（物理电子学专业论文）基于gps、gprs、gis的公交车监控调度系统的研究.pdf

l 论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本 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。 本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：参铱罨 日期：矽广年钿锣日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学 版，允 论文的 缩印或 本 作 导 目录 目录 i iii 1 1 服务领域2 究内容服务领域2 领域4 域典型应用5 1 3国内外公交车调度系统的现状8 1 3 1 试点项目和在建项目情况9 1 4本课题的设计背景和研究内容10 第2 章公交车监控、调度系统相关技术12 2 1 定位技术12 2 1 1g p s 13 2 1 2 g s m 定位系统15 2 1 3 本系统采用的定位方法15 2 2 交通地理信息系统( g is - t ) 16 2 2 1系统主要功能16 2 2 2本系统应用l6 2 3 通信技术16 2 3 1 蜂窝数字分组业务( c d p d ) 通信17 2 3 2g s m 短信和g p r s 18 2 3 3码分多址( c d m a ) 19 2 3 4利用g p r s 为无线通信网络的优势2 0 2 4自动乘客计数技术2 0 2 5交通流建模与交通仿真技术21 2 6交通流理论2l 2 7 本章小结2 2 第3 章公交车监控、调度系统的结构2 3 3 1 总体结构23 3 2子系统结构设计2 3 3 2 1 调度平台子系统的组织结构23 3 2 2通信子系统2 7 华南理工大学硕士学位论文 3 2 3公交电子地图子系统2 8 3 3 4车载子系统2 9 3 2 5电子站牌子系统3l 3 3 本章小结3 2 第4 章监控、调度平台子系统的设计3 3 4 1中间件技术介绍3 3 4 1 1 主要中间件的分类3 4 4 2通信中间件模块简介3 7 4 2 1m t s c 的结构3 8 4 2 2m t s c 的主要功能3 8 4 2 3m t s c 模块各层的作用3 8 4 2 4应用g p r s 通信技术的流量分析4l 4 3监控、调度平台子系统的设计4 3 4 3 1监控、调度平台的调度基理4 3 4 3 2调度平台软件的构架和模型4 6 4 4本章小结4 9 第5 章调度平台软件的设计5 0 5 1软件开发平台和开发工具5 0 5 1 1 d otn e t 平台和d otn e t 框架5 0 5 1 2m a p x 简介5 5 5 2调度平台业务模块的设计5 9 5 2 1运营管理模块5 9 5 2 2车辆管理模块6 3 5 2 3运营统计分析模块6 4 5 2 4 站牌管理模块6 6 5 2 5资源管理模块6 7 5 2 6用户管理模块7 0 5 3示范工程项目状况71 5 4示范工程运行情况和功能分析7 2 5 5 本章小结7 3 总结和展望7 4 参考文献7 5 攻读学位期间发表的论文7 9 致谢8 0 附录81 摘要 摘要 智能交通系统( i n t el lig en tt r a n s p o r t a tio ns ys te m ，简称i t s ) 是 当前国际道路交通和运输科技发展的前沿。我国政府在继续加快基础设 施建设的同时，结合国情特点，也提出将智能交通系统作为我国未来交 通运输领域发展的重要方向而优先给予重点支持。 城市公交车监控、调度系统是智能交通系统的一个主要研究方向。 如何开发一套效率高、价格合理、方便实用的公交车监控、调度系统是 i t s 领域一个主要的任务和难题。 近年来，我国一些大中城市也开展了对公共交通系统的升级和改造 工作，力求实现公交运输信息化、智能化，从而提高公交公司的运营效 率，方便乘客乘车，进而达到优化城市交通状况，降低环境污染等目的。 从北京、上海、杭州等城市试用情况来看，这些系统存在一些缺陷，主 要表现在： 1 系统功能单一、信息流程单向，监控中心与车辆无法双向交互信息。 系统只实现了监视功能，而未能实现控制、调度功能，系统智能化程 度不高。 2 通信方式采用集群通信方式，网络建设成本高、且带宽有限，系统扩 展性能差。 3 通信终端设备协议不统一，使设备需求方受制于供应商，从而导致系 统成本高，推广性能差。 4 系统对外接口少，适用范围小。 本文针对公交车调度属于非线性、多变量、多目标函数的优化问题 的特点，采用了遗传算法来优化车辆到站频率等问题，同时采用专家系 统构建调度知识库，实现系统的智能化调度功能。 在通信平台和通信方式上，论文通过采用g p r s 公共网作为该系统的 通信平台，利用其点对多点及点对点的通信业务特点，实现公交车辆与 监控中心的通信业务。这一方面省去了公交公司自建通信网络的成本； 另一方面，该通信方式平台价格相对便宜、丢包率低等特点，使系统更 可靠、更实用。 