（安全技术及工程专业论文）基于ITS技术的城市公交运营调度系统优化研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文 第l l 页 a b s t r a c t p u b l i ct 瑚s p o r td i s p a t c h i n gi sm ek e yo fp u b l i ct r a n s p o r tm a n a g c r n e n l ，s o e l l l l a l l c i n g t 1 1 et h e1 e v e lo fp u b l i ct m s p o nd i s p a t c h i l l gm a n a g e m e n ti s 吼 i m p o r t a n tm e a n so fi l p m v i i l gt h es e i c eq u a l i 妙o fu r b a np u b l i ct r 觚s p o na 1 1 d a b s o f b i n gb u sp a s s e n g b r s i n 幽ep a s tf b wy e a r s ，m o s lb u sc o r p o r a t i o n si no u r c o l l l l 衄m a d et 1 1 d ro p e r a 缸n gp l a i lm a i n l ya c c o r d 抽gt oa d m i l l i s t r a t o r s e x p 甜e n c e a n di n t u i t i o n ，w h i c hw o u l dh a v eap a s s i v ee f 诧c to nm eu r b a i lt r a n s p o r t e n v 油n m e n ta i l de c o n 0 t n i cd e v e l o p m e l l t t h ee f r c c t i v ep 劬t oc h 锄g ec 岍e 王1 t s i n 工a 6 0 nj sr e a l i z i n gp u b l i c 锄m s p o r ts y s t 锄sc o n v e n i e n t ，c o m f o na n dh i 曲 e m c i e n c yb yd e v e l o p i r 培i t st e c l l i i i q u e t h i s sw h yw er e s e 耵c hi nt h ep a p c r f i r s t l y ，o nt h eo b s e r v a 矗o no f b u s c o r p o r a t i o n s m a 】1 a g 啪锄ta n dt 1 1 eo p e r a t i o i nc h j n a ，m ep a p e rp r e s e m st h eb a s i c s t m c t u r eo fo l l rc o u n 缸y t si l i b a j lp u b i i ct f a i l s p o ni n t e l i i g e n td i s p a t c l l i n gs y s t e ma n d t h ek e yt e c l h l o l o g i e sa r ed i s c u s s e da c c o r d i n g l y ， t h ed a t ac o l l e c t i o na b o u t b u so p e r a t i o ni sm eb a s eo f b u sd i s p a t c l l i i l g h l c h 印t e r3 ，m ea n i 矗c i a l l yc 0 1 】e c t i o nm e t h o d sa r cc o n c l u d e d ，锄dm e 印p l i c a t i o 玎o f i t st e c h n o l o g i e si nd a t ac o l l e c t i o na f e s e a f c h e d p u b l i ct r 肌s p o r ts c b e d u l i n gi st l l eb a s i cw o r kp l a i lo fb u sc o 翠o r a t i o n s h l c h 印t e r4 ，m i sp a p e rd i s c u s s e st 1 1 em o d e l o fp u b l i ct r a i l s p o ns c h e d u l i n gi n c l u d i n g t i m e t a b l e s ，v e h i c l es c h e d u l i n ga n dd r i v e rs c h e d u l i n ga | 1 d t 1 1 el6 mb u sl i n e i n c h 脚g d ui st a k ef o rc x 咖p l et oa 1 1 a l y z ei nd e t a i l a t l a s t ，a i m i n g a