時間：2023-03-13 11:26:35
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GPS電子站牌現(xiàn)身上海
“車輛轉(zhuǎn)彎，請注意拉好扶手”，每天，這樣的提示語音都會在申城的公交車上響起。不過，在123路公交線路上，類似的提示語言已經(jīng)與高科技的GPS系統(tǒng)掛上了鉤。“語音提示過去都是司機(jī)人工按按鈕操作的，現(xiàn)在，每個轉(zhuǎn)彎地點的地理信息都被記錄下來，車輛臨近這個轉(zhuǎn)彎點時，借助GPS定位系統(tǒng)，車輛自動判斷地理位置，自動發(fā)出相應(yīng)的提示。司機(jī)不用再關(guān)心駕駛之外的事情”，上海巴士俊友信息系統(tǒng)工程有限公司虞桂明高級工程師告訴記者。這家公司為巴士集團(tuán)下屬子公司，專職為巴士集團(tuán)下屬車隊提供系統(tǒng)整合。
高科技的手段已經(jīng)陸續(xù)應(yīng)用到巴士集團(tuán)下屬的各條公交線路上。在這些公交車上，安裝的設(shè)備包括行車自動記錄儀、GPS系統(tǒng)、GSM通信系統(tǒng)，此外，投幣箱還配備64位技術(shù)的光刻鑰匙。
社會效益: 既服務(wù)又管理
提高社會效益，是公交系統(tǒng)努力的工作方向。落實到一輛公交車的運(yùn)營實際中，保障行車安全，提供行車信息，準(zhǔn)點運(yùn)營，高峰時刻提高運(yùn)能，是對公交線路的社會服務(wù)要求。但服務(wù)無止境，如何才能這四點做到實處，并非容易的事情。比如保證行車安全，但總有不守規(guī)矩的司機(jī)存在超速，或者不按規(guī)則上、下客的現(xiàn)象。
但在整合了上述的三大設(shè)備之后，公交車的行車安全就有了可查之據(jù)。“行車記錄儀，可以準(zhǔn)確地記錄下每個時點的車輛行駛數(shù)據(jù)，車門的開關(guān)狀態(tài)，再依靠GSM通信系統(tǒng)，這些數(shù)據(jù)會實時地發(fā)送回后臺系統(tǒng)。司機(jī)在進(jìn)站時，就必須在速度為零時開門，否則后臺系統(tǒng)會比照開門時間點的速度，記錄下邊滑行、邊開車門的違章事件。離站的情況則相反，必須在速度為零是關(guān)門。”如此一來，司機(jī)進(jìn)出站的行為，就被分毫不差地記錄到后臺服務(wù)器中，自然提高了車輛行駛的安全性。在道路行駛中，行車記錄儀會自動根據(jù)車輛行駛中的及時速度，用語音向司機(jī)發(fā)出超速等提示語言，并且讓乘客知道當(dāng)前的狀況，由乘客對其進(jìn)行實時監(jiān)督。
不僅如此，乘客們還能對于公交車到站的時間也能夠了如指掌。據(jù)介紹，巴士集團(tuán)下屬各線路的車站，正配合上海文廣集團(tuán)，建立新的電子站牌。在這種新的站牌上，乘客可以知道最近的某路公交車何時到站。方便乘客了解是否該繼續(xù)等待還是乘坐當(dāng)班的公交車，站牌背后，則是整合了網(wǎng)格技術(shù)、GPS定位技術(shù)，以及對道路狀況預(yù)估等技術(shù)，通過無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，盡可能高地提高預(yù)報的精度。同時，電子站牌自身也成為很好的廣告媒體渠道，以廣告維護(hù)系統(tǒng)，達(dá)到了經(jīng)濟(jì)和社會效益的雙重兼顧。
有了乘客的方便，公交司機(jī)也從這里受益不少。除了前面提到的自動報站的功能，行車記錄儀記錄的車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)通過GSM系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)發(fā)到后臺系統(tǒng)中，也為司機(jī)在面臨交通事故等非常狀態(tài)時，提供了可靠而有效的證據(jù)，為司機(jī)避免法律糾紛提供了一種途徑。
事實上，公交車輛的智能化給司機(jī)帶來的好處還有更多。例如，公交車輛在進(jìn)行安裝車載電視、音響設(shè)備等改裝之后，耗電量已經(jīng)超過了原先的設(shè)計，一旦發(fā)生電流過載現(xiàn)象，后果不堪設(shè)想。這成了影響車輛安全的一大新隱患。有了行車記錄儀，車輛工作中的電流情況等數(shù)據(jù)同樣會被發(fā)回后臺系統(tǒng)，便于監(jiān)督車輛在電路上的異常情況，爭取做到早發(fā)現(xiàn)、早解決。
經(jīng)濟(jì)效益: 節(jié)省每一分錢
說到經(jīng)濟(jì)效益，普通乘客或許無法體會到今天公交系統(tǒng)運(yùn)營的成本壓力。“油價在不斷上漲，公交線路即使空駛也要保證出車，巴士集團(tuán)自身又是上市公司，這些壓力對于巴士集團(tuán)來說，都是繞不過的坎”，虞桂明說到。
不過，在信息化技術(shù)不斷整合、普及之后，“光是減少車輛空駛距離，就為車隊省下了很大的開支”。
過去，公交車的運(yùn)行線路是從停車場到線路的始發(fā)站，然后開始一天的運(yùn)營。但有了信息系統(tǒng)之后，巴士集團(tuán)的公交車輛可以從這條線路的任一中途站點進(jìn)入運(yùn)行，不必到始發(fā)站等待排班。不僅如此，各條線路的車輛還可以機(jī)動靈活地調(diào)入高峰線路，提高高峰線路的運(yùn)能，提高社會服務(wù)質(zhì)量。而司機(jī)在換線路時，只需要刷卡，就可以調(diào)整路線，車輛自身的系統(tǒng)就會自動將頭、腰、尾部的顯示牌換成新的線路，連途中的提示語音也同步更換，真正做到了“隨需應(yīng)變”。
由自由調(diào)配車輛這一優(yōu)勢出發(fā)，又為整個巴士集團(tuán)省下了很大一筆備用車輛費(fèi)用。巴士集團(tuán)總計有7000余輛公交車，在上這套智能化系統(tǒng)之前，為了保證重點線路在高峰時段的運(yùn)力，每個分公司總要保證一定量的備用車輛，比例一般在10%左右。按照這個算法，整個巴士集團(tuán)要預(yù)備多達(dá)700輛備用車。這些車輛的使用頻率相對較低。在過去成本控制不嚴(yán)格、公交車成本較低的情況下，備份車輛消耗大量成本的問題并不嚴(yán)重。但是，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，公交車檔次不斷提高，每輛車的成本也上升到70～80萬。如果繼續(xù)保持原有數(shù)量的備用車，毫無疑問，這對巴士集團(tuán)而言，資金占用是非常嚴(yán)重的。但有了系統(tǒng)之后，每個分公司保留的備用車輛大大減少，原來的備用車可以放心投入到運(yùn)輸中去，一去一來，省下的采購、維護(hù)費(fèi)用達(dá)到了上億元之多。
不僅調(diào)度節(jié)省開支，有了GPS等系統(tǒng)的支持，對于各分公司領(lǐng)導(dǎo)擅自調(diào)用車輛用于私用的事情，也從根本上得到了治理。比如車輛只要沒有在規(guī)定線路上行駛，都會被視為異常情況，會被事后進(jìn)行調(diào)查: 到底是道路問題而臨時改道，還是公車私用。而在加油方面，由于加油卡與系統(tǒng)進(jìn)行了信息整合，每輛車輛究竟加了多少油，是否有異常情況，都能被后臺系統(tǒng)直接發(fā)現(xiàn)。
公交車上還有一把可靠的“鑰匙”――64位光刻鑰匙。別小看這把鑰匙，由于其具有唯一的特性，每個投幣箱的開啟，只能由這把全世界惟一的光刻鑰匙開啟，同樣的鑰匙只有三把，分別由該線路的乘務(wù)員、巴士俊友和集團(tuán)三個地方保管。其他人無法打開投幣箱，從源頭上堵住了被偷竊的可能，又能跟蹤到人。究竟是誰，在什么時間開啟票箱的，一目了然。
未來任務(wù): 智能化調(diào)度
“法國一家有1400輛公交車的公交公司，內(nèi)外勤人員總計在3000多人，而巴士集團(tuán)7000輛車，卻有60000多人。兩兩相比較，我們就能看出巴士集團(tuán)還有很大的潛力可以挖掘”，虞桂明說到。
巴士集團(tuán)下一步挖掘的空間就在調(diào)度工作上。調(diào)度是節(jié)省成本的重要手段。當(dāng)前，上海的公交線路依然主要依靠調(diào)度人員的人工排班，而且每條線路都是雙邊調(diào)度，即在公交線路的兩端設(shè)立調(diào)度員。這種制度的缺陷是，雖然能夠保證進(jìn)出兩個終點站的時間符合間隔要求，但對于中途各個站點是否按要求均勻到達(dá)，并不能保證。此外，兩頭調(diào)度缺少全局性，實際運(yùn)行中，同一線路的公交車可能存在車輛集中在上行線，或者下行線。最后又積壓在一個終點站，駕駛員又面臨很長的等待時間，用在駕駛上的時間并不多。這些細(xì)節(jié)都是導(dǎo)致企業(yè)成本高昂，需要改進(jìn)的地方。