在调度软件方面，本文引入了中间件技术，解决了6 p s 移动终端设 备通信协议不兼容的问题，提高了系统设备选择方面的自由度，使调度 平台系统可接入不同品种、不同型号、不同通信方式的车载终端设备。 另外，系统在设计中，同时预留了与公安110 系统、消防控制系统、 医疗机构等系统的通信接口，使系统具有较高的扩展性能。 i i i 华南理工大学硕士学位论文 关键词：智能交通，全球定位系统、通用分组业务、公交调度、中间件 技术 i v f u t u r ed e v e l o p m e n t o ft h et r a f f i ct r a n s p o r t a t l o n s y s t e m ， t h e r e f o r eg i v e si tp r i o rs u p p o r t 1 nt h ed o m a l n p u blictr a n s p o r t a t io nm o n ito rin g ，c o n t r o llin ga n dd is p a t c h in g s v s t e misam a i nd i r e c t i o n i nt h ed o m a i no fi t s h o wt od e v e l o p s u c ha ne f f i c i e n ta n dc o n v e n i e n ts y s t e mw i t hr e a s o n a b l ep r i c e 1s t h em a i na n dd i f f i c u l tt a s k i nt h isf i e l d t h e s e y e a r s ， s o m eu p d a t e d w o r k si np u b li c t r a n s p o r t a tl o n m o nit o rin g ，c o n t r o1 1in ga n dd is p a t c h in gs ys t e mh a v eb e end o n e ln s o m ebigcitie ss u c ha sb eijin g ，s h a n g h a i a n dh a n g zh o u ，ino r d e r t o i m p r o v e w o r k i n ge f f i c i e n c y o fb u sc o m p a n i e s ， c o n v e n l e n c e p a s s e n g e r s，a n d t h e ni m p r o v et r a n s p o r t a t i o n l e v e la n dd e c r e a s e e n vir o n m e n t a lp ollu tio nb y im p r o vin g s y s te m sm o d e r n ltya n d in te1 1ig e n tc h a r a c t e rs b u tt h es eu p d a t e ds y s te m ss tlllh a v es o m e f oll o w in glim it a tio n 1 t h ef u n c t i o ni nm o n i t o r i n g ，c o n t r o l l i n g d i s p a t c h i n gc e n t r e is sim ple t h ec e n t r ec a nn o t c o m m u nic a tin g w ithb us e se a c h 2 3 o t h e rb ya c t i v e l ya n dp a s s i v e l y ， w h i c hm e a n st h a tt h ec e n t r e o n l vc a nm o n i t o rb u s e sb u t c a nn o tc o n t r o la n dd is p a t c ht h e m ， s 0t h o ses y s te m sa r en o tc o m p l e te1yln te1l1g e n t e x o r b it a n t c o n s t r u c t i o nc o s t i nc o m m u n i c a t i o i ln e t s u c ha s tr u n k in gn et w o r ks ，lim ite db a n d w i d th sa n dp o o re x p a n s1b11ity t h ed i f f e r e n tp r o t o c o lo fc o m m u n i c a t i o nt e