tt h eb l l sl l i l e v c n r u l l n i n gj n t e r v a lc a u s e db ye x t e n l a l e n v i r o n m e m ，t h ep a p e rs t u d i e st h ed y n a m i cd i s p a t c h i n gs t r a t e g i e sb a s e do n r e a l t i m ei n f b r m a t i o na n dn u t sf o r w a r da ne f f 毫c t i v em o d e l k e y 们r d s ：u r b 肌p u b l i ct r a n s p o r t a t i o n ：d i s p a t c h i n g ；d a t ac o l i c t i o n ；p u b i i c t r a n s p o r ts c h e d u l i n g ；d y n a m i cd i s p a t c h i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 第1 章绪论 1 1 1 城市公共交通现状与问题分析 城市公共交通是指在城市及其近郊范围内方便居民和公众的出行，使用 各种客运工具的旅客运输体系，是城市客运交通体系的主体，是城市建设和 发展的重要基础。广义的公共交通一般包括地面公交( 公共汽、电车) 、轨道 交通( 轻轨和地铁) 、出租车、小公共汽车和轮渡“3 。本文研究的公共交通特 指地面公交。 城市公共交通具有占道率低、载客率高的优点，可大幅提高城市客运的 综合效益和城市的劳动生产率，有利于城市结构的优化和新土地的利用开发； 同时，在体现社会公平、城市生态环境的改善、建设用地、运输成本、运输 效率、燃料消费等方面比个体交通方式具有更大的优势( 表l - 1 ) 。因此， 解决我国大、中城市目前存在的交通拥挤、交通事故频繁和环境污染严重等 问题，应重视优先发展城市公共交通。优先发展公共交通已经被世界各国公 认为是解决大、中城市交通问题的最佳策略，是城市可持续发展的必由之路。 表卜1 几种客运交通工具的技术经济比较 项目单位 公共汽车 小汽车 自行车 速度 k 瑚h1 6 2 53 0 4 01 0 1 5 载客量人车 9 0 1 6 03 5l 乘客平均 m 2 人 l 2l o 2 0 6 1 0 占用道路面积 乘客平均 m 2 人1 5 24 61 5 占片j 停车场面积 油耗l6 客运成本 1l o 1 2 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 近年来，我国城市公交得到了较大的发展。1 9 9 0 年我国公交客车的总保 有量为1 3 万量，到2 0 0 0 年我国公交客车的总保有量已达到了2 3 万量。然而随 着经济建设的迅速发展与人民生活水平的不断提高，对公交服务水平的要求 也越来越高。到2 0 世纪9 0 年代，公交的发展速度、服务水平已经不能满足城 市人口、经济的发展需求，公交分担率持续下降。公交分担率下降又进一步加 剧了城市交通系统的恶化，城市公共交通失去吸引力的原因主要有： 1 公交车出行不方便。 公交线网与站点布设不合理，发车间隔长，利用公交车出行的居民的车 外不行时间长，车站等待时间长，换乘次数多，乘客感到乘车不便。 2 公交车准时性差 乘坐公交车的大部分为上班、上学出行，对准时性要求很高，但公交车 在上班高峰小时常常因交叉口阻塞和车辆过多而产生延误，准时性难以保证， 使一部分出行量分流到准时性较高的其他出行方式。 3 公交车服务质量低 随着市民生活水平的提高，对出行舒适度提出了更高的要求，公交车车 况差，座位率低，运行速度慢，不能满足人们对舒适度的原因。 因此，如何确立合理的公交线网布局，如何确保公交运营计划制定的科 学性和预见性，如何提高公交车辆调度的及时性和准确性是从事公共交通领 域的学者们急需研究的问题。 1 。1 。2l t s 在公交运营调度中的应用 智能交通系统( i t s ) 是将先进的信息技术、传感器技术、数据通信技术、 自动控制技术、运筹学、图像分析技术、计算机网络以及人工智能等有效地 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。 智能公交系统是智能交通系统( i t s ) 的一个子系统。智能公交系统 ( 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 s ，a p t s ) 是在公交网络分配、 公交调度等关键基础理论研究的前提下，利用系统工程理论和方法，将现代 通信、信息、电子控制、计算机、网络、g p s 和g i s 等高新科技集成应用于公 共交通系统，并通过建立公交智能化管理系统等实现公交调度、运营、管理 的信息化和智能化，为出行者提供更加安全、舒适、便捷的公共交通服务”1 。 长期以来，我国大部分城市的公交企业基本上沿用4 0 年代“定点发车、 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 两头卡点”的传统调度方式，公交运营技术含量低，服务水平低下。