為此，巴士集團(tuán)采用了智能化的手段來收集與調(diào)度有關(guān)的相關(guān)信息，例如每輛公交車的行駛速度，何時到達(dá)某站，歷史上各個時段的擁堵情況，下雨與否等等。這些信息綜合在一起，采用“基于基因的算法”，調(diào)度系統(tǒng)就能將調(diào)度員的經(jīng)驗“學(xué)習(xí)”到，并自動化排班。“這套系統(tǒng)能夠保證頭天出第二天的排班表，與調(diào)度員的經(jīng)驗排班相比，更精確，也更符合實際情況。系統(tǒng)排班的好處是減少了駕駛員和調(diào)度人員填表格時間，特別是在有些線路的高峰時段，每分鐘都要發(fā)車，這樣節(jié)省下來的時間就非常可觀，”虞桂明說。據(jù)統(tǒng)計，過去每輛公交車在終點站的等待時間為25分鐘，而現(xiàn)在下降到10到15分鐘。在不增加成本的情況下，提高了車輛利用效率。
政府力推公交全“氣”化
保定市如此大批量的采購LNG公交車，對整個城市公共交通建設(shè)的重視力度是非同一般的。談到保定市一次性更新689部液化天然氣公交車的大單，保定公交總公司總經(jīng)理楊冬梅自豪地說：“在全國同級別的城市中，如此大規(guī)模投放和使用LNG公交車項目是史無前例。這是市政府響應(yīng)國家‘節(jié)能減排’號召，為打造低碳、宜居、善美的城市形象而做出的重要惠民工程。”公共交通關(guān)系到國計民生和城市形象，涉及到環(huán)保、交通暢通等方方面面，但原有的老舊城市公交車尾氣污染非常嚴(yán)重。2010年8月，保定市被列為全國8個低碳試點城市之一，保定公交也迎來了新的發(fā)展機(jī)遇期，淘汰污染嚴(yán)重的柴油車勢在必行。
談及天然氣公交車成為首選的原因，楊冬梅指出：“使用LNG公交車對保定建設(shè)低碳城市及環(huán)首都綠色經(jīng)濟(jì)圈意義重大。在當(dāng)前國際石油日趨緊張和國內(nèi)成品油價不斷攀升及環(huán)保壓力下，發(fā)展天然氣車已成為全球汽車行業(yè)的趨勢；而我國LNG技術(shù)較為成熟，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于城市公交領(lǐng)域，具有更環(huán)保、更經(jīng)濟(jì)、更安全可靠等優(yōu)勢。”
在今年3月召開的保定市第四十四次常務(wù)會上，市政府通過了《保定市城市公交、長途客運(yùn)車輛推廣使用液化天然氣實施方案》，與中石油昆侖能源有限公司簽署“三位一體、氣化保定”戰(zhàn)略合作框架協(xié)議，計劃于今年底前，將保定市區(qū)689輛非燃?xì)廛囕v全部更新為更安全、環(huán)保的LNG空調(diào)車。保定市政府專門成立“油改氣”領(lǐng)導(dǎo)小組，全力支持保定公交包括資金、氣源、建站等方方面面工作。
“得益于市委市政府的領(lǐng)導(dǎo)，保定公交公司將充分發(fā)揮大公交優(yōu)勢，緩解日益嚴(yán)重的交通擁堵，用更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)回報社會，提高保定百姓的幸福生活指數(shù)和城市形象。”楊冬梅信心滿滿地說道。
全市配備高檔、智能化LNG公交車
在車型配置和選購方面，保定公交總公司進(jìn)行了大量的前期研究工作。在資金落實后，由保定市發(fā)改委牽頭，市監(jiān)察局、檢察院、國資委、財政局、交通局等相關(guān)部門全程參與并監(jiān)督，舉辦全國性的招投標(biāo)工作。在眾多具有國家資質(zhì)的客運(yùn)車生產(chǎn)廠家中，丹東黃海廠獲得391輛10米車型的生產(chǎn)權(quán)。新車的置換，讓成立近50年的保定公交總公司煥發(fā)了新的生機(jī)。據(jù)了解，這批黃海LNG公交車是根據(jù)保定的車輛使用環(huán)境、乘車習(xí)慣、高峰路況等多種因素進(jìn)行了因地制宜的設(shè)計，對于保定公交的快速發(fā)展起到了很好的助力作用。
其一，新車使用的舒適度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的柴油車。司機(jī)小王說：“原來的車沒有暖風(fēng)，在冬季早起發(fā)車時，排氣管經(jīng)常被凍得堵住，非常耗時耗力；現(xiàn)在都是空調(diào)車，冬暖夏涼，噪聲減少了，操控起來非常輕松、舒適，一天工作下來也不感覺疲勞了。”
其二，公置更高，公交調(diào)度全程智能化。公交總公司建立了智能化公交調(diào)度大廳，對車輛進(jìn)行智能動態(tài)調(diào)度和監(jiān)控指揮。每輛新車均安裝GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，實現(xiàn)全自動報站；采用了智能化儀表盤，隨時可將水溫、油壓等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計到調(diào)度中心后臺，更好地促進(jìn)信息管理和各項指標(biāo)的考核；全新的LED電子路牌，可通過遠(yuǎn)程調(diào)控自動設(shè)定或更改，解決了由于站牌亂、標(biāo)示不明，臨時改線等原因?qū)е鲁丝涂盏取⒆e車等問題。
關(guān)鍵詞：客流量；定位系統(tǒng)；電子站牌；乘客計數(shù)系統(tǒng)
中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）15-0126-02
城市公共交通是城市社會經(jīng)濟(jì)活動的動脈，是城市的主要組成部分，也是城市居民賴以生存的必要的共用基礎(chǔ)設(shè)施、迅速、高效的交通系統(tǒng)是社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有力保障。
本文通過建立公交乘客信息系統(tǒng)框架，研究公交電子站牌系統(tǒng)和公交乘客運(yùn)營系統(tǒng)之間的輔助決策機(jī)理，設(shè)計了基于電子站牌自動計數(shù)的公交最佳調(diào)度方案。同時利用現(xiàn)代化的通訊技術(shù)和信息管理技術(shù)為公交公司節(jié)省人力和物力，從而降低成本，提高工作效率。因此，基于電子站牌數(shù)據(jù)的公交調(diào)度不僅有很好的社會效益，而且會給公交企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
從20世紀(jì)90年代開始，對于公交調(diào)度的探索和研究大部分都集中在兩個方面：一方面是對調(diào)度問題優(yōu)化算法的研究；另一方面是如何應(yīng)用APTS理論及其相關(guān)技術(shù)來集成調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)公交系統(tǒng)的智能化。
在技術(shù)方面上，國外研究的主要精力集中在計算機(jī)輔助公交運(yùn)營方面，其中ITS技術(shù)支持下的公交調(diào)度系統(tǒng)最具有代表性。
與歐美國家相比，國內(nèi)公共交通事業(yè)的發(fā)展相對還比較落后，總體應(yīng)用水平比國外低，涉及的范圍也相對較小。國內(nèi)交通存在自身的局限性，傳統(tǒng)的公共交通運(yùn)營組織主要是以線路調(diào)度為核心，是一種基于傳統(tǒng)設(shè)備和調(diào)度員經(jīng)驗的調(diào)度。目前采用智能運(yùn)輸技術(shù)解決國內(nèi)公共交通運(yùn)輸中的問題，基本還處于“構(gòu)想”和“初步試驗”的階段。
2主要研究內(nèi)容
本文旨在將通過GPS定位技術(shù)采集的車輛位置、車輛行駛路況等信息與電子站牌上乘客所指示的上下車人數(shù)以及站點狀況信息相結(jié)合，通過信息收集反饋系統(tǒng)將其反饋給公交調(diào)度公司，經(jīng)過運(yùn)營的實時統(tǒng)計以及場站樞紐的實時監(jiān)控對公交車的調(diào)度進(jìn)行實時分析，調(diào)整發(fā)車時間間隔和發(fā)車班次以滿足乘客需求。
2.1站臺乘客計數(shù)系統(tǒng)