r m i n a l ，w h i c hm a k e th ed e m a n d e rb ee n sl a v e dt oth es u p p l ie r ofth es ete r m ln a la n d l e a dt oe x p e n s i v ec o s ta n d 4 f e w i n t e r f a c e sw i t ho t h e r p o o re x p a n s ibi1ityina p p lic a tio n s y s t e m sa n d s m a l la p p li c a t i o n e x t e n s i o n a c c o r d in g t o t h ec h a r a c te r st h a t b us sd is p a t c hin g is v t h e s ee q u i p m e n t s i n d e s p i t e o f t h e i r v a r i e t i e s ，t y p e s a n d c o m m u n i c a t i o nm e t h o d s t h isth e sisa ls od e sig n sm a n yinte r f a c e sw itho th e rsy ste m s uc h a s p o1ic e s l10 s y s te m 。 f ir ec o n tr o lsy s te ma n dh o s p it a l o r g a n iz a tio n ，w hic ha d dth ee x p a n sibility0 fth es y ste m k e y w or d s ：i t s ，g p s ，g p r s ，b u sd i s p a t c h ，m i d d l e w a r et e c h n o l o g y v i 理系统组成的一个复杂大 速增长期。汽车数量急剧 要，交通状况日益恶化。 意识到依靠道路建设永远 技来改造现有的道路运输 通行能力和服务质量，才 智能交通( 运输) 系统( in te1 1ig e n tt r a n s p o r ta ti0 ns y s te m ，缩 写为it s ) 是解决当今交通问题的新思路。它是将先进的信息技术、数据 通信技术、控制技术以及人工智能技术等有效地综合运用于整个交通管 理体系，在系统工程综合集成思想的指导下，建立起来的一种在较大范 围内发挥作用的，实时、准确、高效的交通运输综合管理系统。 目前美国、欧盟、日本和新加坡等发达国家争相投巨资研究开发it s 技术，其中也包括对公交i t s 项目进行的研究与开发，同时公交部门通 过应用it s 技术获得了巨大的效益。我国一些地区( 如北京、上海、杭 州、广州等城市) 的公交部门也开始应用i t s 技术来改造和升级传统的 运营管理方式。 如何对现有的公交调度运营模式进行合理的改造和升级是一个很复 杂的问题，一方面要考虑升级的可能性和成本，另一方面还要考虑系统 的扩展。本课题提出的“基于全球卫星定位系统( g lo b a lp o sitio n in g s y ste m ，简称g p s ) 、移动通用分组业务( g e n e r a lp a c k etr a di0s e r vic e 简称g p r s ) 、地理信息系统( g e o g r a p h icin f o r m a tio ns ys te m ，简称 g is ) 技术的公交车监控、调度系统 就是基于目前我国城市的现状提出 的一个解决方案。该方案结合了广州市i t s 建设协调领导小组在2 0 0 3 年 9 月份提出的广州市i t s 建设项目规划中，把基于g p s 的智能公交监控及 通信调度系统作为广州市i t s 建设的重要组成部分，以期提高城市公共 交通的总体服务水平和智能化程度的指导思想，创造性地提出了应用 g p r s 通信网络作为调度系统中的无线通信网络平台，应用g is 电子地图 技术实现公交车的实时监控，并提出了在监控、调度软件中引入专家系 统、遗传算法等人工智能的技术，使系统具有辅助决策功能，实现了调 度系统较高程度的智能化性质，这将使基于g p s 技术的公交监控调度系 统提升到新的层次，从理论上和实践上为我国城市交通的研究课题提出 华南理工大学硕士学位论文 了一个崭新的思路和方法；同时，也对我国i t s 技 展和建设有很好的参考价值。 1 2 智能交通系统的研究服务领域 z - e $ o - 3 7 目前，i t s 在全世界发展迅速，其功能和规模不 描述也不尽相同。i t s 技术研究在经过多年的发展后 欧洲、美国等为代表的三大体系。这三大体系基本 据各国服务领域的不同而稍微有些差异，本文在此只以美国体系作为介 绍。 