智能交 通技术可为现代化公共交通调度提供技术支撑和保障，实现调度与运营的高 效率，为乘客提供准时、快速和舒适的服务，提高公共交通的吸引力。 本论文的研究正是针对以上问题与解决方法提出的，论文在探讨适合我 国公交特点的智能调度系统结构形式的同时，对公交车行车计划的编制以及 基于i t s 技术的车辆动态调度模型进行了研究，旨在探求能够适合我国公交调 度需要的、实用性强的公交车辆调度优化理论与方法，为公交企业制定科学、 合理的运营决策提供帮助，从而促进我国公共交通事业的健康发展。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 发达国家对于公交调度优化研究很重视，而且开始研究的时间也较早， 到目前为止，己经有大量的研究成果和应用实例。 1 理论研究 公交调度优化理论是随着优化基础理论的逐渐完善、计算机技术的逐渐 成熟以及城市公交快速发展而逐渐发展起来的。应该说，优化基础理论的完 善为调度优化理论的发展提供了可靠的基础，而计算机技术的成熟使得优化 技术变为现实，城市公交调度趋于复杂化则对优化理论的发展起到了推进作 用。 在公交行车计划编制方面，1 9 9 4 年z h u 研究了公交车辆在“终端排队约 束”条件下的行车间隔优化问题，建立了非线性整数规划模型，并给出了求 解模型的启发式算法0 1 。1 9 9 5 年x uj 研究了行车间隔对公交服务水平的影 响，如何通过间隔控制来改善公交服务的可靠性，维护行车时刻表的正常执 行”1 。1 9 9 6 年m a r q u e s 等人研究的s u p e r b u s 系统是一个包括公交时刻表动态 编制的计算机软件系统，它将时刻表和配班表统一编排，具有灵活性和集成 性”。1 9 9 9 年以色列的a c e d e r 等人对最大一致性的公交时刻表做了研究， 建立了多条公交线路协调发车的调度模型。 在调度控制方面，随着先进公交系统( a p t s ) 的发展，9 0 年代开始重视对 实时调度和各种调度控制模式下调度优化问题的研究。1 9 9 0 年， j e a n 一r c r o u s s e a u 提出了“实时放车调度”的优化模型及其启发式解法”1 。 1 9 9 3 年s o e l d n e r 描述了公交实时调度控制的策略，其目的就是在计划行车 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 时刻表的条件下使乘客的成本最小，这些调度控制策略包括在车站屯车、空 车、快车、区间车和机动车等”1 。美国的r a n d o l p hh a l l 等于2 0 0 1 年提出以 线路上固定的控制站对公交车辆到站时刻进行控制的调度控制策略，有效解 决了控制信息传输的延误。1 。 2 技术应用 二十世纪9 0 年代以来，公共交通运营调度系统的研究大都是在a 阿s ( 先 进的公共交通系统) 的指导下进行研究和探索的，研究调度系统的组成、采用 的技术、如何集成为调度系统等，来完成公交系统的智能化“”。”“2 “。从世 界各国对i t s 中公共交通的研究来看，公共交通的智能化调度系统包括车载 设备、乘客信息服务、公交调度系统几大部分，即包括信息采集、信息传输、 信息处理和信息发布四大部分。许多学者利用各种技术来建立公共交通调度 系统，包括自动车辆定位系统( a v l ) 、全球定位系统( g p s ) 、地理信息系统 ( g i s ) 、计算机辅助调度系统( c a d ) ，k i o s k 终端、信号优先控制、乘客信息 服务、制定收费和通信等。 目前，较为成熟的技术有：现代通讯技术、公交车辆自动定位技术、乘客 自动计数系统、地理信息技术等。其中车辆自动定位技术是车队管理的核心， 由定位技术和数据传输技术组成，通过该技术可实时监控每一辆车所在位置 并把信息传至控制中心。美国提出的4 种定位技术是：路标技术、全球定位系 统、陆基无线电技术和惯性导航技术。路标技术和惯性导航技术是美国公交 部门曾经广泛采用的两种定位方式，但现在大部分企业转向使用全球定位系 统“。 1 2 2 国内研究概况 我国发展智能公共交通的基础较差。因此理论研究虽在进行，但相应技 术却得不到推广。智能公共交通研究多限于对系统模式的探讨和硬件设备的 选择，在信息采集、传输、处理和输出显示等方面缺乏系统研究。 1 理论研究方面 同济大学陈继军结合上海市公交动态调度系统研究，对调度理论和调度 系统设计进行了详细研究”“；吉林的杨兆升对智能公交系统框架做了一定研 究“；东南大学杨新苗等提出了基于准实时信息的公交调度优化系统，提出 了公交调度峰值曲线的优化方法“；同济大学的杨晓光在研究了国外智能运 输系统的基础上提出了构筑适应于中国先进的公交优先结构体系的一些见解 “；北方交通大学结合北京公交i t s 示范工程对公交智能调度平台专家系统 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 设计与丌发、区域调度运营组织与调度体制以及调度优化等做了重点研究 。”3 ；北京航空航天大学张飞舟对公交车辆智能调度及相关技术进行了研 究，提出了运用遗传算法和混合遗传算法优化车辆调度的方法o 。北方交通 大学i t s 研究中心黄溅华等人对公共交通实时调度进行了深入研究，针对放 车调度问题提出了优化模型。”o ”o 。 2 技术应用 北京是我国系统地进行公交运营调度系统研究和建设的重要城市。