： 匡习 + 臣三互五圈 亨一 二三口 图卜3 论文主要结构不惹图 第一章绪论，首先分析了北京现有公交调度系统中存在的问题， 通过单线调度系统与区域调度系统的对比分析，论证了在我国实施公 交区域调度的必要性以及可行性。 第二章国内外研究现状，系统地分析和总结了国内外公共交通 中的与调度相关的，发车时刻表、行车计划、劳动配班等问题的研究 方法及取得的成果； 第三章公交区域调度系统分析，公交区域调度方式是一种新的 组织调度模式，同时也是以信息技术以及相关系统的开发应用为先决 条件。本章从组织和技术两个角度系统分析了区域调度的作用模式和 工作流程，并对调度系统的功能、机理以及相关的支持技术进行了探 讨。 第四章公交区域调度发车时刻表研究，对行车时刻表编制技术 北京交通大学硕士学位论文 所依据的线路客流和车辆特点进行了分析总结。进而研究了区域内各 条线路发车间隔的确定模型，在此基础之上，考虑不同线路之间实现 协同发车，对区域发车时刻表进行优化的思想，并建立了优化模型。 由于建立的模型是非线性难以求解，文中将非线性问题转化为线性问 题，通过搜索算法实现了模型的求解。 第五章配车模型研究，本章建立了关于配车问题的整数规划模 型，并通过拉格朗日松弛方法对模型进行了分解和转化，将问题转化 为指派问题，并通过q u a s i a s s i g l l m e n t 算法对模型进行了求解。同 时也将模型和算法应用于实际之中，通过对结果的分析比较来检验模 型的有效性。 第六章公交区域运营调度系统框架设计，本章分析了区域运营 调度系统的框架、功能和系统的信息流程，并对运营作业计划编制系 统、实时监控系统、实时调度系统、实时专家系统，运营统计分析系 统、乘客信息服务系统及客流信息采集系统的主要功能和实现方法进 行了初步的研究 第七章总结，总结了全文的工作并对今后的研究方向进行了展 望。 1 4 论文创新点 本论文的研究结合当前城市公共交通调度的现状，探讨了公交车 辆区域调度的作业模式、关键问题的方法和模型、调度系统的总体框 架。论文主要创新点： l 、提出了区域条件下公交运营组织模式并设计了系统框架，基 于公交智能信息系统的技术对公交区域运营调度系统进行了整体构 建，并对系统的各个组成部分的功能以及相关的实现技术进行了探 讨，其中公共交通区域运营调度系统包括应用系统和技术支持系统两 大部分。 2 构造了区域调度时刻表的编制模型以多条线路的区域调度为 对象，提出了区域内不同线路实现协同发车，方便乘客换乘，建立了 区域时刻表优化模型，并给出了相应的算法求解。 3 提出了一种区域条件下的配车模型及其求解方法建立了多站 场的并且是有数量限制的配车问题整数规划模型，并使用拉格朗日松 弛方法对模型进行了分解，将问题转化为指派问题，使用了q u a s i a s s i g n m e n t 算法对模型进行了求解。 小结 本章交待了本文的研究背景，以北京为例说明了城市交通所面临 的困境，对比了各种交通方式的有缺点，指出公共汽车在城市交通中 的地位。进而分析了我国公交组织调度所存在的问题，简要介绍了区 域调度模式所拥有的优势。同时介绍了本文的研究内容和刨新点。 9 北京交通大学硕士学位论文 2 国内外研究综述 公交车辆的调度问题一直是国内外研究的一个热点问题，目的就是 实现公共交通的高效、舒适、便捷、快速，满足城市居民的出行需求， 创造良好的社会效益。国内外的专家从不同的方面对公交调度所涉及 的问题进行了研究，使用了各种不同的方法。 2 1 国外公交调度研究 ( 1 ) 公交时刻表编制问题 公交时刻表编制是公交调度中的一项关键性工作，历来是公交调 度研究工作中的热点问题，它既关系到乘客对公交的满意度，也关系 到公交公司的运营效益。