自動乘客計數(shù)系統(tǒng)是一種應(yīng)用了單片機(jī)原理，公交客流統(tǒng)計系統(tǒng)能檢測公交車在每個站點的上下車人數(shù)，并記錄時間和車位，在統(tǒng)計調(diào)度中心，通過測量的客流基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可以方便地建立客流模型，進(jìn)行各種統(tǒng)計分析，例如在某一時間段內(nèi)對某個站點客流量進(jìn)行統(tǒng)計，對某條線路總的客流量統(tǒng)計，甚至還可以統(tǒng)計出車內(nèi)的超載情況，統(tǒng)計結(jié)果可以用多種圖表方式顯示，以便對新增的或要改動的公交線路進(jìn)行線路優(yōu)化設(shè)計，幫助制定城市公交的近期和中長期規(guī)劃。
2.2自動車輛定位系統(tǒng)
定位模塊：由定位傳感器和數(shù)據(jù)處理電路組成，以提供實時、連續(xù)的車輛位置估計，以使系統(tǒng)能夠正確分辨車輛當(dāng)前的行駛路段和正在接近的交叉路口。在該自動車輛定位系統(tǒng)中，我們綜合了全球定位系統(tǒng)的各種定位技術(shù)，期盼將現(xiàn)已有的各種車輛定位技術(shù)運(yùn)用到公交車上，以使公交站臺能提前感知公交車的到來，并且方便公交調(diào)度公司隨時掌握公交車的狀態(tài)和位置，方便管理和調(diào)度。
2.3模擬統(tǒng)計乘客數(shù)量以調(diào)整發(fā)車間隔系統(tǒng)
2.3.1公交車停靠時間分析
公交車從減速進(jìn)站到加速出站分為四個階段 ：分別為減速進(jìn)站，開關(guān)門，乘客上下車，加速離站，對應(yīng)的四個時間分別是t1，t2，t3，t4。
? t1的計算可通運(yùn)動學(xué)的基本公式得到：
t=√2L/b
本次研究根據(jù)實際情況，取平均車長L=13m，公交車加速度b=2m/s2，得到t1=3.6s；
? t2可以通過翻閱資料查得，一般為3-4s；
? t3的影響因素眾多，它的測定通常用實地測量的方法得到。本次研究的t3是在上海曹楊八村站經(jīng)過多次實地觀測最后得出的。
? t4的計算可以分為兩部分：加速離站基本時間ta、公交車重新匯入車流的延誤時間td。
ta的計算與他t1類似，td的計算可查閱下表。
2.4信息收集反饋系統(tǒng)
智能交通信息采集與系統(tǒng)，該系統(tǒng)由交通信息采集子系統(tǒng)、智能信息分析處理子 系統(tǒng)和超媒體信息中心、后臺管理系統(tǒng)四部分組成。旨在對車輛定位系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。通過車輛自動定位系統(tǒng)所傳遞的車輛位置、車輛行駛狀況、站臺候車人數(shù)、IC卡消費(fèi)次數(shù)以及其他信息的分類與匯總，經(jīng)過公交智能管理系統(tǒng)、實時調(diào)度系統(tǒng)、交管部門管理系統(tǒng)對信息的處理，將最終的結(jié)果以合理的公交調(diào)度時刻表、站牌反饋信息的形式進(jìn)行信息的輸出。
2.5電子站牌顯示系統(tǒng)
基于無線通信的智能公交站牌信息顯示系統(tǒng)是通過站點的LED燈來直觀顯示未到公交車的行駛信息。本系統(tǒng)主要由車載自動發(fā)射模塊、站點解碼和調(diào)整模塊，無線通信模塊三部分構(gòu)成。通過將初始端接收車載信號以調(diào)整電路顯示，并通過站點解碼模塊將信息展現(xiàn)在LED燈上，使站點等車的乘客都可以了解到所乘公交車的行駛位置。
2.6案例分析
如圖4所示，公交車到達(dá)A站后，則在下面的B，C，D站點會依次點亮A站點的LED燈表示車輛目前位置。考慮到同一路線會有多輛同路公交車行駛，通過算法實現(xiàn)顯示最近的公交車。以20路和37路公交車為例：當(dāng)公交車分別在A站和C站的時候，則在B站顯示的是公交車到達(dá)A站的信息，而D站則顯示是公交車到達(dá)C站的信息，即提高了消息的顯示效率，也滿足了乘客的需求，不同路公交車互不干擾，實現(xiàn)了公交車行車信息的正確顯示。
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今年國慶期間一天晚上，我在外灘附近活動后，走到一個公交車終點站，準(zhǔn)備乘車回家，左等右等，就是不見公交車的影子。這條線路是經(jīng)過淮海中路的，同時我看到馬路上另外一路同樣經(jīng)過淮海中路的公交車，照樣來來往往，所以我判斷我所要乘的這路公交車，可能發(fā)生了交通事故，總之我還是選擇等下去。同時在終點站上的還有幾十個人，而且越來越多，他們當(dāng)中大多數(shù)是外地人，有的還是“大包小包”，顯然是利用國慶節(jié)假期到上海來旅游或者投親靠友打工的。他們開始罵罵咧咧起來。
我被牢騷和罵聲所包圍，身為老上海，我義不容辭地向他們解釋了我的判斷：“可能出了事故，車隊?wèi)?yīng)當(dāng)馬上會派車”，希望他們能夠平息火氣，耐心等待。
【到底誰應(yīng)當(dāng)知道？】
一個多小時過去了，還是不見公交車的影子，我這個老上海也上火了。于是就用手機(jī)向114問知公交車、出租車“運(yùn)管熱線”號碼是962000。我打過去時，對方說要問管這路公交車的公司，于是我再與該公司通電話，值班員說：“我也不清楚究竟是什么原因，應(yīng)當(dāng)要問這路公交車的調(diào)度員。”
最后總算與調(diào)度員通上了電話，她說：“沒有車，是因為從下午4時就不運(yùn)營了，節(jié)前上級就是這樣安排的。為此，幾天前已經(jīng)在報紙上登過了，你為啥不看呢？”
我說：“請問，你們刊登在哪一天、哪一張報紙上，又是哪一版上？”
“不曉得！”
“連你也不曉得，一般人怎么會曉得呢？即使是上海本地人，也不全部訂報的，即使訂報，也不會全看到這則通告的，看到這則通告，也不一定會認(rèn)真記住你這條公交車提早收線的消息的。因為人們出行坐車絕大多數(shù)都是即興的，很少有人會事先做計劃！再說，剛剛來到上海的外地人，他根本無從訂報、看報的，你能怪他嗎？你們?yōu)槭裁床辉O(shè)身處地地為乘客著想呢？”
【似是而非】
終點站上幾十號人，聽到這里，知道我剛才的解釋全是自以為是的“謊言”，他們只好打的的打的，轉(zhuǎn)乘的轉(zhuǎn)乘，“自找出路”了。真不知道，這條公交線以及所有封路、提早收線的公交車沿途各站，究竟有多少乘客都被“忽悠”了。
國慶期間，公交系統(tǒng)能夠想到事先登報通告，當(dāng)然要比不登報高明了。但這并不能算是工作做到家了。從上述對話程序中，明眼人已經(jīng)看到端倪了：
既然登過報了，為什么吃公交飯、專門負(fù)責(zé)投訴的權(quán)威部門“運(yùn)管熱線”不知道呢？而且連該路公交車的公司負(fù)責(zé)人也不知道；只有該路公交車的調(diào)度員知道提早收線、不運(yùn)營了，但她也不知道通告究竟刊登在哪一天、哪一張報紙、哪一版。
那么你憑什么，一定要普通市民、特別是外來人員知道相關(guān)信息呢？這不是典型的“以其昏昏，使人昭昭”嗎？
【解決之道舉手之勞】
今年是上海創(chuàng)建公交整整100周年，有關(guān)方面已經(jīng)慶祝過了。1908年3月5日，第一輛有軌電車從靜安寺開到外洋涇橋上海總會（今廣東路外灘），行駛6.04公里，這標(biāo)志著上海近代公共交通的誕生。這在中國是領(lǐng)先的，在世界上絕大多數(shù)國家當(dāng)中也不算晚。
100年了，理應(yīng)經(jīng)驗老到，足智多謀，但像上述這樣提前收線的簡單小事，卻顯得十分粗糙，造成眾多乘客的不便與尷尬，哪里像一個“百年老店”呢？
關(guān)鍵詞：GPS；公交企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)；智能公交
中圖分類號：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-3044(2011)23-5746-03
Based on the GPS Bus Enterprise Production Scheduling System
CHEN Qi-bing
(Nanjing City Passenger Traffic Management Office, Nanjing 210029, China)
Abstract: Based on the Nanjing intelligent transportation practical and intelligent building as an example based on the GPS bus enterprise production scheduling system.