1 9 9 8 年3 月北京市公交总公司决定开展“北京市公交总公司智能化调度系统总体 方案设计及示范工程”项目，这是我国第一个综合性公交i t s 项目。系统建 成后，在总公司调度指挥中心屏幕上能监视线路上公交车辆运营的动态情况， 并通过综合业务通信网实现总公司、分公司和区域调度中心的实时通信，区 域调度中心能对运营车辆进行实时监控指挥。北京市公交智能化调度系统总 体结构拟包括7 个子系统：计算机网络子系统、通讯子系统、g p s 子系统、 调度平台子系统、大屏幕显示子系统、电子站牌子系统和会议电视子系统o 。 上海市1 9 9 9 年第一条应用g p s 技术进行调度管理的公交线路一9 8 1 路在 浦东投入运行。该系统选择了无线通讯技术来传送定位信息，其车载设备用 液晶显示和语音提示相结合的方式提示驾驶员，有利于驾驶员安全驾驶。该 系统的监视软件提供了行驶速度预警，预测车辆到达站点时间，并且具有较 为完善的电子地图显示功能o 。 杭州市是我国第一个将g p s 定位技术应用到公交车辆调度管理中的城 市。系统具备一定的车辆监控、管理和查询功能。但是系统目前只在杭州市 部分公交线路上应用，而且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指令。“。 除此之外，长春市、重庆市、西安等市分别在“公共交通管理信息系统”、 “公共汽车微机调度管理系统”等方面作了一些有益的尝试。 综上所述，国外对于计算机编制公交行车时刻表的问题已经有了非常深 入的研究，同时也取得了很多成果和经验并应用于实际，收到良好的效果。 国内在借鉴国外研究成果的同时更要结合我国公交的实际情况，考虑到国内 公交在客流量、管理手段、道路情况等条件与国外的不同，研究适合我国特 点的智能公交调度系统。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 1 3 研究内容 论文研究内容共分为六部分： 1 绪论 介绍论文的选题背景，提出了本论文所要研究的具体问题，确定了论文 的结构和内容要点。 2 城市公交运营调度系统分析 对我国公交企业现有的组织结构与工作流程进行分析，在此基础上结合 我国公交运营管理特点，对我国城市公交智能调度系统应具备的基本功能及 关键技术等做了具体分析。 3 i t s 技术在公交运营信息采集中的应用研究 公交运营信息采集是公交调度工作的基础。论文在归纳人工调查常用方 法的基础上，研究了先进的公交运营信息采集技术及其应用。 4 公交行车计划优化研究与应用 对公交行车计划的编制主要是行车时刻表的编制进行了研究，并结合成 都市公交1 6 路进行了应用分析。 5 基于实时信息的公交运营动态调度研究 针对公交运营过程中可能出现的因外部环境影响，造成公交行车间隔严 重不均匀的情况，重点研究了公交运营动态调度，并给出实用的算法。 6 结论与展望 针对全文工作进行了总结，并指出今后工作的重点和将要进一步研究的 问题。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章城市公交运营调度系统分析 公其交通企业是在城市中经营公共交通的单位。公交企业为了满足各种 不同的活动要求，需要进行一系列的运输组织工作，即运营调度工作。运营 调度是公交企业的核心工作，企业的经营方针、经营目标通过运营调度来实 现。因此运营调度系统直接关系到企业的服务质量、经济效益和财务成本。 本章主要对我国公交企业现有的运营组织结构与工作流程进行分析，在 此基础上结合我国公交运营管理特点，对我国城市公交智能调度系统应具备 的基本功能及关键技术等做了具体分析，提出了系统体系结构框架井对系统 的实旖做了进一步研究。 2 1 公交运营调度系统概述 城市公交调度是在既定线网布局的基础上，根据企业的运输生产计划要 求和基本的客流变化规律编制公交行车计划，然后根据公交行车计划的规定， 结合线路现场具体情况实际调度车辆，具体实现营运生产计划目标等( 图 2 一1 ) 。公交运营调度优化属于公共交通近期规划问题。 姆厂蕊 运百f 坑计分析 图2 1 公交运罾调度工作流程 根据以上分析，可以看出公交运营调度系统的主要研究内容包括： 1 公交运营信息采集 公交运营信息采集是公交调度1 作的基础。通过对公交运营信息的采集， 可以为编制行车时刻表、执行行车计划提供可靠的依据。 2 公交行车计划编制 公交行车计划编制又可分为公交行车时刻表编制、公交车辆配置、劳动 配班三部分， ( 1 ) 行车时刻表编制 ( 1 ) 行车时划表编制 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 根据客流规律、线路的运行条件、企业的运输能力和公共汽车企业的社 会效益、经济效益的指标要求编制出为乘客服务的行车时刻表。 ( 2 ) 车辆计划 车辆计划确定了满足客流量情况所需的配备的车辆数以及各车辆在全天 的运营情况，即每一车辆何时出场，承运那些车次，何时回场等等。 ( 3 ) 配班计划 班组计划确定了完成全天客运量任务所需配备的班组数，以及各班组的工 作任务，包括何时上班，承运哪些车次，何时就餐，何时下班等等。 3 公交动态调度策略 调度人员通过对线路运行状态的监控和现场实时、合理的调度指挥，保持 运行生产的稳定性，保证公交企业均衡地完成客运任务和各项经济、技术和 服务指标。 4 公交运营统计分析。 