1 2 1美国it s 的研究内容n t 务领域 2 0 世纪6 0 年代末期，美国就开始了智能运输系统方面的研究，当时 称为电子线路引导系统( e le c tr o l licr o u teg uid a n c es y ste m ，e r g s ) 。 在6 0 年代至8 0 年代期间，美国在道路交通信息化、智能化方面几乎没 有任何进展，但受到日、欧进展的触动，产生了危机感，又由于冷战结 束后军民的要求，19 8 7 年成立了m o bility2 0 0 0 组织，该组织后来相应 日本方面的呼吁改名为现在的i t sa m e ric a 。 i t sa m e ric a 不但是美国 运输部的国家i t s 研究发展规划的咨询机构，而且还负责协调美国工业 部门和大学、科研机构的i t s 研究。 i t sa m e ric a 体系结构是包括7 个服务领域( 大系统) 、31 个用户服 务功能( 子系统) 以及6 0 个市场包。7 个服务领域如表卜l 。 表1 1美国i t s 服务领域 t a b l e1 1 m a ir ld o m a i no fa m e r ic a ni t s 服务领域编号服务内容 旅行与交通管理 1 旅途中驾驶员信息e n - r o u t ed r i v e ri n f o r m a t i o n t r a v e la n d 2 路线导航r o u t eg u i d a n c e t r a n s p o r t a ti o n 3旅行者服务信息t r a v e l e rs e r v i c e si n f o r m a ti o n m a n a g e m e nt 4 交通控制t r a f f i cc o n t r o l 5 事件管理i n c i d e n tm a n a g e m e n t 6排气测试及削减e m i s s i o nt e s t i n ga n dm i t i g a t i o n 7 公路与铁路交叉路口h i g h w a y - r a i li n t e r s e c t i o n 2 第l 章绪论 旅行需求管理 8 出行前旅行信息p r e t r i pt r a v e li n f o r m a t i o n t r a v e1d e m a n d9合乘匹配及预约r i d em a t c h i n ga n dr e s e r v a t i o n m a n a g e m e n t 1 0需求管理与运作d e m a n dm a n a g e m e n ta n do p e r a t i o n 公共运营 1 1 公交管理p u b li ct r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n t p u b l i c 1 2 旅行中公交车辆信息e n - r o u t et r a n s i ti n f o r m a t i o n t r a n s p o r t a ti o n 1 3 私营公交车辆p e r s o n a l i z e dp u b l i ct r a n s i t o p e r a ti o n s 1 4公共旅行安全p u b l i ct r a v e ls e c u r i t y 电子付费服务 1 5 电子付费服务e l e c t r o n i cp a y m e n ts e r v i c e s e l e c t r o n i cp a y m e n t s e r v i c e s 商用车辆运营( c v o ) 1 6商用车电子结算c o m m e r c i a lv e h i c l ee l e c t r o n i c c o m m e r c i a lv e h i c l ec 1 e a r a n c e o p e r a ti o n s 1 7沿线自动安全检查a u t o m a t e dr o a d s i d e s a f e t y i n s p e c ti o n 1 8 车载安全监控o n b o a r ds a f e t ym o n i t o r i n g 1 9 商用车辆管理过程c o m m e r c i a lv e h i c l ea d m i n i s t r a t i v e p r o c e s s 2 0 危险品事件反应h a z a r d o u sm a t e r i a li n c i d e n tr e s p o n s e 2 l 商用车队管理c o m m e r c i a lf l e e tm a n a g e m e n t 突发事件管理 2 2 紧急情况通告与个人安全e m e r g e n c yn o t i f i c a t i o na n d e m