Key words: GPS; public transportation enterprise production scheduling system; intelligent public transportation
1 問題的提出
目前，南京城市客運(yùn)企業(yè)以智能交通為基礎(chǔ)的生產(chǎn)管理體系尚未形成，企業(yè)的管理手段落后，管理效能相對低下，管理成本相對偏高。南京城市客運(yùn)企業(yè)生產(chǎn)管理體系的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)沒有統(tǒng)一，沒有建立統(tǒng)一的考核監(jiān)督機(jī)制，公交總公司、中北巴士、雅高巴士等幾家公交公司的企業(yè)管理體系各不相同，數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)規(guī)范沒有統(tǒng)一，不能發(fā)揮行業(yè)的有效管理合力，更不能為公眾提供高效便捷的出行服務(wù)。南京市有50多家出租車企業(yè)，除幾家規(guī)模較大、管理較為規(guī)范的出租車公司外，其他大多數(shù)公司沒有建立企業(yè)生產(chǎn)管理體系，無法實現(xiàn)出租車的有效管理。
公交車是公眾出行的主要交通工具，車載和場站視頻監(jiān)控系統(tǒng)目前尚未形成體系，不能滿足公眾的公共交通安全需求。
從不同企業(yè)的共同需求出發(fā)，企業(yè)生產(chǎn)管理體系的建設(shè)需要完成的任務(wù)是：1) 計劃排班：快速形成組織線路運(yùn)營的具體作業(yè)計劃，指導(dǎo)各個車組的運(yùn)營生產(chǎn)。2) 公交智能調(diào)度：實現(xiàn)企業(yè)對公交車輛的定位監(jiān)控，根據(jù)交通狀況實現(xiàn)對車輛的靈活調(diào)度。3) 營運(yùn)成本與效益分析：便于企業(yè)管理部門節(jié)約成本，提高效益，完善政府財政補(bǔ)貼機(jī)制。4) 運(yùn)營管理：對車輛、人員、基礎(chǔ)資料等進(jìn)行規(guī)范化管理，提高企業(yè)管理效能。5) 視頻監(jiān)控：幫助企業(yè)了解運(yùn)營中實時狀況，掌握線路客流變化，合理安排運(yùn)力和配置資源。
2 基于GPS的公交企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)
2.1 智能公交企業(yè)生產(chǎn)管理體系的功能
南京市智能公共交通系統(tǒng)中企業(yè)生產(chǎn)管理體系的功能模塊如圖1所示。
2.2 公交智能調(diào)度系統(tǒng)
2.2.1 GPS監(jiān)控
2.2.1.1 GIS監(jiān)控
公交車輛的監(jiān)控基于GIS平臺，在監(jiān)控地圖上實時顯示車輛的位置、車輛行駛方向等信息；用戶可以打開多個監(jiān)控窗口跟蹤不同的目標(biāo)或區(qū)域，并顯示目標(biāo)的相關(guān)信息（如，車號、速度、方向等）；系統(tǒng)支持車輛定位查詢、軌跡回放功能。車輛監(jiān)控模塊包括公交車輛日常營運(yùn)狀況下按照公交線路分組的車輛監(jiān)控，執(zhí)行應(yīng)急調(diào)度任務(wù)中的車輛監(jiān)控，以及處于緊急調(diào)度狀態(tài)的車輛監(jiān)控。GIS監(jiān)控主要提供基于地圖的車輛詳細(xì)情況的監(jiān)控，為應(yīng)急調(diào)度的決策提供輔助信息。其中線路監(jiān)控主要被公交公司的調(diào)度員使用。
GIS監(jiān)控包含的模塊有：1) 自由監(jiān)控。自由監(jiān)控可監(jiān)控車輛在當(dāng)前監(jiān)控窗口區(qū)域內(nèi)的運(yùn)行情況，用戶可以選擇顯示全部或者部分車輛進(jìn)行監(jiān)控。自由監(jiān)控分為選定車輛監(jiān)控和當(dāng)前地圖區(qū)域監(jiān)控兩個功能。選定車輛監(jiān)控可對用戶選定的一輛或多輛車輛進(jìn)行監(jiān)控。按照選定車輛進(jìn)行自由監(jiān)控的時候，所有選定車輛都會在監(jiān)控地圖上顯示，用戶可實時了解到車輛的位置分布和運(yùn)行情況。當(dāng)前地圖區(qū)域監(jiān)控可對用戶當(dāng)前地圖窗口中的所有車輛進(jìn)行監(jiān)控。按照當(dāng)前地圖區(qū)域監(jiān)控進(jìn)行自由監(jiān)控的時候，當(dāng)前地圖區(qū)域內(nèi)的所有車輛都會在監(jiān)控地圖上顯示，用戶可實時了解到車輛的位置分布和運(yùn)行情況。2) 單車跟蹤。單車跟蹤可對單車或單車群組進(jìn)行跟蹤。被跟蹤車輛始終顯示在當(dāng)前監(jiān)控中，當(dāng)被跟蹤的車輛不在監(jiān)控窗口中時，系統(tǒng)會重新更新監(jiān)控地圖，使該車輛回到地圖中心。單車跟蹤分為單車監(jiān)控跟蹤和單車群組跟蹤兩個功能。3) 軌跡回放。行程軌跡回放可向用戶提供對車輛歷史行程的查找，系統(tǒng)在地圖上描述出車輛的歷史行程軌跡。軌跡回放時在監(jiān)控窗口會出現(xiàn)車輛圖標(biāo)、軌跡點，同時顯示該軌跡點車輛所處的狀態(tài)信息，回放速度可調(diào)節(jié)。車輛的行程軌跡為車輛管理、監(jiān)控提供依據(jù)。4) 線路監(jiān)控。線路監(jiān)控可監(jiān)控選定的某條公交線路的車輛運(yùn)營情況。進(jìn)行線路監(jiān)控時，上行和下行線路用不同顏色顯示，系統(tǒng)自動更換監(jiān)控區(qū)域和地圖顯示比例使得當(dāng)前監(jiān)控的線路顯示在當(dāng)前視窗中。可以選擇車輛查看該車輛的詳細(xì)信息。線路監(jiān)控過程中，同時顯示上行、下行、車輛總數(shù)、非營運(yùn)車輛等統(tǒng)計信息。5) 車輛定位。車輛定位查詢在市仍擻行駛車輛，并將車輛在地圖中心顯示。可以選擇車輛查看該車輛的詳細(xì)信息包括車輛的信息、運(yùn)行信息(位置、行駛速度等)。6) 超速報警。超速報警模塊可在車輛行駛超速時進(jìn)行報警，司機(jī)在發(fā)生突發(fā)事件時，也可通過司機(jī)鍵盤向總監(jiān)控中心發(fā)送報警信息。利用超速監(jiān)控加強(qiáng)對公交車日常行車安全監(jiān)管，市民在乘坐公交車時將不用再擔(dān)心由于公交車司機(jī)超速駕駛而導(dǎo)致的交通事故，市民在車上聽到超速報警系統(tǒng)的報警的同時也可以向司機(jī)提出減慢車速的要求。
超速報警包含的模塊有：超速報警設(shè)置、超速實時監(jiān)控、報警實時監(jiān)控、超速記錄查詢、超速分析。
2.2.1.2線路運(yùn)行狀態(tài)圖監(jiān)控
公交線路運(yùn)行監(jiān)控圖以簡化的直線或折線的形式表示公交線路，線路上沿途停靠的站點根據(jù)其實際的坐標(biāo)進(jìn)行換算并在線路運(yùn)營監(jiān)控圖上標(biāo)注。
根據(jù)運(yùn)行于該線路的車輛GPS數(shù)據(jù)和報站數(shù)據(jù)，在線路運(yùn)行監(jiān)控圖上實時顯示這些車輛在線路上的運(yùn)行位置，便于調(diào)度員在日常營運(yùn)調(diào)度的過程中清楚直觀地掌握線路上車輛運(yùn)行情況。
調(diào)度員選擇監(jiān)控線路，顯示線路站點排列的線路運(yùn)行監(jiān)控圖。線路運(yùn)行監(jiān)控圖上顯示線路雙向各個站點的名稱，對于所有運(yùn)行于該線路上的車輛，顯示正確的位置、行駛方向和車輛自編號；當(dāng)車輛被選中時，顯示車輛的運(yùn)行狀態(tài)的詳細(xì)信息。
具體的狀態(tài)圖監(jiān)控功能描述如：1) 公交線路按照上下行分兩條曲線顯示，在總站處曲線相交；2) 線路上的途徑站點的是否顯示可設(shè)置；3) 途徑站點和車輛的標(biāo)注字段可設(shè)置；4) 顯示線路上車輛的統(tǒng)計信息：總車數(shù)、上行、下行、左總站、右總站和非營運(yùn)車輛；5) 非營運(yùn)車輛的集中顯示在一個區(qū)域；6) 車輛可被選擇：車輛被選中時候顯示該車輛的運(yùn)行狀態(tài)的詳細(xì)信息。
2.2.2 行車計劃調(diào)度
2.2.2.1 按線路行車時刻表
調(diào)度室根據(jù)車載設(shè)備上傳的GPS（時間、速度、位置等）、客流量數(shù)據(jù)，自動檢測并提示車輛的到站、出站信息及乘客到站率，由專家系統(tǒng)自動生成合理的固定車輛排班表，同時由系統(tǒng)自動向司售人員發(fā)出調(diào)度信息。
2.2.2.2 車輛排班動態(tài)調(diào)整
根據(jù)當(dāng)日運(yùn)營中的出勤狀況、車輛運(yùn)行狀況，由排班調(diào)整專家系統(tǒng)依據(jù)既定策略調(diào)整固定排班表，并由GPS 數(shù)據(jù)預(yù)測每趟次行車的時間，提供即時的班表控制與調(diào)整機(jī)制。當(dāng)車輛運(yùn)營正常時無須調(diào)整班表，一旦例外狀況發(fā)生則依據(jù)知識庫采取相對應(yīng)的措施，輸出調(diào)整后的班表。當(dāng)需要根據(jù)實際情況修改推理規(guī)則的相關(guān)參數(shù)時，系統(tǒng)支持對專家知識庫的修改，從而得到更為合理的排班表。
2.2.2.3 人工輔助調(diào)度
系統(tǒng)車輛運(yùn)營后，調(diào)度員接受三方面的信息：計劃行車時刻表信息、車載GPS采集設(shè)備提供的車輛實時狀態(tài)信息以及車輛狀態(tài)信息。系統(tǒng)根據(jù)預(yù)定的排班專家知識庫和實測車輛的運(yùn)行時間信息，計算出優(yōu)化的發(fā)車間隔和發(fā)車時間，允許調(diào)度員對調(diào)度方案作進(jìn)一步的修改和調(diào)整。
2.2.2.4 發(fā)車自動調(diào)度