调度工作结束后，根据实际运营数据，计算分时段的各种运营指标，如发 车次数，正点率，全同车次兑现率，大间隔次数等，对公交运营调度效果进 行评价。 2 2 公交运营调度系统组织结构 我国城市公交运营调度系统一般根据企业规模的大小，采用三级或四级 调度的组织形式。根据对成都市公交公司的调查，成都市公交总公司采取四 级调度组织形式，由总公司、分公司、车队、线路调度四级组成。 总公司下辖十个营运分公司，即一、四营运分公司、与香港m p i 公司合作 组建的成都运兴公交有限责任公司、与澳大利亚拜斯科公司合作组建由集团 公司控股的成都巴士公交有限责任公司、与交通系统合作跨地区组建的并由 集团公司控股的成都郫县巴士公交有限责任公司、在温江区成立的成都温江 光华巴士公交有限公司、在龙泉驿区成立的成都公交集团龙泉巴士公交有限 公司、股份制公司成都星辰实业公司、参股组建的新都东方公共交通有限公 司、出租汽车公司。成都市公交运营调度系统组织结构如图2 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 图2 2 成都市公交运营调度系统组织结构 2 2 1 总公司 总公司主要工作为： 1 负责全市各种客流调查的组织实旖和资料的整理分析工作，定期汇总各 区域、各线路的客流动态资料，用以指导各线路运营调度组织工作。 2 拟定行车时刻表的编制程序，提出运营组织方案，审核分公司彳亍车时刻 表、汇总表和重点线路行车时刻表。 3 掌握分公司线路的运营状态和有关指标的完成情况，发现问题立即纠正。 遇有运营重大问题时，有权指挥各场各线路的调度人员，指导线路运营工作。 4 全市性重大活动时，负责拟定全市各线路的行车组织方案。 2 2 2 分公司 各分公司主要工作为： 1 负责定期组织所辖线路的公众客流调查，整理公司下辖各线路主要时组 的客流资料( 如早、晚，高、低峰主要时组的客流资料) ，为拟定行车时刻 表编制要求提出依据。 西南交通大学硕士研究生学位论文第10 页 2 依据客流资料，均衡分公司各线路运输能力，编制所辖线路行车时刻表， 确定行车调度措旎。如行车时刻表由线路一级编制，分公司调度须提出行车 时刻表的编制要求和有关指标控制数并负责审批。 3 。了解和听取各线路运营情况汇报，有权指挥分公司各线路调度工作。分 公司所辖线路临时性改道、断线等重大调度措施待上级批准后执行。 2 2 3 车队 车队是公交调度工作的基层单位，下设线路调度员、统计员、技管员、 人劳员等多个岗位，分别负责车辆、司机、售票员的管理，共同组织实施公 交运营调度工作，并向分公司定期汇报公交运营情况。 1 人劳员 人劳员主要工作为： ( 1 ) 负责司机与售票员的服务质量管理： ( 2 ) 负责司机与售票员的安全教育； ( 3 ) 负责车队系统工作人员的工作安排，编制劳动配班计划。 2 技管员 技管员主要工作为： ( 1 ) 负责车辆的建档与档案管理： ( 2 ) 负责车辆的日常使用、维修保养和指标管理； ( 3 ) 负责车辆的异动管理。 3 线路调度员 调度员每条线路设置两名，首末站各一名，调度员的主要工作为： ( 1 ) 根据行车时刻表和现场情况，制定第二天的行车计划； ( 2 ) 登记路单与调度日志，督促按时发车。 线路调度员使用的主要表单如2 一l 所示。 表2 1 调度员表单 编号名称来源方式备注 l 行车时刻表分公司手： 2 劳动配班表人劳员 手工 3 车辆计划表技管员 手_ j ： 主站调度员签发，副站调度员填写 4 路单调度员手工 后，由司机带回。 5 调度日志调度员手t ：每条线路一条 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 ( 4 ) 统计员 a 根据昨同路单、票单统计车组运营情况， 里、燃油消耗等指标，输入计算机； b 。根据昨日路单、票单统计班组运营情况， 里、票款收入等指标，输入计算机。 统计员使用的主要表单如2 2 所示。 表2 2 统计员表单 包括车组行车次数、行车公 包括班组行车次数、行车公 编号名称 来源去向方式备注 l 路单调度员手1 i来源 原始 2 票单售票员手t 来源 表单 3 车组油耗 技管员手1 二来源 4生成 车组运营统计表车队计算机去向 5 表单 班组运营统计表车队计算机去向 2 3 成都市公交运营调度现状分析 2 3 1 公交基础设施现状 1 公交车辆 成都市的公交营运车辆在九十年代初期发展较快，随后进入平缓的增长 时期，万人拥有公交为8 标台万人左右。近几年公交集团公司加大了公交设 旎的投资力度，过去两年的车辆的增长数就超过了以往营运车辆的总和。截 至到2 0 0 2 年9 月，成都市城区营运车辆总数2 8 3 4 辆，折合标台数2 8 6 2 辆， 按城区常住人口2 6 0 万计算，万人拥有标台数为1 1 0 标台，略高于全国平均 水平( 图2 3 ，图2 4 ) 。目前的公交车辆基本为大巴，仅有少量的中巴运行。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 圈2 3 成都市公交车辆增长情况( 标台) 图2 4 万人标台数增长情况( 标台万人) 2 公交场站 成都公交各类场站共综合用地3 1 8 6 2 5 3 8 4 平方米，其中首末站2 4 处， 实际的用地面积只有1 7 4 9 3 4 。3 2 平方米；停车面积11 2 2 7 5 9 6 平方米；保养 场2 处，面积1 7 5 4 9 1 0 4 平方米。