e r g e n c y p e r s o n a ls e c u rit y m a n a g e m e n t 2 3 紧急车辆管理e m e r g e n c yv e h i c l em a n a g e m e n t 先进的车辆控制和安 2 4 纵向撞击回避l o n g i t u d i n a lc o l l i s i o na v o i d a n c e 全系统( a v c s 或2 5横向撞击回避l a t e r a lc o l l i s i o na v o i d a n c e a v c s s )2 6交叉路口撞击回避i n t e r s e c t i o nc o l l i s i o na v o i d a n c e a d v a n c e dv e h i c l e2 7 以避免撞击回避为目的的视觉加强v i s i o ne n h a n c e m e n t c o n t r o lf o rc r a s ha v o i d a n c e a n ds a f e t ys y s t e m2 8 安全就绪s a f e t yr e a d i n e s s 2 9 撞击前的紧束装置部署p r e c r a s hr e s t r a i n td e p l o y m e n t 3 0 自动化公路系统a u t o m a t e dh i g h w a ys y s t e m s 3 l 存档数据功能a r c h i v e dd a t af u n c ti o n 美国和欧洲每年举办i t s 年会，19 9 4 年开始，i t sa m e ric a 与欧洲 道路运输通信协调组织( e u r o p e a nr o a dt r a n sp o r tt ele m a tic s 华南理工大学硕士学位论文 i m p l e m e n t a t i o nc o o r d i n a t i o no r g a n iz a t i o n ，e r t t i c 道路、交通智能化促进协会( v e h icler o a da n dt r a f s o cie ty 。v e r tis ) 三方联合起来每年都要召开一次国 学者通过这些会议有了更多的相互学习和交流的机会。 1 2 2中国its 服务领域 我国的智能交通系统研究起步较晚，但发展较快。 年1 1 月在北京举办了首届i t s 研讨会；国家计委19 9 9 年4 月的科技立 项会议中将i t s 列为10 0 个重点科研领域之一；交通部、建设部也支持 智能交通系统方面的研究和开发，19 9 9 年1 1 成立了国家智能交通系统工 程技术研究中心，该中心的主要目标是以国民经济、行业和市场需求为 导向，针对智能交通系统存在的重点技术问题，对有市场价值的重要应 用科技成果，进行共性技术、关键技术的后继工程化、产业化以及系统 集成的研究开发。2 0 0 3 年，全国智能运输系统标准化技术委员会( c h in a n a tio n a lt e ch nic a lc o m m itte eo fin te11ig e n tt r a n s p o r ts ys te m s s t a n d a r diz a ti0 n ，t c - i t s ) 成立，t c - i t s 国内编号为s a c t c 2 6 8 ，对口 国际标准化组织智能运输系统技术委员会( i s o t c 2 0 4 ) ，t c - 工t s 秘书处 设在交通部公路科学研究所。t c - i t s 负责全国性智能运输系统标准化的 技术工作组织，负责智能运输系统领域的标准化技术归口工作。 依据国家智能交通系统工程技术研究中心和t c i t s 秘书处主持完成 的中国智能运输系统体系框架，我国it s 服务划分为8 个服务领域， 4 3 个子服务，l3 8 种服务功能。 表1 - 2中国i t s 服务领域 t a b l e1 2m a i nd o m a i n0 fc h i n e s ei t s 服务领域用户主体服务主体服务内容或子领域 交通管理与规划 管理者管理者 该类系统向交通管理部门和驾驶员提供对 道路交通流进行实时疏导、控制和对突发 事件应急反应的功能 出行者信息管理者、驾驾驶员对交通出行者提供及时的信息服务：出行 驶员前出行方式、时间和路线选择；出行中车 辆定位、导航和路径诱导 4 第1 章绪论 车辆安全和辅助驾驾驶员驾驶员 主要指智能汽车的研制，引入先进的传感、 驶通信和自动控制技术，向驾驶员提供避撞 和安全保障措施 紧急事件和安全管理者管理者通过a t i s 和a t 惦将交通监控中心、交通 警察、道路养护管理机构、职业的救援机 构、灾害处置管理中心等联成有机的整体， 为道路使用者提供现场紧急处理、事故信 息发布等服务。 