对于公交时刻表编制的研究，目的就是编制 出满足乘客需求，同时也能使得公交公司运营效益最大的时刻表。公 交时刻表是由公交发车频率或者是发车时间间隔来确定的。从上个世 纪八十年代开始，就有众多国外学者，用数学规划方法研究如何确定 发车频率。f u r t h 和w i l s o n ( 1 9 8 1 ) 【2 8 1 采用了在总的成本，公交运力 和载客率确定的约束条件之下，使得乘客等待时间最少，社会效益最 大的数学模型来确定公交发车频率。c e d e r ( 1 9 8 4 ) 1 6 】给出了四种不 同发车频率确定方式，其中有两种方式是基于在某个站点某个时间段 统计得到的乘客到达数量来确定，用客流量最大的那个时间段的某个 站点乘客到达的数量除以所期望的公交载客量就得到发车频率。另外 两种方式是基于某个时间段内，整个线路乘客的周转量来确定，用线 路通过的乘客周转量除以所期望的载客量得到发车频率。c e d e r 和 1 0 2 国内外研究综述 s t e r n ( 1 9 8 4 ) 对于该问题，建立了一种整数规划模型，使用启发 式算法，借助计算机程序，实现了模型的求解过程。k o u t s o p 。u l o s ， o d o n i 和w i l s o n 低保。实行运保合一，车辆按照规定的时间，在车场内进行各项 低保作业，保证车况良好。 北京交通大学硕士学位论文 作 业 计 划 编 制 实 施 作 业 计 划 匮圈匿困匿习 圈圈圈 图3 1 区域运营作业模式 2 0 一 | | 一 | | 3 公交区域调度系统分析 3 1 2 公交区域调度员及相关工作 区域调度系统采用集中调度、集中管理模式。区域调度中心只设 一个调度室，每一个调度台能够调度任一条或同时调度多条线路。调 度信息高度集中于调度台，调度命令由调度员通过无线通信装置或首 末站的发车显示屏或广播系统下达给司售人员。 区域调度中心调度员的主要工作如下： ( 1 ) 区域调度组长负责编制行车时刻表和配班计划，并由调度员执 行。 ( 2 ) 在首末站首车发车前4 5 分钟，当班调度员开始工作，开启调 度平台及相关系统，做好调度的准备工作，调出当日行车时刻表，车 辆保养、各班人员安排，各用车、机动车使用计划，包车使用计划， 使司售人员和车辆对应。 ( 3 ) 信息采集装置采集司售人员到岗情况。对上班前5 分钟未到的 司售人员，系统给出提示信息，调度员安排相应的预备司售人员替班。 备班司售人员要在备班室集中，以便区域调度人员及时通知到司售人 员。 ( 4 ) 接收司机提供启动车辆完好状况汇报。司机在开车前5 分钟对 不能发动的车辆，通过无线通信装置向调度员报告。调度员安排机动 车或其它备用车辆运行。 ( 5 ) 区域调度中心调度员根据行车时刻表组织枢纽站车辆运营，对 进入首末站的车辆，通过首末站到达车辆信息采集设备采集信息。车 辆发车时间及发车类型( 区问车、快车) 通过无线通信系统直接下达 给司机及协管员，协管员监督车辆和剞售人员运行。 北京交通大学硕士学位论文 ( 6 ) 对于发出车辆通过发车记录系统在行车记录表上记录发出车 辆的发车时间、发出车辆的车号，司售人员名单、发车车辆类型( 班 车、区间车、快车等) 。 ( 7 ) 对于到达车辆通过到达车辆记录系统在行车记录表上记录到 达车辆的到达时间、到达车辆的车号，司售人员名单。 ( 8 ) 对于由于车辆运营发生异常情况( 车辆故障、事故，车辆晚点 等) ，导致运营偏离行车时刻表的车辆，调度员可进行发车时间( 倒 发车顺序、提前发车等) 、安排备用车辆的调整。并将车辆发车时间 及发车类型( 班车、区间车、快车) 通过无线通信系统直接下达给司 机。 ( 9 ) 如司售人员变更或车辆调整发生在首末站，调度员要对行车时 刻表和配班计划进行修改。 ( 1 0 ) 调度员在下班时要与接班调度员交接班，通报上一班区域车辆 运营状况、车辆运营发生的问题。 ( 1 i ) 当发生异常超出调度员处理权限时，上报调度主任。 n d 苜末站在过渡阶段设立协管员，配合调度协助发车、维持场站 秩序。调度员要在向司售人员下达异常情况调度命令的同时，通知协 管员，以便监督发车计划的执行。 0 3 ) 根据分公司的安排汇报运营组织情况( 早高峰后、晚高峰后、 全日运营结束后) ，分公司调度部门可通过网络查询运营指标执行情 况。 0 4 ) 配班( 司售人员) 安排，根据行车计划提供的配班表，安排司 售人员上下班时间及司售人员上的车辆。于前一天中午前提供给司售 人员和调度中心。 3 公交区域调度系统分析 0 5 ) 技管员在前一天中午前向调度中心提供保修车辆计划，包括保 修的车辆和保修的时间。以便调度员和人劳员安排车辆和司机。 调度员要掌握调度平台系统的运行状况，当系统发生故障时， 及时通知维修人员维修。 ( 1 d 在一天运营结束后，当班调度员要进行运营报表统计，包括行 车记录指标统计，做出该区域全部运营统计报表( 包括电子路单) 。 调度主任主要负责： ( 1 ) 处理超出调度员权限的工作。 ( 2 ) 协调多个调度台的调度。 ( 3 ) 及时向上级主管部门汇报车辆运营状况。 ( 4 ) 接受上级主管部门的指示，并落实执行。 3 1 3 公交区域调度司售人员管理 司售人员调度管理包括： ( 1 ) 司售人员根据配班安排，距发车前3 0 分钟( 冬季) 或1 5 分钟 ( 其它季节) 上班，并通过i c 卡或其它方式签到，以便调度员及时 掌握司售人员到岗情况。 ( 2 ) 司机到岗后要及时检查或发动车辆，如遇车辆故障要及时通知 调度员，以便调度员及时安排备用车辆。 ( 3 ) 司售人员根据调度员通过无线通信系统下达的调度命令安排 发车。 ( 4 ) 司售人员下班要进行下班登录。临时发生异常情况( 生病等) ， 要及时通知调度员，以便安排替班的司售人员。 ( 5 ) 司售人员在接到有关异常调整的调度命令后要通过无线通信 北京交通大学硕士学位论文 装置及时确认。 3 1 4 公交区域调度员工作流程分析 区域调度总体工作流程如图3 2 所示。 由区域调度组长编制区域行车计划。在区域行车计划指导下，区 域调度工作包括三个阶段准备阶段、调度阶段、分析阶段。 3 公交区域调度系统分析 图3 2 区域调度总体工作流程 北京交通大学硕士学位论文 1 、准备阶段 准备阶段工作流程如图3 3 所示。 调度员司售人员车辆 ， 距苜车发车前 区域首车发甄调度亮 或1 5 分钟 辑机5 分钟准备工作 ( 其它季节) 、 、一 倦受司售凡 石蕊 员报到1 度员报到 当班司售人，7 季瞩奔 ，、 员提d 拈分钟 、譬粤 司机检酬 l 辆制k mj n 、一 店磊蒜赢 竺璺， 、， 压函谕 n 逛塑哕1 氲而硫 一员汇瞅车辆i 竺 ，安徘备班蚺 j 锄睥日藏、 l 辆$ 挑动剿 逛箩 。倚班司售儿 7 、员上车 上、 组织车辆 调度组k 编制。爿君嚣蹴f 区垮7 车时刻一 i 菇 表、目船划 图3 3 准备阶段工作流程 3 公交区域调度系统分析 2 、调度阶段 当班调度员准备工作如图3 4 所示。 当班调度员首末站首车发车前准备l ：作 开启调度i f 台，调出当日行车计划，车辆保 养，各班人员安排，各爿 车、机动乍使用汁 划，包车使刚计划，使司售人员和车辆对 应。 图3 4 当班调度员准备工作 调度阶段调度员工作分为两部分，一是对首末站到发车辆调度， 二是对途中运行车辆的调度。 首末站到发车辆调度的工作流程如图3 5 所示。司售人员报到 和车辆检查同准备阶段。 