目前公交集团公司在建和待建的公交场站 1 9 个，约1 6 万平方米，可停放车辆1 6 0 0 余辆。 当前用地不足是公交场站方面存在的最大问题( 表2 3 ) 。依据城市公 共交通站、场、厂设计规范和城市道路交通规划设计规范，首末站场规 划用地9 0 1 0 0 平方米标台，停车场规划用地1 5 0 2 5 0 平方米标台、保养 场规划用地2 0 0 平方米标台。实际综合用地只占到标准用地的3 8 3 ，目前， 首末站场用地缺口较大，只占规划指标的3 8 o 。尽管公交集团公司外租大 量用地来解决场地不足的问题，但仍有3 0 9 6 的营运车辆处于场外或路外停车 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 状态。公交场站用地不足不仅给公交运营调度、车辆保养带来了困难，也影 响了道路交通的正常运转。 表2 3 公交酋末站、停车场、保养场、修理场实际用地与需求对比 部颁标准用地( 平方米)实际用地( 平方米)用地缺口( 平方米) 首末站总面积 2 7 0 0 0 0 3 0 0 0 0 01 7 4 9 3 4 3 2 9 5 0 6 5 2 3 1 2 5 0 6 5 2 3 首末站净面积2 7 0 0 0 0 3 0 0 0 0 01 1 4 0 9 7 8 31 5 5 9 0 2 1 7 1 8 5 9 0 2 1 7 停车场站总面积 4 5 0 0 0 01 1 2 2 7 5 9 63 3 7 7 2 4 ，0 4 停车场站净面积 4 5 0 0 0 06 8 4 5 8 6 9 83 8 1 5 4 1 3 0 2 保养场站总面积 2 6 8 8 0 1 7 5 4 9 。1 0 4 9 3 3 0 。8 9 6 保养场站净面积2 6 8 8 0 修理厂站总面积 7 5 0 0 01 3 8 6 66 1 1 3 4 修理厂站净面积 7 5 0 0 0 3 公交线路及运营 截至2 0 0 2 年1 1 月，城区共开设公交线路1 4 8 条，其中市区线路1 2 3 条， 其中运营的线路有1 1 6 条，线路平均长度1 5 6 i 【i n 。每日服务里程达4 0 万公 里以上，平均每日载客量达1 9 0 万人次日( 图2 5 ) 。 城区的公交线路主要由成都市公交集团及一小部分民营公司运营：公 交集团公司1 3 7 条，辰运、天运公交公司6 条，中巴公司5 条。 圈2 5 公交年客运量发展( 亿人次年) 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 2 3 2 公交运营服务水平分析 1 公交分担率低，发展缓慢 根据对2 0 0 4 年的公交客流调查，公交分担率为1 5 2 ，日平均载客量 1 9 3 4 万人次，与2 0 0 3 年相比，客运量有所下降，反映出目前的公交服务水平 还难以满足居民的出行需求，部分居民由公交出行转移到电动自行车和小汽 车等方式。 2 线网密度及覆盖率有待进一步提高 成都市公交线网密度呈现“中密边疏”的情况，二环路以外较二环以内 线网密度低，与国家规范要求还存在较大差距( 图2 6 ) 。 图2 6 不同区域的公交线网密度 3 公交运营速度有待提高 公交平均运营速度在1 4 k m h 左右( 图2 7 ) ，反映成都市交通状况较为拥挤 应加强公交专用道、公交优先信号的应用。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第15 页 图2 7 公交平均运行速度 4 公交科技含量不高，运行效率低 由于缺乏对公交客流的科学预测和高效、统一的公交运营指挥调度系统， 导致公共交通线路运行效率低，公交延误较大。根据统计，成都市公交运行 准点率在6 0 左右，与发达国家尚有比较大的差距。 2 4 关于我国发展智能公交调度系统的探讨 智能公交调度系统是智能公共交通系统的核心子系统。它是在对公交车 辆实时调度理论和方法研究的基础上，综合运用通信、信息、控制、计算机 网络、g p s g i s 等现代高新技术，根据实时的客流信息、车辆位置信息、交通 状态信息等，通过对公交车辆的实时监控、调度指挥，实现对公交车辆的智 能化管理，从而使公交车辆高效、平稳运行，保证公交系统总体服务水平。 2 4 1 智能公交调度系统总体设计的技术路线 公交智能调度系统总体设计的技术路线如图2 8 所示。总体设计的技术路 线是：从公交目前存在问题出发，考虑i t s 解决这些问题的方法，并从信息流 程的角度将其分为信息采集、信息传输、信息处理与输出等技术手段。信息 采集内容包括车辆的定位导航信息、乘客流量信息、交通状况信息等，这些 信息通过通信网产生合理的车辆运营调度方案，提供给调度中心调度员和管 理人员，并将车辆实时运行状态及路况信息提供给车辆驾驶员和乘客”3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 交 t t s 研 究 内 容 蒸蒸恻嚣引刮鼍竺黧= 萋孺嚣悸纠鎏燃 _ 剥一显票 设| 各设 备 a v l 设备 各种传感器 摄像设备等 g i s ，m l s 开 发的相关软件 设| 备 电子站牌 多媒体 电话热线 互联阿 图2 8 智能公交调度系统总体设计的技术路线 2 4 2 智能公交调度系统功能分析 智能公交调度系统具体实现如下功能： 1 数据自动采集功能 自动统计每个车站上下车乘客的数量，与此同时还记录辅助数据用于识 别特定的车站、行驶位置和时间等。