公交發(fā)車自動調(diào)度是指公交監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)在無需現(xiàn)場調(diào)度人員進(jìn)行干預(yù)的情況根據(jù)事先定義好的發(fā)車規(guī)則、排班時刻表、公交車輛到總站的實際情況和調(diào)度需要自動排定總站車輛的發(fā)車順序等信息自動調(diào)度到達(dá)總站的車輛進(jìn)行下一次的班次服務(wù)，同時將調(diào)度指令發(fā)送到公交智能終端上。
根據(jù)線路運(yùn)行計劃表、調(diào)度規(guī)則和車輛的狀態(tài)信息，自動提供優(yōu)化、動態(tài)的車輛發(fā)車時間表，編排司乘人員配班表，保證公交運(yùn)營車輛按計劃排班運(yùn)營。在運(yùn)行營運(yùn)過程中，系統(tǒng)依據(jù)預(yù)定的調(diào)度規(guī)則進(jìn)行自動發(fā)車，能夠按實際運(yùn)行數(shù)據(jù)修改調(diào)度規(guī)則的相關(guān)參數(shù)(如發(fā)車時間間隔)，以保證運(yùn)營車輛的有條不紊，運(yùn)營過程暢通穩(wěn)定，達(dá)到站內(nèi)乘客滿意的目的。
自動發(fā)車調(diào)度具備的功能：多種發(fā)車模式的轉(zhuǎn)換，可以按照發(fā)車時刻表的要求發(fā)車，可以按照時間間隔發(fā)車，可以手工調(diào)度車輛；調(diào)度人員根據(jù)實際情況可以調(diào)整發(fā)車時刻表；發(fā)車指令下達(dá)后可以監(jiān)控車輛實際運(yùn)行情況；可以按照班次/車輛到總站的先后次序發(fā)車（調(diào)整發(fā)車次序）；需要提前下發(fā)調(diào)度指令；調(diào)度人員可以手工調(diào)整發(fā)車時間。
2.2.3 交互式運(yùn)營調(diào)度
交互式運(yùn)營調(diào)度主要協(xié)助公交調(diào)度人員完成日常的調(diào)度工作，其主要內(nèi)容包括:
2.2.3.1 日常調(diào)度
日常即時調(diào)度主要采用加車、減車、短線、快車、區(qū)間等調(diào)度手段，采取短線、快車、區(qū)間等調(diào)度手段時，站點選擇是視具體交通狀況決定的，與即時發(fā)生的如交通堵塞、交通事故、暴雨及客流突變原因和地點有關(guān)。不同調(diào)度方案的特點如下：
短線的折回站點不固定，由調(diào)度員視具體交通情況而定，線路的任一站點都可作為短線的終點，都可能發(fā)短線；
快車包括沿著原線路越過部分停靠站點直接到指定站點開始運(yùn)營和脫離運(yùn)營線路直接到指定運(yùn)營線路的某站點運(yùn)營兩種情況，越過的站點、脫離線路站點和回到線路的站點不固定，由調(diào)度員視具體交通情況而定，快車的直達(dá)站點也可能是線路的任一站點；
發(fā)區(qū)間車時，在運(yùn)營線路的哪兩個站點之間發(fā)區(qū)間不固定，由調(diào)度員視具體交通情況而定。
目前公交調(diào)度常遇到的突發(fā)事件和常用的即時調(diào)度手段及出現(xiàn)頻率如表1所示。
具體的調(diào)度流程如圖4所示。
2.2.3.2 調(diào)度預(yù)案
預(yù)案類別即調(diào)度的服務(wù)類型，系統(tǒng)可以設(shè)定不同的服務(wù)類型，通過預(yù)案實現(xiàn)對單個車輛的組合調(diào)度，并根據(jù)不同的服務(wù)類型產(chǎn)生或不產(chǎn)生電子路單，或者執(zhí)行不同的操作指令。
預(yù)案是按不同的線路來定義的，預(yù)案包含標(biāo)題信息和明細(xì)信息。標(biāo)題信息有預(yù)案的線路、預(yù)案類型、預(yù)案的名稱、調(diào)度下發(fā)信息（即在司機(jī)鍵盤顯示的內(nèi)容），明細(xì)信息是用來生成電子路單記錄用的，一個預(yù)案可以同時生成多條電子路單記錄，目的是為了減化調(diào)度員的操作。
公交運(yùn)營過程中由于路況、車輛、司機(jī)、客流及天氣等因素，會有很多難以事先預(yù)料的或者意外事件臨時發(fā)生，因此預(yù)案的準(zhǔn)備甚為重要。預(yù)案的主要采用的方法有加車、減車、短線、快車、區(qū)間車等調(diào)度手段，當(dāng)采取短線、快車、區(qū)間等調(diào)度手段時，發(fā)車時間及站點選擇是視具體交通狀況決定的，與即時發(fā)生的如交通堵塞、交通事故、暴雨及客流突變的原因和地點有關(guān)。
2.2.3.3 司機(jī)考勤
1) 上班簽到：司機(jī)上班后，通過司機(jī)鍵盤進(jìn)行考勤，如果通過司機(jī)鍵盤考勤操作不成功，則需要調(diào)度員幫司機(jī)作考勤操作。2) 運(yùn)營簽到：早班司機(jī)提車開到總站，準(zhǔn)備開始運(yùn)營前進(jìn)行運(yùn)營簽到；車輛調(diào)行線路也需要在新線路上運(yùn)營簽到。3) 交接班：早班司機(jī)與晚班司機(jī)進(jìn)行交接班操作。這一操作可能在總站進(jìn)行，也可能在途中某個站點進(jìn)行。考慮特殊情況，也有可能在維修廠、加氣站等地進(jìn)行交接班。4) 運(yùn)營簽退：司機(jī)完成一天的最后一班發(fā)車任務(wù)后進(jìn)行運(yùn)營簽退。5) 下班簽退：晚班或單班司機(jī)將車輛停在過夜場地（車場、維修廠或總站）后，進(jìn)行下班簽退。
2.2.4 其他運(yùn)營調(diào)度
1) 包車調(diào)度――指有人需要包車時進(jìn)行的調(diào)度業(yè)務(wù)。因為包車是屬于運(yùn)營在非預(yù)定線路的車輛，需要設(shè)定起點、終點以及里程。2) 搶修調(diào)度――當(dāng)車輛出現(xiàn)故障時，司機(jī)能夠上報故障信息到調(diào)度室，同時產(chǎn)生故障記錄。公交司機(jī)操作司機(jī)鍵盤報告故障信息，系統(tǒng)收到故障信息后能夠通過界面提示調(diào)度員，系統(tǒng)自動生成相應(yīng)的行車記錄信息。3) 群發(fā)通知、單發(fā)通知――調(diào)度員通過群發(fā)通知、單發(fā)通知可以將通知信息通過網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到車輛里的車載終端上，使司機(jī)能收到相關(guān)的通知內(nèi)容。
2.2.5 區(qū)域協(xié)調(diào)調(diào)度
關(guān)鍵詞:GPS;GPRS;SD卡;MP3;自動報站;信息更新;監(jiān)控調(diào)度
中圖分類號:TN41,TP33文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B
文章編號:1004-373X(2009)19-212-03
Design of Automatic Station Report System for Bus Based on GPS/GPRS
ZHANG Yongsheng,WEN Ke
(Guangzhou Ropen Technology Co.Ltd.,Guangzhou,510060,China)
Abstract:In recent years,with sustained economic development of public transport also its higher requirements are put forward.Traditional bus reporter must be manipulated by the driver,considering the safety of public transportation system,there is an urgent need for intelligent,automatic station report system for bus.GPS and GPRS technology for application enable the bus station report system a high degree of integration,changing the traditional manual-announce way,the current way of updating information is solved and the scheduling and other defects can′t be bining GPS positioning technology,the bus status information (location,speed,etc.) in real-time acquisition and analysis,when the bus is scheduled to arrive at the location,the automatic station report function is realized.Through the GPRS network,necessary bus status information should be transmitted to the bus monitor dispatching center timely,and then through the center of the operation of PC software,to achieve the function of the monitoring,scheduling and updating information.SD card is used to memorize the information of a number of lines and MP3 audio files,it is facilitated to replace bus lines,and at the same time high-quality voice information play is realized.