北京交通大学硕士学位论文 漱司蝴车辆煳蝴 ：蝌球擅员 鬻提耥j 钟 司售k f 蚊 南南 雠恻k 上腊删i 谤复品j 蜡 ( 簸) ( 鬓h蠢 f 瑚茹性0 凶逛岁 蚓 、_ i 拄i i 且k 调望丘臣缩m 璃凤 磊 逛 耥8 园崭i 蜘性。 o l r ul斋r 一辆刊畦b 髌i 向黼 、 表、日班1 f 戈0 一憋厂i 装醚 前雠 j 室蝴i f1 龋岿鼎 1 日 榭1 f 蓊蠲 ；划( 司售 辆装肇计刊 | 人员、1 i 辆啦f i 嚣 囤 l 司售埙j l 上酬 留 鲡i 嶂7 压蠹磊翦一4 剃 世， 氟赢赢 一辆h 耐f 瞬e 剽 j 趱螽需操j 图3 5 首末站剑发车辆调度工作流秤 区域调度员1 2 小时工作制，交接班根据计划安排进行，交接班 所做主要工作如图3 6 所示。 2 8 3 公交区域调度系统分析 调度员交接班 填写调度记录，通报上一班异常情 况，遗留处理问题应注意事项：调 度平台交接，确认调度平台处于良好 运行状态。 图3 6 区域调度员交接班 调度员定时向分公司汇报如图3 7 所示。 调度员向分公司定时汇报 每日早高峰后，晚高峰后、全日运营结束 后向分公司汇报运营情况。包括发车次、 到达数、兑现率、人间隔、放车、全口车 次及其它情况。 图3 7 调度员定时向分公司汇报 调度员特殊情况向分公司汇报如图3 8 所示。 调度员向分公司特殊情况汇报 当发生异常情况超出区域调度员权限或根 据调度要求需及时汇报的情况，调度员向 分公司及时汇报。 图3 8 调度员特殊情况向分公司汇报 司售人员由于安排的班次不同，根据人配班表，安排上班、下班 和工作车辆。司售人员到岗后要向调度员报到，离岗时要向调度员报 告。司售人员交接班如图3 9 所示。 北京交通大学硕士学位论文 图3 9 司售人员交接班 在首末站由车辆到发站自动记录系统采集车辆到发数据，并通过 通信系统传送给调度中心，对首末站到发车辆的时间进行记录，自动 录入到行车记录中。 途中运营车辆调度如图3 1 0 所示。 调度员 瓴谛 刊车时刻表组织 车辆运行 鬻剿莲 区域 i 车时袅4 l 帚睛眦报舌 。 表、配班计划l 1 一 发牛异常 度命令通过无线通信 统下达给司机 司售人员 甸机遇偏离钉 车时刻表【| 勺情 况报告 机确认接 调度命令 调度命令 执行 圈3 一1 0 途中运营车辆调度 车辆运行途中发生偏离行车计划的异常情况，司机通过无线通信 系统，向调度员报告，其报告内容如图3 一“所示。 一；l 帔画 3 公交区域调度系统分析 司机遇偏离行车时刻表的情况报告 遇车辆事故、车辆故障、交通堵塞、乘客 纠纷、乘客留乘、串车、报警等致使车辆 运营偏离行车计划，向调度员报告。 3 、分析阶段 3 一1 1 司机遇偏离行车计划的情况报告 在区域车辆全日运营结束后，要向分公司汇报情况并做运营统 计，其汇报指标如图3 1 2 所示。 全日运营后的运营统计 列发车次、到达数、兑现率、大间隔、放 车、全日车次、跨线运行_ 午辆、车辆事 故、车辆故障、行车记录、路单、保养车 辆等指标进行统计。 图3 1 2 全日运营统计分析 分析主要包括： 对不同时段区域发生的异常情况进行分析，确定原因； 考虑路段、时间等变化因素，提供高效率的调度措施，形成 知识： 以需求为基础，开发新的管理措施。 结合直方图、折线图等，对运营统计数据进行比较分析，增强直 观性。为运营调度提供依据。公交区域调度系统的要求为：。 北京交通大学硕士学位论文 3 2 公交区域运营调度系统 公交区域运营调度系统是调度员工作的平台，从前面对调度员工 作职责的分析看出，这一调度平台需要具有以下功能：自动生成发车 时刻表和行车计划、配班计划，利用监控、定位系统得到车辆的实时 信息，采集客流的实时信息，通过预案为运营指挥过程提供支持，对 运营信息进行统计和分析，向乘客发布信息。