这些数据可通过路边设备和无线通讯设 备传送至区域中心设备，进而传送至调度控制中心。运营数据和客流数据在 调度中心进行处理，然后作为改进行车时刻表和制定业务规则的支持数据。 2 运营车辆监视功能 通过车辆自动定位、实时数据采集、通信和电子显示等技术的应用，实 现调度中心对公交运营车辆、公交枫动车辆的动态监视，使调度指挥中心和 场站调度人员能及时掌握运营车辆的沿途动态数据，为调度方案的制定提供 依据。 3 运营调度优化功能 在掌握一定信息的情况下，做出相对实时的客流预测，并在辅助调度决 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 策系统的协助下实时优化运营调度方案，包括行车时刻表的编制和司售人员 的配班表等，从而增强对运营状况指挥的应变能力。 4 事故处理、紧急救援功能 它是系统为维护运营安全而设置的又一项功能。当公交车辆在运营过程 中发生故障、交通事故等情况时，司机应能及时通过紧急呼叫与指挥中心取 得联系，指挥中心可根据预案对紧急情况进行相应处理。 5 信息服务功能 该功能是为了提高公交出行者出行的便利性和高效性。通过线路站牌对 运营车辆有关信息的显示，使乘客随时掌握下一个车次的位置、候车时间、 车上乘客人数等信息，以此提高公交的工作效率和社会服务水平。 2 4 1 3 智能公交调度系统结构框架 智能公交调度系统是一项涉及众多组织协调合作，共同研究开发、实时 调控的综合调度系统。系统的结构框架决定了智能调度系统的技术应用和相 关信息需求。智能公交调度系统的结构框架如图2 9 所示。 信息采集系统 信息服务系统 公交车辆 信息传输系统 电子站牌 运行状态信息 无线传输 八h l t e m e t 网络 i h v 公交客流信息 有线传输 f 电话热线 交通状况信息 z、 多媒体终端 l - l 行车计划编制i 信捅i 核心部分j 一公变实时调度j 处指1 1 莲曾统计分毛 r 理挥 一一一财务管理 系中 统心一j 扩展部分| j 人事管理 安全管理 图2 9 智能公交调度系统结构框架 西南交通大学硕士研究生学位论文第18 页 智能公交调度系统由信息采集系统、信息传输系统、信息处理系统( 调 度指挥中心) 、信息服务系统四部分构成“。7 “2 ”啪瑚1 。 1 信息采集系统 城市公共交通是随客流、道路条件、公交运行状念等不断变化的随机服 务系统，如果信息不灵或反馈不及时，调度人员就无法进行有效的指挥调度。 高效的管理是建立在强大的公交信息采集系统之上的，对于非实时的基础信 息，主要通过资料整理录入；而实时信息必须借助发达的技术设备进行采集 。“。公交运营相关的主要信息如图2 一l o 所示。 图2 一1 0 公交运营调度相关信息 2 信息传输系统 信息传输系统是智能公交调度系统的中枢神经，主要进行语音传输、数 据传输和图像传输。总公司、各运营分公司及区域调度之间调度数据传输及 公交运营调度相关信息一 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 通信联络采用固定传输方式，在保证安全前提下传输媒质既可采用有线也可 采用无线方式。区域调度及对运营车辆的调度采用移动通讯方式，其传输媒 质采用无线方式。 3 信息处理系统( 调度指挥中心) 信息处理系统是本文的主要研究对象。系统分为两大部分：( 1 ) 直接服 务于运营调度管理豹核心部分( 2 ) 间接服务于运营调度管理的扩展部分。 核心部分主要研究如何利用其他子系统提供的数据，根据经验性的规则 和数学模型，对公交车辆进行合理的运营调度。核心部分由公交行车计划编 制，公交实时调度，公交运营统计分析三部分构成。 间接服务于运营调度管理的扩展部分由与运营相关的企业财务、人事、 安全等职能部门的专用子系统组成。在系统中这些部门与运营部门联系的主 要体现是运营基础数据之间的联系。各予系统以运营生产为中心，共同服务 于运营生产。 4 信息服务系统 信息服务系统根据公交出行者的出行信息需求，采集与出行相关的交通 运行信息，公交运营信息，公交实时调度信息以及天气信息等，利用合理的 信息发布方式，使公交出行者获得实时、准确、可靠的信息，方便出行者做 出出行规划，确定是否出行以及出行的方式、出行时间、出行路线等。信息 服务的提供方式主要包括电子站牌、i n t e r n e t 网络、电话热线查询、多媒体 查询等。 2 4 4 智能公交调度系统的组织结构与运作 智能公交调度系统组织结构如图2 1 1 所示，由总调度中心、分调度中心 两级组成。智能公交调度系统的应用将引起公交企业运行管理组织模式的变 化，强化区域运行组织与调度功能，加强总公司对突发事件的应变能力。区 域调度的核心是改变目前人、车固定配属某线，实现区域调度所辖人、车面 向其所辖线路的统一调配使用。从管理角度看，这是一种扁平结构，是指在 管理规模己定、管理幅度较大、管理层次较少的一种组织形态。这种形态的 优点是：由于层次少，信息的传递速度快，从而使高层尽快地发现信息所反 应的问题，并及时地采取纠偏措施；同时由于信息传递经过的层次少，传递 过程的失真的可能性也较小；此外由于此结构属集中分散型便于控制管理， 特别是可充分发挥区域调度的功能”。 