运营管理管理者、企管理者、企先进的公共运输管理系统 业、驾驶员 业 商用车辆运营系统 出租车运营管理系统等 综合运输 管理者、企管理者、企 业业 自动公路管理者、驾驾驶员智能车辆控制系统和智能道路系统的集成 驶员 汽车自动驾驶系统。由路面设施和车 辆上的特殊装备组成，保证汽车的行驶绝 对安全高效 电子收费管理者、企管理者、企路桥隧不停车自动收费服务、路桥隧停车 业、驾驶员 业 自动收费服务、路侧停车自动收费服务、 停车场自动收费服务、公交电子自动收费 服务、交通信息有偿自动收费服务 1 2 3我国it s 各领域典型应用 7 - 1 o ， 1 2 3 1交通管理与规划 交通管理系统核心目标是在道路、车辆和监控中心之间建立起通讯 联系的基础上，通过监控中心接收各种交通信息( 如车辆检测、车辆识别、 交通需求、告警和救助信号) ，对信息进行分析处理，实现交通信息提供： 交通信号调整与控制；交通指挥、调度与诱导等管理功能，使交通流处 于最佳状态。 对于城市集成交通控制系统，主要包括部分：指挥控制、综合信息、 警务管理。目前应用的主要交通管理设施与系统有： 1 城市交通控制中心 2 指挥调度计算机系统 华南理工大学硕士学位论文 3 交通监控系统 4 交通信号控制系统 5 交通诱导系统 6 交通信息采集与处理系统 7 交通信息管理系统 8 交通事故接报警系统 9 交通违章自动监测系统 10 数字化执法信息管理系统 11 交通管理宽带网络及通信系统 对于高速路管理，主要应用有通信、监控、收费三大系统 1 2 3 2出行者信息 主要是对交通出行者提供及时的信息服务。目前，交通及实时路况信 息提供方式有： 1 i n t e r n e t 交通信息：该方式只能提供出行前服务。 2 电视交通信息广播：该方式只能提供出行前服务。 3 交通广播台：城市交通“面”信息，该方式受时段限制。 4 可变情报板( v a r ia b lem ess a g esig n ，简称v m s ) ：动态发布v m s 所处位置下游的路况交通信息。 5 寻呼台交通信息广播：该方式需要查看信息机信息，驾驶途中不 方便。 6 手机短信订阅：该方式通过手机短信订约交通实况信息。 7 车载g p s 导航系统：该方式通过在车辆上安装g p s 定位导航设备 和通信设备，通过无线网络与交通信息中心交互数据，从而提供 交通信息、调度、跟踪和管理。 1 2 3 3先进的公共运输系统 该系统主要应用在以下几个方面： 1 电子车票：利用ic 卡进行乘车电子收费、充值等应用。 2 公交车自动调度：用全球卫星定位系统和移动通信网络对公共车 辆进行监控和调度。 3 客运量自动检测：采用ic 卡、红外检测、踏板等技术进行客运量 检测。 4 行驶信息服务：在公交车辆上和公交车站通过电子站牌向候车者 提供车辆的实时运行信息；通过个人计算机、闭路电视等向公众 就出行时间和方式、路径及车次选择等提供咨询。 6 第l 章绪论 5 响应需求的公共交通系统：提供电话预约公共汽车的门到门服 务，提高公共交通的吸引力。 1 2 3 4 商用车辆运营系统 该系统主要包括电子通关和车辆监控调度系两个方向 1 电子通关：通过路边信号标杆等装置，进行车辆自动识别、车辆自 动分类，以及动态称重设备实现车辆自动电子通关。 2 车辆监控调度系统：依靠g p s 车辆自动定位系统、g is 技术和无线 通信系统，辅助企业的车辆调度中心对运营车辆进行跟踪、调度和 安全管理。 1 2 3 5紧急事件和安全 该领域主要建设高速公路和城市快速道路交通异常事件管理系统，向 道路使用者提供现场紧急处理、事故信息发布等服务。 1 2 3 6综合运输 该服务领域主要解决公路、铁路、水运、航空、管道等多种方式立 体联运情况下，物流的联合调度与优化及服务规范管理；信息流的电子 交换等问题。 1 2 3 7电子收费 电子收费主要包括收费设备和收费管理软件。 从设备层面上看，主要有： 1 车辆通过检测设备 2 交通控制设备 3 各种收费卡和读写卡设备 4 停车收费设备：路边停车咪表、立体停车场等 从管理服务层面看，主要有： 1 路桥隧停车自动收费服务系统 2 路桥隧不停车自动收费服务 3 路侧停车自动收费服务 4 停车场自动收费服务 5 公交电子自动收费服务 6 交通信息有偿自动收费服务 华南理工大学硕士学位论文 1 2 3 8车辆安全和辅助驾驶 车辆安全和辅助驾驶主要通过智能汽车的研制来实施，这个领域的 主要核心技术是传感、智能识别、智能控制技术。其基本思路是：在车 身各部位安装传感器、盲点监测器、微波雷达、激光雷达、摄像机等设 施，并由计算机控制，实现道路障碍自动识别、自动报警、自动转向、 自动制动、自动保持安全车距、车速和巡航控制功能。比如：车内计算 机中存储大量有关驾驶员个人和车辆各部分的信息参数，当监测到这些 参数发生变化、超过某种安全极限值时就会向司机发出警报，并采取相 应措施，以预防事故发生。 1 2 3 9自动公路 同车辆安全和辅助驾驶一样，自动公路系统也是一个刚刚起步，前 瞻性的研究领域。