故本系统需要：良好的 通讯功能，保证信息能够准确、快速地传输，向乘客发布信息；实用 的监控功能，能及时准确地为调度员提示车辆运行的实时状态信息； 有效的调度支持功能，能够异常情况下，快速准确地为调度员提供解 决方案。建立预案库，并能够不断地总结经验，充实完善。 公交区域运营调度系统又是一个人机交互系统。公交车辆运行 过程受制于道路情况，影响因素多，不确定性大。在实旌过程中，正 常情况下，按点发车；当出现突发事件时，调度员需根据实际情况， 应及时作出调整，尽可能保证原计划的实施，维持正常的运营秩序。 公共汽车在运行过程中所遇到的问题当中的个别车组晚点、线路 出现大间隔、若干车辆同时到达终点站、线路客流量大等问题必须随 时进行处理，而其它的问题如车辆事故、车辆故障、司售人员迟到、 劳动力不足、线路严重堵塞、重大活动、特殊气候、道路施工、断线、 绕行、全线停驶、紧急情况等需要根据调度预案进行调度。 本文将在最后一章详细探讨公交区域运营调度系统的框架和各 子系统的功能。 3 公交区域调度系统分析 3 。3 技术支持系统 公交区域调度离不开相关技术的支持，这些技术支持是区域调度 得以高效运转的基础和保证。这些技术主要解决的是有关信息的收 集、信息的存储管理以及信息的传输等问题。 3 3 1 车辆定位系统 车辆定位子系统是通过一定的技术手段获取车辆的位置信息，以 便调度及时掌握车辆的运行状况，提前采取调度措施，保证运营的有 序进行。另一方面，还可以通过定位系统得到的信息，为乘客提供信 息服务。目前公交车辆定位技术主要有：g p s g l o n a s s 等卫星定位 技术、无线信标定位、惯性技术定位、基站定位等几种。 基于现有定位技术分析，加之公交车辆数量大、种类多，要降低 系统运营成本，所以公交车辆定位势必是多种定位技术的组合。 3 3 2 无线通讯系统 无线通讯系统主要是实现车辆与调度平台之间的数据和语音通 讯，保证调度与司机之间的联系，以及向乘客信息服务系统发布信息。 当前较普遍采用的及即将投入使崩的移动通信手段有以下几种，它们 都有各自的优缺点： l 、公用g s m 通信平台。 一 作为国家公众通信平台，g s m 系统有着广泛的覆盖范围，全国主 要区县及路网系统都在覆盖范围内，是目前除卫星通信外盲区最少的 通信系统，为车辆监控提供了很好的条件。g s m 系统的短消息功能特 北京交通大学硕士学位论文 别适合车辆监控数据的传输。此外，监控系统的规模比较大。 2 、模拟集群 模拟集群系统不支持数字服务，但经过电台改造后，可以满足车 辆监控系统的要求。模拟集群系统的数字通信质量较g s m 系统低，由 于收到信道数量与传输速率的限制，监控容量也较小，但对集团用户 来说有g s m 系统无法比拟的优点。 首先，响应速度快，可以做到真正意义上的实时响应；其次，能 够进行单呼、组呼、群呼等有利于集团动作性质的通信；第三，与g s m 系统通信费用比较，使用费用低廉。 3 、数字集群 数字集群是模拟集群的替代物，它不使用模拟集群的电路交换机 制，采用分组交换的方式，支持移动数字服务。但在我国使用的面积 较小，终端设备相对昂贵，国家还没有制定相关的标准，距离大面积 推广使用有一定的距离。 1 ) 蜂窝数字式分组数据交换网络( c d p d ) 。 c d p d ( c e l l u l a rd i g i t a lp a c k e td a t a ) 蜂窝数字式分组数据交 换网络。c d p d 网是以数字分组数据技术为基础，以蜂窝移动通信为组 网方式的移动无线数据通信网。c d p d 拥有专用的无线数据网，信号不 易受干扰，数据传输速度可达1 9 2 千比特秒，但不能支持语音通信， 覆盖范围十分有限，国内应用系统很少。 