Keywords:GPS;GPRS;SD card;MP3;automatic station report;information updating;monitoring and dispatching
0 引 言
目前,國內(nèi)公交車報站的方式多采用手動報站,但是因為司機(jī)需要在保證安全駕駛的前提下進(jìn)行報站,所以經(jīng)常出現(xiàn)錯報、漏報、安全隱患等一系列問題。采用GPS全球定位系統(tǒng)進(jìn)行自動報站使這一難題迎刃而解,不需要人工干預(yù),大大減輕了司機(jī)的工作量,也同時提高了車輛運(yùn)行的安全性,促進(jìn)公交系統(tǒng)的現(xiàn)代化進(jìn)程[1]。
現(xiàn)階段,公交車內(nèi)信息屏多通過有線方式獲得新聞、天氣預(yù)報、廣告等信息,也可以同步顯示報站信息。但是有一個不可避免的問題,那就是由于沒有整合GPRS無線通訊功能,所以維護(hù)起來比較麻煩,如果需要更換廣告內(nèi)容,就必須派出大量的人員,對需要更改廣告內(nèi)容的公交車內(nèi)信息屏一一更改,浪費(fèi)了大量的人力物力。GPRS的應(yīng)用使系統(tǒng)實現(xiàn)了前所未有的高度整合,解決了目前國內(nèi)現(xiàn)有的公交車內(nèi)信息更新方式落后的弊端。通過GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)和GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò),公交監(jiān)控調(diào)度中心可實時監(jiān)控各條線路公交車位置的分布情況,并根據(jù)監(jiān)控情況向有關(guān)公交車發(fā)出調(diào)度通知[2]。
1 公交車自動報站系統(tǒng)的組成
該系統(tǒng)由公交車內(nèi)各終端(信息屏、腰牌等)、自動報站器、GPRS/GSM通信網(wǎng)絡(luò)、公交監(jiān)控調(diào)度中心組成。自動報站器主要由主控芯片、GPS/GPRS通信模塊、LCD、SD卡、MP3解碼芯片組成。整個系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
自動報站器利用自學(xué)習(xí)功能存儲站點的經(jīng)緯度信息到SD卡,當(dāng)公交車行駛到某站點時,接收的經(jīng)緯度信息與存儲的某站點經(jīng)緯度信息一致,就可以自動播報相應(yīng)站點的站名,同時實現(xiàn)以下兩個功能:
(1) 通過RS 485接口發(fā)送相應(yīng)的信息到車內(nèi)各終端,實現(xiàn)公交車內(nèi)的控制一體化;
(2) 通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送公交車的狀態(tài)信息(經(jīng)緯度、速度等參數(shù))到公交監(jiān)控調(diào)度中心,實現(xiàn)公交車與監(jiān)控調(diào)度中心的高度統(tǒng)一。
2 公交車自動報站器的硬件設(shè)計
公交車自動報站器主要以LM3S1601主芯片、GPS模塊和GPRS模塊為核心,搭建終端平臺,他們之間通過串行通信方式連接,其余還包括電源模、MP3播放接口和SD卡接口等[3]。硬件原理結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。
圖2 終端硬件原理結(jié)構(gòu)圖
2.1 電源模塊的設(shè)計
電源系統(tǒng)對自動報站器的可靠性運(yùn)行影響很大,好的電源電路能夠過濾掉很多通過電源電路傳入的干擾信號。
本電源模塊的電源電路如圖3所示。
圖3 電源電路圖
控制器輸入電壓為24 V,由于GPRS上網(wǎng)時的峰值電流可達(dá)2 A,所以電源芯片選用LM2596-5.0,輸出電流可達(dá)3 A。采用LM1117-3.3芯片給LM3S1601、SD卡等供電,LM1117-2.5芯片給MP3解碼芯片供電,MIC29302芯片輸出4 V電壓給GPRS模塊。
2.2 SIM300C GPRS模塊
SIM300C內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧, 基于GSM/GPRS 900/1 800/1 900 MHz 三頻,采用雙列直插式板對板連接,適合車載應(yīng)用。尺寸:50 mm×33 mm×6.2 mm,支持class2,通過AT指令控制,滿足GSM 2/2+標(biāo)準(zhǔn),帶有RS 232電平,直接與單片機(jī)相連[4]。
2.3 主控芯片
采用TI公司的LM3S1601單片機(jī)作為控制主芯片,該芯片采用ARM Cortex-M3內(nèi)核,Cortex-M3 是ARM公司最新推出的基于ARMv7 體系架構(gòu)的處理器核,具有高性能、低成本、低功耗的特點。它采用哈佛結(jié)構(gòu),使用分離的指令和數(shù)據(jù)總線(馮諾伊曼結(jié)構(gòu)下,數(shù)據(jù)和指令共用一條總線),處理速度明顯加快。Cortex-M3只支持最新的Thumb-2指令集,免去Thumb和ARM代碼的互相切換,Cortex-M3內(nèi)核中集成了中斷控制器,提供基本的32個物理中斷,具有8層優(yōu)先級,最高可達(dá)到240個物理中斷和256個中斷優(yōu)先級。此類設(shè)計是確定的且具有低延遲性,特別適用于汽車應(yīng)用[5]。具有128 KB的片內(nèi)FLASH,32 KB片內(nèi)SRAM,3個UART串口,2個SSI接口,2個I2C接口,完全能夠滿足現(xiàn)在的需求。
2.4 E2PROM和SD卡存儲模塊
E2PROM型號為CAT24C02,用來存放報站器的站號、線路、上下行、模式等必要數(shù)據(jù),防止掉電數(shù)據(jù)丟失。SD卡存儲中文站名、經(jīng)緯度信息、MP3音頻文件等,SD卡與單片機(jī)通過SSI0接口進(jìn)行通信,采用FAT16格式的文件系統(tǒng)[6],支持最大2 GB的SD卡[7]。
2.5 MP3解碼芯片
MP3解碼芯片采用的是芬蘭VLSI Solution公司生產(chǎn)的VS1003芯片,VS1003是一款單芯片的MP3/WMA/MIDI音頻解碼和ADPCM編碼芯片,其擁有一個性能低功耗的DSP處理器核VSDSP,5 KB的指令RAM,05 KB的數(shù)據(jù)RAM,串行的控制器和數(shù)據(jù)輸入接口,4個通用I/O口,一個UART口;同時片內(nèi)帶有一個可變采樣率的ADC、一個立體聲DAC以及耳機(jī)音頻放大器[8]。
3 公交車自動報站器的軟件設(shè)計及實現(xiàn)
由單片機(jī)LM3S1601編程實現(xiàn)GPS信息的接收處理,GPRS上網(wǎng)、建立連接、接收數(shù)據(jù),MP3語音文件的播放,讀寫SD卡的內(nèi)容,LCD屏的顯示等功能。本系統(tǒng)的工作過程大致為:通過按鍵及GPS信息的接收進(jìn)行站點的自學(xué)習(xí);自動搜索站點,并自動報站:如果GPS模塊接收到的經(jīng)緯度信息與存儲的某站點經(jīng)緯度信息一致,則通過SSI0從SD卡中讀取相對應(yīng)的MP3文件,將所讀取的數(shù)據(jù)流通過SSI1發(fā)送到VS1003播放器中播放,同時在LCD屏上顯示相應(yīng)的站號及站名,并通過GSM網(wǎng)絡(luò)發(fā)送當(dāng)前的經(jīng)緯度信息到公交監(jiān)控調(diào)度中心,從而實現(xiàn)自動報站的功能;中心主動連接自動報站器,自動報站器根據(jù)接收的通信協(xié)議的不同進(jìn)行不同的操作(如實時監(jiān)控、車內(nèi)信息更新等)。
系統(tǒng)的軟件組成框圖如圖4所示。
圖4 系統(tǒng)的軟件組成框圖
3.1 報站器的主程序設(shè)計
主程序主要完成系統(tǒng)初始化及各個模塊子程序的調(diào)用,其流程圖如圖5所示。
圖5 主程序流程圖
系統(tǒng)上電后進(jìn)行初始化,包括:I/O口,定時器,UART、看門狗,模塊(SD卡、GPRS模塊、VS1003等)。系統(tǒng)初始化完之后,接收GPS定位信息,GPS通信協(xié)議較多,該程序采用應(yīng)用最為廣泛的NMEA-0183協(xié)議[9]。在此協(xié)議中包括了“$GPGGA”、“$GPGSA”、“$GPGSV”和“$GPRMC”等格式,而本文使用的是以最簡格式“$GPRMC”語句進(jìn)行設(shè)計。格式如下:
$GPRMC,,,,,,,,,,,,*hh
其中為定位狀態(tài),A=有效定位,V=無效定位,當(dāng)接收數(shù)據(jù)為A時,則認(rèn)為GPS接收數(shù)據(jù)有效,然后進(jìn)行自學(xué)習(xí)功能、GPRS處理功能、自動搜索站點功能的判斷及處理[10]。
3.2 GPRS處理子程序的設(shè)計
GPRS處理子程序主要實現(xiàn)報站器與中心之間的通信及監(jiān)控調(diào)度、信息更新功能。
中心打電話通知報站器上線,報站器接收到“+CLIP:"020********",129”,通過“ATH”掛斷電話,判斷是否為中心電話,如果是則建立PPP連接,連接成功后,通過TCP/IP連接中心的固定IP地址和端口號。
報站器與中心連接成功后,雙方互發(fā)握手指令,如果“握手”成功,則進(jìn)行通信;否則中心主動斷網(wǎng)。
“握手”成功后,報站器接收中心下發(fā)的指令。如果為“實時監(jiān)控”指令,則實時發(fā)送GPS數(shù)據(jù),為了防止中心與報站器之間斷網(wǎng),雙方需定時發(fā)送“心跳包”;如果是“信息更新”指令,則接收中心發(fā)送的更新信息,接收完畢后自動斷網(wǎng)。
圖6 GPRS處理子程序流程圖
4 結(jié) 語
該自動報站器通過EMC及可靠性試驗和現(xiàn)場試運(yùn)行,系統(tǒng)功能正常、運(yùn)行穩(wěn)定、表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的可靠性,尤其GPS自動報站功能,可根據(jù)客戶需要及公交線路的實際情況更改報站和預(yù)報站范圍,確保了報站的準(zhǔn)確性,提高了公交車的安全性,減輕了司機(jī)的負(fù)擔(dān),具有良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。目前,系統(tǒng)功能正在進(jìn)行部分高級功能的完善,產(chǎn)業(yè)化工作也正在全面展開之中。
參考文獻(xiàn)
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主要目的全面推進(jìn)交通信息化建設(shè)。剛才局長就如何推進(jìn)交通信息化做了一個很好的講話，今天局黨委在這里召開全局系統(tǒng)信息化工作會議。完全同意。幾位處長也結(jié)合各自工作，做了發(fā)言，講得都很好。下面，也就如何全面推進(jìn)市交通信息化建設(shè)，談一些自己的思考，如果有什么地方說得不夠準(zhǔn)確、不夠全面，希望大家給予諒解。
一、之行的感受、感想
可以用兩個字來形容—震撼”而且是發(fā)自內(nèi)心的一種“震撼”市交委的信息化建設(shè)舉全委之力，這次通過對市交委信息化建設(shè)實地的觀賞、考察與座談。經(jīng)過了十年，尤其是近三年的全力推進(jìn)，可以說不但走在國大城市的前列，而且走在全世界同類鄉(xiāng)村的前列，對市交通帶來的深刻變化和變革，很難用語言來表述清楚的這里舉幾個事例。