主要依赖路面设施和车辆上的特殊装备： 1 路面设施：在车道中心按一定间隔距离埋设的磁铁 2 车载装置：磁传感器、障碍物检测雷达、车道白线识别装置、电子 导向仪、电子自控油门、电子刹车装置等。 1 3 国内外公交车调度系统的现状 近年来，国内外均开始研究智能公交监控调度系统，并在一些发达 城市进行了小规模的实施，国外有巴黎、横滨、亚特兰大和新加坡等； 国内有北京、上海、杭州等。从这些城市的实施情况来看，存在下列问 题： 1 国内外基本实现的调度功能包括车辆实时监控和车辆主动报警 等。从信息流程的角度看，仅完成了“信息采集功能，并部分完成“信 息输出 功能，但却缺乏最能体现“智能 特点的“信息处理 部分， 信息处理工作还是完全由调度员靠经验人工完成，没有一个类似辅助调 度决策系统( d e cisio ns u p p o r ts y ste m ，简称d s s ) 或专家系统( e x p e r t s ys te m ，简称e s ) 为调度员提供辅助决策信息，所以它们还不是完全意 义上的智能调度系统。 2 在网络无线通信网络和通信体制上，普遍采用集群通信网，网络 的建设费用、运营费用较高，并且存在通信带宽窄等问题。 本系统由于采用了专家系统和遗传算法等人工智能的方法，数据传 输利用g p r s 无线传输方式，克服了上述城市所实施的系统中的缺陷。 8 第1 章绪论 1 3 1 试点项目和在建项目情况 1 3 1 1北京市 北京公交i t s 示范工程于l9 9 9 年投入运行，首次投入运行的装有车 载卫星定位系统和无线通信装置的车辆约为3 0 0 多辆。该系统应用相对 比较成功，推广性比较好，但该系统建设成本投入过大，对交通流统计 等相关技术应用的可行性方面缺乏成熟考虑，导致一些功能无法实现， 浪费了一定的建设成本。 1 3 1 2上海市 19 9 9 年7 月，上海市第一条应用g p s 技术进行调度管理的公交线路 9 8l 路在浦东投入运行。该系统选择了蜂窝式数字分组业务( c el lu la r digit a lp a c k e td a t a ，简称c d p d ) 来传送定位信息；系统的车载设备， 用液晶显示和语音提示相结合的方式提示驾驶员，有利于驾驶员集中精 力，安全驾驶车辆；系统的监控软件提供了车辆行驶速度预警，预测车 辆到达站点时间，具有较为完善的电子地图显示功能。但系统的后期扩 展功能很难升级，所以一直在小范围内使用。 1 3 1 3杭州市 杭州市是我国第一个将g p s 定位技术应用到公交车辆的调度管理中 的城市。系统具备一定的车辆监控、管理和查询功能。系统还具备在电 子地图显示车辆运行状态的能力，并且有报警以及运行车辆到达时刻站 台显示等功能。但是系统目前只在杭州市部分公交线路上应用，而且系 统传递信息的方式是单向的，调度室可以获得驾驶员发来的信息，但不 能对驾驶员的操作发布实时的指令。 1 3 1 4长春市 由吉林市交通公司与吉林市东北电力学院共同研制开发的“公共汽 车微机调度管理系统 ，该系统分为室内与室外两大部分，室内微机控制 系统每天自动地按顺序把每次车的发车号、发车时刻、需继续等待的时 间、司乘人员的代号显示在c r t 屏幕上，并同时通过电缆把以上调度内 容送到室外大型显示屏上，以清晰的数码显示告之广大乘客。 长春市调度管理系统的设计思路是一个提醒显示系统，局限于一站 一点，没有网络管理和协调优化的功能。 9 华南理工大学硕士学位论文 1 3 1 5重庆市 重庆是我国四大直辖市之一，是西南地区经济、文化、商业、金融、 信息等中心之一，由于人1 ：3 密度大，流动人口多，加之受山地地貌等条 件的影响，公共交通在城市交通中占主导地位。重庆市l9 9 5 年开始将g is 技术引入到公共交通管理中，研究开发了“重庆市公共交通管理信息系 统”。 重庆市公共交通管理信息系统已实现的功能还仅限于一些与公交线 路、站点等基础设施查询有关的静态查询，没有深入到运营管理层次， 是一个基于g i s 的图形查询系统。 1 3 3 6西安市 西安公路交通大学同西安市公交公司共同合作，依据部分西安市公 交客流调查数据，探讨了几种确定发车间隔的方法。 这一研究是公交运营调度优化系统的一个重要内容，但其建模需要 各站之间的公交客流，在目前没有乘客自动计数系统的情况下，获得模 型所需的基本数据是相当困难的。 1 4 本课题的设计背景和研究内容 本课题是结合广州市交通委员会与广州市海特天高信息系统有限公 司签订的“广州市康王路公共交通监控调度及电子站牌显示系统示范工 程项目 ，提出的一个解决方案。康王路是广州市区的一条主干线路，该 路段南北方向分布，沿途共有4 个站点，上下行方向共装载8 个电子站 牌。由文献 2 0 可知，示范项目工程需对康王路沿线的公交车辆进行监 控、调度功能，同时在沿线的8 个电子站牌上显示公交车离站距离等公 交车相关信息。途径该路段共有9 条公交线路，涉及6 家公交公司：分 别为二汽公司的5 2l 线路、5 27 线路，三汽公司的2 0 4 线路、2 3 9 线路， 新穗公司的2 2 6 线路、2 3 8 线路，电车公司的1 14 路，新福利公司的18l 线路，珍宝公司的2 51 线路。