2 ) g p r s g p r s 是“通用分组无线业务”英文的缩写，它是在现有的g s m 网 络基础上叠加了一个新的网络，它充分利用了现有移动通信网的设 备，在g s m 网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络 3 公交区域调度系统分析 逻辑实体，它以分组交换技术为基础，采用i p 数据网络协议，使现 有g s m 网的数据业务突破了最高速率为9 6 k b s 的限制，最高数据 速率可达1 7 0 k b s 。目前g p r s 在北京等大城市已经投入商业运营， 数据传输速率一般可以达到4 0 k b p s ，由于是分组数据交换方式，数据 传输费用相对g s m 短消息方式有着巨大的优势，目前收费标准为每1 k 字节1 分钱，每月最高限价2 0 0 元，对于车辆监控服务有着非常好的 应用前景。 3 ) c d m a 国际电联将第三代移动通信标准统称为i m t 一2 0 0 0 ，其中主要包括 w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 、t d c d m a 、t d s c d m a 。它具有多个用户可以同时 使用同一信道进行通信、用户可以随即介入通信网、用户同时通话数 理论上不受限制等优点。采用分组交换方式，同时具有很高的传输速 率，对于高速移动时具有1 4 4 k b s 、步行状态下3 8 4 k b s 、静止状态 下2 m b s 。显然c d m a 具有极大的优越性，但目前覆盖范围有限。 公交车辆定位的目的在于进行调度，因此车辆定位的数据传输也 必须是实时或近似于实时的，基于以上考虑，及不同的定位技术，区 域运营组织与调度系统的无线通信系统拟采取如下的技术方案： 车辆g p s 数据采用g p r s + s m s 方式传输，无线信标车站采集数 据也通过g p r s 方式发送给监控、调度中心，同时车站采集的乘客客 流数据及图像也通过g p r s 方式发送给调度中心。 基于以上无线通信平台的对比，车载设备采用g p r s 通信为主方 式，但经过在北京的实验，发现在个别路段，g p r s 数据传输十分不 可靠，此外在车速超过6 0 公里时，数据通信也会出现中断，因此必 须采用s m s 辅助的方式进行数据传输，以保证定位、调度数据的及 北京交通大学硕士学位论文 时发送。由于短消息传输的瓶颈效应问题，公交车辆调度必须通过专 用短消息服务器实现，通过d d n 专线将调度中心与无线短消息服务 器相联，从而可以消除点对点方式下的短消息堵塞问题，以适应公交 车辆的实时调度。目前公交抢修救援系统就是成功的利用的短消息专 线的方式进行车辆定位数据、调度指令数据可靠传输的。 采用g p r s 进行数据传输的关键在于，使用移动互联技术，需要 在车载设备种实现p p p 、t c p i p 通信协议，而目前的g p r s 模块不提 供p p p 、t c p i p 协议功能，因此必须进行车载设备嵌入式p p p 、t c 踟p 协议实现研究工作。 采用g p r s 进行数据传输的另一个关键问题在于如何获得车载设 备的动态i p 地址，由于设备的i p 地址是动态分配的，而数据的分组 传输必须建立在收、发双方i p 地址透明的基础上，可设计整套完整 的动态i p 获取方案，确保数据传输。 3 3 3 网络通讯系统 网络通讯子系统包含局域网和广域网两部分。局域网实现区域 运营组织与调度实体内部各部门之间的数据传输和资源共享；广域网 的作用是实现实体与总公司之间的数据传输。 局域网是将路由器、交换机、服务器、计算机通过实施综合布 线工程进行连接而形成的，计算机和服务器之间可以通过交换机、网 络线路传输各种数据。