信息化建設(shè)平臺的搭建、系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)營以及管理的延續(xù)、提升，第一個例子。不但滿足了交通行業(yè)市場監(jiān)管的需求，也為交通企業(yè)在監(jiān)管、服務(wù)，尤其是經(jīng)濟(jì)效益的提高方面發(fā)明了非常了不起的成果。服務(wù)功能提升到鄉(xiāng)村交通管理這一更高層面。市年初機(jī)構(gòu)改革時形成了大交委，把城市道路的交通工程，包括交通信號、交通設(shè)施的組織管理交給了市交委。當(dāng)然，這是一個全面復(fù)雜的系統(tǒng)工程，市整合了過去參與鄉(xiāng)村交通管理的各個方面的資源，如公安交管系統(tǒng)、治安系統(tǒng)、城管系統(tǒng)、市政系統(tǒng)等多部門在道路交通方面的視頻信號、線圈信號等2萬多路信號，傳輸?shù)绞薪晃闹悄芙煌ㄆ脚_，然后由這個平臺根據(jù)每條道路的車流、人流信息和現(xiàn)有的道路條件，開發(fā)出道路模擬仿真系統(tǒng)，對道路堵塞的原因進(jìn)行仿真計算機(jī)模擬處置，最后優(yōu)化出交通調(diào)度運(yùn)行方案。
市的公交調(diào)度指揮系統(tǒng)，第二個例子。達(dá)到類似于機(jī)場調(diào)度的模式，就是調(diào)度員與車輛是對應(yīng)的同一大平臺上，一個調(diào)度員可以實時調(diào)度大約60輛公交汽車的運(yùn)行。這種做法給公交公司帶來的效益是什么？就是減少了原來約名激進(jìn)條件下從事管理、調(diào)度指揮的工作人員。對出租企業(yè)，對其他從事道路交通運(yùn)輸企業(yè)，實時管理方面，降低利息方面，作用也是巨大的交通信息化公司，由于對企業(yè)提供了良好的服務(wù)，普遍得到企業(yè)認(rèn)可，交通信息公司自身也取得了良好的收益，都是運(yùn)營企業(yè)根據(jù)約定和合同，自覺的去交費(fèi)，因為信息化給企業(yè)帶來的效益太明顯了
現(xiàn)在行業(yè)本文來自轉(zhuǎn)載請保管此標(biāo)記。管理感到困難的問題，第三個例子。如監(jiān)管難、取證難。這個平臺上，一目了然，近年來，交通運(yùn)輸業(yè)快速發(fā)展，出租汽車達(dá)到一萬多輛，公交車達(dá)到七千多輛，汽車修理廠發(fā)展到幾千家，業(yè)務(wù)監(jiān)管范圍不時擴(kuò)大，而相關(guān)的處室和部門的人員又沒有任何增加，所以大家普遍感到人手不夠，忙不過來。這種情況下，就更需要信息化來完善我監(jiān)管手段，提升監(jiān)管水平，同時提高服務(wù)水平。
市在其最繁華的道路之一—中山大道上建成了一條brt公交專用線，第四個例子。當(dāng)初在建這個通道的時候，據(jù)說有很多人反對，事實證明當(dāng)初修建brt決策是完全正確的brt建設(shè)前，中山路上運(yùn)營的公交車有1700輛，建設(shè)后，運(yùn)營車輛減少到800輛，brt通道里運(yùn)行的一共有30多條線路，日承擔(dān)客運(yùn)量由原來的40萬人次提高到90萬人次，超越了絕大多數(shù)鄉(xiāng)村一條地鐵線的日客流量，公交車運(yùn)行速度也由原來的每小時11公里提高到現(xiàn)在每小時23公里。brt通道里，投放多少車，車的間距是多少，哪個地方人多需要車，如何進(jìn)行調(diào)度布置，都能通過智能調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控。
亞運(yùn)組委會的交通組織調(diào)度，第五個例子。由交委的信息公司承當(dāng)，3700輛運(yùn)動員、裁判員、官員用車，由信息公司統(tǒng)一調(diào)度，開幕式乘船入場，調(diào)度也由交通信息公司完成，必需做到分秒不差，亞委會評價，亞運(yùn)會比北京奧運(yùn)會的就是交通調(diào)度智能化。
讓大家共同分享一下這次之行的感受，上面舉了五個例子。只有身臨其境，才會有這樣的感受，才干體會到缺乏。兩市交通現(xiàn)狀相比較，鄉(xiāng)村人口比多一倍，公交車有9000輛，有7000輛，但是年客運(yùn)量卻比我大了50%真切感受了公交車運(yùn)行速度快、乘座舒適；出租車有17000輛，有11000輛，一天載客170萬人次，80萬人次，將近是二倍。網(wǎng)上有評論說不愛的十大理由，占了倆，一是公交車成了肉夾饃”二是出租車拒載。這樣的情況下，給政府說，要增加公交車，完全是車輛缺乏這個因素嗎？這兩年“打車難”社會各界反響很大，完全是因為出租車總量不夠嗎？固然，總量缺乏是客觀存在但是運(yùn)行效率呢？為什么能比我多運(yùn)許多的人呢？目前我負(fù)面評價仍然很多，運(yùn)營過程中的一些隨機(jī)的事件，單單靠人能管得住嗎？不靠信息化的手段，能克服這些頑疾嗎？不行。
從一紙空白，
二現(xiàn)狀和問題的交通信息化建設(shè)已經(jīng)搞了八年了八年來。發(fā)展到今天的狀況，搭建起了平臺，完成了一些項目，可以說，信息化建設(shè)取得了一定的成果，初具規(guī)模。但是與兄弟鄉(xiāng)村比，與同等規(guī)模的鄉(xiāng)村相比，特別是與相比，還相差甚遠(yuǎn)。
引進(jìn)了北京航天智通這個從事信息化建設(shè)的公司，經(jīng)過考察。成立了一家國有控股的股份公司。回來以后，也依照這種方式和構(gòu)架，成立了一家公司，北京航天智通公司占了45%股份，行業(yè)參與的國有公司占了55%股份。這家公司自成立，運(yùn)作了三年，取得了一些進(jìn)展，搭起了一個平臺，建成了一些項目。但是今天我不談成績，只說問題。這個公司運(yùn)作到今天，已經(jīng)維持不下去了即將崩盤、，這也是急迫抽出時間，去學(xué)習(xí)的原因。從的經(jīng)驗看，搭建這個平臺，構(gòu)建這個系統(tǒng)，沒有錯誤的反思我工作，認(rèn)為有這么幾個原因：一是體制有問題。目前全國絕大多數(shù)交通局都有信息中心，而且是個事業(yè)單位，專門負(fù)責(zé)行業(yè)信息化建設(shè)、日常維護(hù)和運(yùn)營，局科技處負(fù)責(zé)規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)的制定。但是局里沒有這個機(jī)構(gòu)，而把它設(shè)在運(yùn)管處，由運(yùn)管處成立信息中心來負(fù)責(zé)。事實證明，這是行不通的二是一些領(lǐng)導(dǎo)和同志認(rèn)識不到位，認(rèn)為自己對本職工作很熟悉，都是行家里手，不需要再搞什么信息化，這樣在行動中就表示出不積極甚至抵觸的情緒。三是現(xiàn)有的信息化建設(shè)過程中存在利益糾葛。直言不諱的講，局里沒有組建這個信息公司的時候，企業(yè)就有一些信息化的管理手段，局里搭建了這個平臺后，肯定要沖擊原有參與者的利益，特別是這個平臺的搭建過程中，又進(jìn)來一些參與者，形成了新的利益格局。
局里要向市委、市政府匯報，下一步。申請成立交通信息中心，為事業(yè)單位，承擔(dān)市交通信息化建設(shè)的主體責(zé)任。當(dāng)然，這不容易，需要一個過程，當(dāng)前怎么辦？局黨委考慮要用行政的手段來推動這項工作，選派年富力、工作責(zé)任心、業(yè)務(wù)精的干部深入到信息公司，不拿公司任何報酬，不參與公司的內(nèi)部管理，推動信息化向更高層次和更深領(lǐng)域拓展，如有需要，局里還要再繼續(xù)選派得力干部，參與信息化建設(shè)。
也聽到對交通信息公司的一些議論，前段時間。大多數(shù)都是來自于行業(yè)內(nèi)的從業(yè)者，有的甚至說市局搞的信息公司是個官辦公司、皮包公司，沒水平，沒能力，沒技術(shù)，沒資金，只收錢，提供不了任何服務(wù)。這次去，也把北京航天智通公司的老總請過去，也和他充分交換了意見，對這個公司的整體情況也有了更深的認(rèn)識和了解。實踐證明，航天智通絕不是一家沒有資金、沒有實力的皮包公司。航天智通公司也許諾將象對公司的投入一樣，從資金、技術(shù)、人員等方面給公司更大投入，與我交通運(yùn)輸局?jǐn)y手合作，較短的時間內(nèi)，使我信息公司達(dá)到水平。公司大部分管理平臺和軟件都是研發(fā)的現(xiàn)在要做的就是把它搬過來，就是一個力推動的問題。從現(xiàn)在起，這個信息公司作為市交通運(yùn)輸局一個下屬單位對待，交通運(yùn)輸行業(yè)內(nèi)原有的所有平臺都只能作為交通信息化的二級平臺。
過去我認(rèn)為就是一個公司，一本文來自轉(zhuǎn)載請保管此標(biāo)記。個地方的交通信息化平臺。只能通過市場化手段來運(yùn)作，實際上，這個信息平臺是行政監(jiān)管手段和市場服務(wù)的結(jié)合，為行業(yè)監(jiān)管部門提供必要的監(jiān)管手段，另外也有服務(wù)企業(yè)，服務(wù)社會，服務(wù)人民大眾的功能。這個公司的職能就是把行政監(jiān)管手段和市場服務(wù)功能雙重功能融為一體打造一個監(jiān)管和服務(wù)平臺。那么想推進(jìn)這項工作向前發(fā)展，就必需有兩只手，而且兩只手都要硬，一只是行政的手，一只是市場的手。要想短時間內(nèi)提高交通信息化水平，沒有行業(yè)的支持，沒有全行業(yè)共同的認(rèn)識，沒有我努力奮斗，不可能的
三、如何力推進(jìn)信息化建設(shè)
對交通運(yùn)輸業(yè)未來發(fā)展勾畫的發(fā)展愿景，今年的半年工作會上。需要我一件一件事情來踏踏實實落實的第一個舉措就是二級網(wǎng)化建設(shè)，投資57億元，建設(shè)644公里二級公路，這些項目現(xiàn)在都開工了進(jìn)展順利。第二個舉措就是交通信息化建設(shè)。要打造現(xiàn)代交通，上水平，上臺階，唯有實現(xiàn)信息化不可。使我交通運(yùn)輸事業(yè)有“為”有“位”會后，相關(guān)單位和企業(yè)回去后都要開會研究、安排信息化建設(shè)的具體工作，結(jié)合本行業(yè)、本單位、本部門的實際，如何構(gòu)建交通信息化建設(shè)上邁出新步伐。首先采取這么幾項措施：
代表交通運(yùn)輸局督促、檢查、落實各單位、各行業(yè)信息化建設(shè)情況，一是選派科技處副處長李都厚博士兼任信息公司常務(wù)副總。協(xié)調(diào)建設(shè)過程中的各類問題，局里今后還將會定期召開信息化建設(shè)會議，力推進(jìn)全系統(tǒng)信息化建設(shè)工作。
關(guān)鍵詞：公交調(diào)度；時間間隔；狀態(tài)空間模型；狀態(tài)進(jìn)化矩陣；選種池
中圖分類號：U491.2TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Abstract：An intelligent optimization algorithm with real strings based on state space model （SIA） was presented to solve bus dispatching problem in urban public transport system. The basic idea of genetic algorithm （GA） was introduced to SIA. The state evolution matrix was constructed to guide the search direction of the algorithm， then through the selection mechanism of selection pool to approach optimal solution. This algorithm and GA were applied to the public transport optimization dispatching problem. Mathematical model was set up by considering the time interval，and the benefit maximization of enterprises and passengers. The results of example simulation show that SIA is better than GA in optimization accuracy and amount of calculation.