所有线路车辆共2 0 8 部。结合广州目前公 交车实际情况，我们采用在监控车辆上安装一套车载设备( 参见本论文第 三章车载子系统部分) ，在调度中心安装监控软件和监控设备，利用电子 地图显示运营车辆状态，并利用无线传输网络实现中心与车辆的信息交 互功能，达到监控、调度目的，同时把车辆信息等传送到电子站牌显示。 系统设计中主要有调度平台子系统、系统通信网络子系统、车载设 备、电子站牌设备等几大部分。本系统主要集中在系统调度平台子系统 及其软件的设计部分以及系统通信网络设计部分，车载设备和电子站牌 1 0 第1 章绪论 采用外包形式从其他厂商购买。 公交车调度系统中，应用无线通信网目前主要有集群通信网络、无 线电台广播、公共蜂窝通信网等。本系统从广州市实际情况出发，采用 了中国移动公司的公共蜂窝通信网络一一g p r s 无线通信网作为车辆与调 度中心无线通信平台，从性价比上实现了项目的最优化。同时，g p r s 网 络在我国绝大数城市都已建设完成，所以该系统的很容易推广到其他城 市，可移植性很好。 调度平台子系统及其调度软件的设计是该系统的核心部分，其设计 的好坏直接影响到调度功能能否顺利的实现。目前国内其他一些城市设 计的调度系统经常存在调度车辆在“路外跑”、软件功能单一、智能化程 度低等问题。本系统设计采用了中间件技术，实现了调度软件设计功能 模块化、专业化；论文采用了遗传算法，优化车辆的静态调度功能；同 时，采用专家系统构建调度知识库，使调度系统软件具有自我学习有优 化功能，实现智能化动态调度功能。 公交车监控、调度系统是一个大范围、高投入的系统。系统的能否 高效、顺利的运作与i t s 其他的系统关联很大，系统设计中牵涉的技术 也很多、这些技术同时也应用到智能交通系统中的其他子系统中。所以 论文首先介绍与本系统息息相关的主流i t s 技术，然后设计本系统的总 统结构和工作原理，重点阐述调度平台子系统及调度软件的设计。 软件设计过程，主要有软件构架、数据库构架、软件开发平台和开 发工具等相关问题。论文对这些问题作了详细的分析、找到了合理的解 决方法。 如前所述，公交车监控、调度系统是一个与其他智能交通系统相关性 很大的系统，系统的调度功能的实现需其他系统的配合。如果构建一个 统一和谐的i t s 大系统，是一个艰巨的任务，这虽不是本论文的研究范 围，但本论文设计的系统的发展和前景与其关联较大，所以论文在展望 和总结部分对此作了说明和解释。 第2 章 公交监控、调度 t r a n s p o r t a t i o ni m p l e 成，从产品与服务层面 技术、电子地图技术、 通仿真技术、交通流理论等方面。 2 1 定位技术 车辆定位技术是智能交通系统地关键技术之一。车辆监控、调度要实 现自动跟踪车辆地当前位置，并获得准确、实时等特点，才能真正有效 地实现监控、调度功能。 自2 0 世纪5 0 年代由美国国防部建立罗兰c 系统以来，无线电定位 技术得到了广泛地重视，特别是g p s 的出现，极大地促进了该技术地发 展应用。 目前，欧洲计划在2 0 0 5 年左右建成由3 2 颗卫星组成的全球卫星定 位系统伽利略。我国第一代导航卫星系统“北斗一号导航试验卫星系统 两颗卫星已上天，我国第二代导航卫星系统也进入论证预研阶段，与俄 罗斯在g l o n a s s 上和与欧盟在g a lile o 上的国际合作也在进行之中。 理论上讲，无论采用何种系统，如果某一终端( 如本系统中的公交 车辆) 能够同时接收多个用来确定自己位置的无线电信号，那么均可通 过相对位置矢量的计算来确定该终端的当前位置信息。从目前发展情况 来看，可用于移动车辆定位的方法有g p s 定位、g l o n a s s 定位、 g p s g l o n a s s 组合定位、g p s d r s 组合定位、g s m 定位、北斗卫星导航系 统等。 从应用范围上分析：g l o n a s s 远没有g p s 应用广泛，这主要因为前苏 联的政策有密切的关系。g l o n a s s 计划一直是在秘密的进行着的，政府直 到最近几年才决定将它商业化方向发展。这种情况决定了g l o n a s s 在国 际上的研究远远不如g p s 那样深入。 从技术上分析：g p s 定位技术成熟，市场上g p s 定位接收机种类也较 多，实用性强，操作简便等。 目前各大城市发展的定位技术其实主要是g p s 和g s m 定位两种方法。 1 2 第2 章公交车监控、调度系统相关技术 2 1 1g p s 全球卫星定位系统( g lo b a lp o sitio nin gs yste m ，简称g p s ) 是美军 7 0 年代初在“子午仪卫星导航定位技术上发展而起的具有全球性、全 能性( 陆地、海洋、航空与航天) 、全天候性优势的导航定位、定时、 测速系统“。g p s 由三大子系统构成：空间卫星系统