该局域网应能满足区域内部所有数据传输、信 息处理的需求，是一个完善的i n t r a n e t 方案。 广域网可以采用无线通讯或者有线通讯的方式，通过路由器或 复用器等设备将区域运营实体的局域网与总公司进行连接，区域调度 3 公交区域调度系统分析 中心可以通过广域网向总公司传输数据。如果区域运营实体所在地处 于北京无线信息网的覆盖范围内，可以采用无线通讯的方式，把局域 网的路由器连接到北京无线信息网的接入设备上，总公司也采用同样 的方式连接。 3 3 4 数据库系统 1 、公交区域运营调度系统数据库的特点 数据库系统主要是为各应用系统提供数据支持，实现各应用系统 数据资源的共享。当前较普遍采用的数据库系统有以下两种： c s 结构，即c l i e n “s e n r e r ( 客户端朋务器) 结构，是目前较流 行的网络处理结构，它可以将多个数据库视为一个数据库来加以处 理，不管这些数据库放在哪种机器上，是属于同质还是异质的数据库。 c 1 i e n t 端提供使用者方便易用的图形操作，及程序开发界面，打印功 能。s e r v e r 端提供计算、通信、文件存储及管理等。在这种网络结 构中，做到了集中式管理，分布式处理的优点，减少了网络上的数 据传输量，又由于数据量是集中存储在s e r v e r 上，可像采用集中式 管理的中央主机管理方式一样，具有严密安全的管理。 b s 结构，即b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器服务器) 结构，是随着i n t e m e t 技术的兴起，对c s 结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下， 用户界面完全通过w w w 浏览器实现，一部分事务逻辑在前端实现， 但是主要事务逻辑在服务器端实现，形成所谓3 一t i e r 结构。b s 结构 利用不断成熟和普及的浏览器技术实现原来需要复杂专用软件才能 实现的强大功能，并节约了开发成本，是一种新的软件系统构造技术。 公交区域运营调度系统数据库的特殊性： 北京交通大学硕士学位论文 1 ) 数据种类繁多、流量大。公交系统区域化建设的目标是针对 客流、交通情况进行实时调度，从而为社会提供最优的公交服务。而 客流、交通情况、车辆情况等等的数据都是决策的重要依据，需要通 过数据库实现资源共享，同时作为大型企业，也必须建立电子商务的 平台以适应社会的需求，对数据库设计提出了较高的要求； 2 ) 性能要求较高。由于公交调度的实时性要求，大量的数据需 要实时传输，对数据库的性能提出了较高的要求。 基于以上分析及公交系统的特殊性，公交区域运营组织与调度系 统中数据库的设计技术必须采用b ，s 、c s 相结合的方式。 2 、数据库逻辑结构 根据区域运营组织与调度系统的业务特点，本研究将系统数据库 在逻辑上分为三层，即中心数据库、各个子系统数据库和数据采集点。 其中，数据采集点主要负责运营基础数据的采集，在这一层的数 据库中，保存了大量的运营细节数据，这些数据是整个系统的信息来 源。数据采集点将基本数据的统计结果上传到各个子系统，通过子系 统的处理，存入子系统数据库。最后，各个子系统将统计过的数据进 一步上传到中心数据库，形成全面统一的运营信息数据仓库。 另外，在数据库体系的各个层次，分别设计数据库的管理和维护 功能，实现对数据库的创建、监控、备份、恢复、权限管理。 3 、数据库实现方法 数据采集点采用a c c e s s 桌面型数据库管理系统，w i n d o w s 操作系 统。a c c e s s 数据库具有操作简单、便于上手、维护方便、界面友好等 显著特点，适合作为小型工作站级的数据库管理系统。 子系统数据库宜采用s q ls