智能公交调度系统组织机构与运作形式如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 1 由四级调度改为二级调度。二级调度分为总公司调度、区域调度( 分公 司调度) 。第一级调度为总公司调度，第二级调度为区域调度( 分公司调度) 。 在一个分公司内，根据通讯设备的传输和车辆人员管理规模的限制，以1 0 0 3 0 0 辆车组成若干个区域调度。 2 由以线路调度为核心改为以区域调度为核心。线路调度员改为线路监管 员，作为区域调度在首站的代表，执行区域调度有关首站调度命令。车辆离 开首站后由区域调度员对车辆进行监督控制，线路调度员不再行使对发出车 站车辆的调度职责。 3 公交行车计划由区域调度编制，车队线路监管员提前两天汇报车辆运营 状况、司售人员状况。区域调度员根据车队线路监管员提供的情况及来自保 养公司的车辆运用信息，提前一天下达公交行车计划。 总公司总调度中心 7 、- 一 肼圈f 图2 1 1 智麓公交调度系统组织结构 4 调度命令发布方式 ( 1 ) 总调度中心的调度命令一般情况下，经有线通信网传输到分调度中心， 区域调度台确认后经移动通信网，发到需调度的车辆。发布调度命令的方式， 一是以短信发出；二是通过无线电话以语音方式下达。特殊情况下，调度命 令可通过无线调度方式，经移动通信网，直接发送到需调度的车辆。 总调中心还应通过有线通信网与交通管控中心直接相连，根据交通管控 制中心提供的实时交通数据，信号配时方案以及公交运行实时信息等，预测 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 1 页 公交车辆站点间的运行时间，并将相关信息显示在电子站牌上。同时，通过 多种媒体向出行者提供出行前和在途公交信息。 ( 2 ) 分调度中心通过有线通信网与总调度中心实时交换信息。区域调度台 从分公司调度中心服务器接收实时信息后，处理后发送调度命令传送到分调 度中心服务器，经移动通信网，发送到需调度的车辆。发布调度命令的方式 同样包括短信息和无线电话两种方式。 ( 3 ) 公交车辆内安装有车辆定位设备和双向通讯设备，能够实现车辆自动 定位，并将定位信息发送至总调度中心，并通过有线传输系统转发给分公司 调度室，使其能够实现监测车辆的运行状况，并通过无线方式对车辆进行实 时调度。车辆在行驶过程中遇到交通事故、车辆故障等情况时，司乘人员可 通过车载设备向总调中心或分调度中心发出相应信息，调度中心则会根据情 况及时调整调度方案。 公交车辆内还可设有电子收费、乘客计数、电子公告扳等装置，实现乘 车服务的自动化和信息化，同时利于公交公司统计客流情况，为行车时刻表 的编制提供可靠数据。 2 4 ，5 智能公交调度系统实施的关键技术 1 车辆自动定位技术 车辆自动定位技术是基于计算机的车辆追踪技术，通过这一技术计算获 得车辆的位置、车速、状态以及车头间距等车辆运营信息。常用的车辆自动 定位技术有以下两种： ( 1 ) 路标技术 路标技术是利用线路沿线设置的信标( 电子接收装置) 和公交车辆上的 车载接收发送设备之间的信息交换，实现车辆自动定位。信息交换的方法主 要有两种：一种是信标将自身的信号传送给车辆，车辆通过车载计算机计算 方位，并将信息传送给管理中心：另一种方式是每一辆车都有其专用的i d 标 号，当其经过信标时，车辆将自身信息发给路边的信标。信标将信息发送给 管理中心。路标技术对车辆位置信息的检测是非实时的( 具有时段性) ，同 时系统设备相对固定，安装、维护费用巨大。 ( 2 ) g p s 技术 g p s 技术是当前最常用的车辆定位技术。装有g p s 接收装置的车辆，读取3 颗或以上卫星发送的信号，车辆的位置由此可以计算出来，然后将计算出来 的位置传送到调度中心，由调度中心做进步的处理。g p s 技术可以实时检测 西南交通大学硕士研究生学位论文 第2 2 页 车辆的位置信息，检测精度极高，但也存在费用较高的问题。 车辆自动定位技术的发展方向是g p s 技术。以美国为例，1 9 9 4 年前美国公 交广泛采用基于路标的定位技术，但到1 9 9 6 年，8 3 3 的公交车辆自动定位 系统项目选择了g p s 技术。 2 无线通信技术” 无线通信技术是实现车辆与各级调度之间数据交换的基础，它是智能调 度系统中最基本的技术之一。目前较为常用的无线通信平台包括： ( 1 ) 公用g s m 通信 g s m 系统作为国家公众移动通信平台，经过多年的持续建设，具有非常广 阔的覆盖范围，全国主要区县和交通路网系统都在覆盖范围之内，是目前我 国除卫星通信以外盲区最小的移动通信系统。g s m 提供的短消息服务可以进行 数据传输，为智能车辆调度管理系统的数据通信提供可靠的通信手段。 ( 2 ) 模拟集群网 模拟集群网工作于国家划定的专用频段，原来主要为公安、铁路等部门 提供专门服务，现在也开始提供一些公众业务。它本身不支持数字业务，不 能直接进行数据通信，要进行一定的改造才能传输数据。另外由于受到信道 数量与传输速率的限制，监控容量有限，但对于有些特定要求的用户来说， 它有独特的特点：响应速度快、能建立单呼、组呼、群呼、费用低廉。 ( 3 ) 数字集群网 数字集群网是模拟集群网的发展，它不使用模拟集群网的电路交换方式， 而是采用分组交换方式，能够支持无线数据传输。但在我国使用面积较小， 国家还没有制定相应标准，所以还没有广泛应用。 ( 4 ) g