Key words：pubic transport dispatching；time interval；state space model；state evolution matrix； selection pool
1 引 言
隨著現(xiàn)實世界中交通擁堵情況日趨嚴(yán)重，調(diào)節(jié)城市公共交通運(yùn)營工作成為舒緩交通狀況、改善城區(qū)生活質(zhì)量的重要手段之一。城市公共交通運(yùn)營工作可以轉(zhuǎn)化為公交優(yōu)化調(diào)度問題進(jìn)行處理，而本文以公交線路發(fā)車間隔的設(shè)定來進(jìn)行公交優(yōu)化，即要求在一個調(diào)度周期（公交線路一天的運(yùn)營時間）內(nèi)，根據(jù)車流情況，在滿足整體社會效益和經(jīng)濟(jì)效益的情況下，優(yōu)化各時段的發(fā)車時間間隔，以使得公交公司和乘客花費(fèi)成本最低。隨著對公交優(yōu)化調(diào)度問題研究的不斷深入，國內(nèi)外許多學(xué)者提出了大量方法來解決該問題，取得了一定的成果。如Qing和Han[1-2]等人從發(fā)車間隔對公交系統(tǒng)的影響出發(fā)，提出用遺傳算法進(jìn)行公交車發(fā)車時間間隔優(yōu)化；Gong和Cheng[3-5]等人了改進(jìn)型遺傳算法用以優(yōu)化發(fā)車頻率問題；文獻(xiàn)[6]通過兩種算法融合，采用優(yōu)勢互補(bǔ)的特點為優(yōu)化公交調(diào)度問題提供了一種有效途徑；文獻(xiàn)[7-9]則分別介紹了不同算法在求解公交調(diào)度問題最優(yōu)解過程中的方法。
以上所提及的優(yōu)化方法對于本文進(jìn)行優(yōu)化公交車調(diào)度問題具有重要的指導(dǎo)意義。本文提出一種基于離散系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的實數(shù)編碼智能優(yōu)化算法[10]。由于狀態(tài)空間模型的引入不僅能把種群信息以最小信息形式描述出來，而且還能清楚顯示算法迭代尋優(yōu)過程中個體的狀態(tài)變化，因而該模型可以將問題的求解過程表示為動力學(xué)求解過程。基于此，該算法通過構(gòu)造一個狀態(tài)進(jìn)化矩陣來替代遺傳算法中的交叉與變異算子功能來產(chǎn)生一組進(jìn)化解。通過選種池的選擇作用產(chǎn)生較優(yōu)解。相比于遺傳算法易陷入早熟停滯、計算量大和局部搜索能力差等缺點[11]，本文提出的算法具有計算量較小、計算精度較高、計算速度較快等特點。最后給出一個公交車發(fā)車時間間隔優(yōu)化實例，仿真結(jié)果驗證了這種算法的有效性。
2 基于狀態(tài)空間模型的智能優(yōu)化算法
2.1 概述
近年來，國內(nèi)外有不少學(xué)者熱衷于用不同的方法來解決公交調(diào)度優(yōu)化問題。其中，遺傳算法成為人們尋求解決優(yōu)化問題的重要途徑，它通過迭代執(zhí)行選擇、交叉、變異三個遺傳算子的遺傳操作，使問題的解逐步向最優(yōu)解方向靠近。本文提出的基于狀態(tài)空間模型的實數(shù)編碼智能優(yōu)化算法是一種以離散系統(tǒng)狀態(tài)空間模型為基礎(chǔ)，引入遺傳算法理念的優(yōu)化算法。它將實數(shù)編碼問題的解方便地以狀態(tài)空間模型的方式表示，使得問題的求解過程更直觀、高效。
基于狀態(tài)空間模型的智能優(yōu)化算法將問題的求解過程表示為離散系統(tǒng)的動力學(xué)求解過程，即X′（k+1）=GX（k）（1）其中，狀態(tài)向量X（k）表示為第k代群體，它是一個N×M矩陣（N表示為種群中個體總數(shù)量，M為每個個體包含的變量數(shù)）。G為狀態(tài)進(jìn)化矩陣（N×N方陣），G的構(gòu)造是本算法研究的核心內(nèi)容，可以依照遺傳算法的基本思想構(gòu)造。本文以遺傳算法的基本理念構(gòu)造G，此矩陣替代了在遺傳算法中起交叉、變異的遺傳操作。本算法采用在約束范圍內(nèi)隨機(jī)生成的方式來產(chǎn)生初始群體X（0），再通過G矩陣生成群體X′（1），即種群X（k）通過G矩陣生成新的種群X′（k+1）（k=0，1，….）。在種群X′（k+1）中判斷其個體是否滿足算法約束條件，若不滿足，則需進(jìn)行約束處理，再將包含X（k）與X′（k+1）的共2N個投入選種池。選種池是依照遺傳算法中優(yōu)勝劣汰的思想啟發(fā)而設(shè)計，通過計算2N個個體適應(yīng)度函數(shù)值選擇適應(yīng)度值較大的N個個體組成新一代群體X（k+1），再置X（k+1）為X（k），如此循環(huán)迭代，直到滿足停機(jī)條件后結(jié)束，如圖1所示。
3 SIA用于公交優(yōu)化調(diào)度
3.1 公交優(yōu)化調(diào)度問題的數(shù)學(xué)描述
1）模型假設(shè)條件
公交發(fā)車時間間隔模型的建立要考慮到多種因素的影響，如公交公司滿意度、乘客滿意度、運(yùn)行環(huán)境等。在同一時段內(nèi)，若發(fā)車間隔較短，公交公司發(fā)車次數(shù)較多，平均每輛車的載客量減少，環(huán)境污染指數(shù)升高，不利于公交公司的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；若發(fā)車間隔較長，乘客平均等待時間較長，乘客的時間損失較大，會影響乘客的情緒，車內(nèi)人流擁擠，也會影響乘客的舒適度，從而進(jìn)一步影響乘客一天的生活和工作質(zhì)量，乘客損失費(fèi)用較高；若公交車運(yùn)行環(huán)境擁擠，平均每輛車走完全程耗時相對較多，影響公交公司和乘客的整體利益，應(yīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整發(fā)車間隔，以舒緩城市交通環(huán)境。綜上所述，本文對此模型作如下假設(shè)：
（1）公車各時段運(yùn)行環(huán)境良好，且營運(yùn)期間無特殊狀況發(fā)生；
（2）公車運(yùn)行期間為恒速行駛；
（3）公車額定載客人數(shù)相同；
（4）公車運(yùn)營一趟的成本為固定值；
（5）同一時段公車發(fā)車頻率相同；
（6）各時段內(nèi)到達(dá)站點的乘客服從均勻分布；
（7）將乘客上下車時間算入等車時間；
（8）全程實行統(tǒng)一票價，票價2元/人。
2）數(shù)學(xué)模型的建立
從以上仿真結(jié)果可以看出，在α=0.7的情況下，即充分考慮公交公司利益時，發(fā)車間隔明顯比其他兩種情況大；α=0.3時，充分考慮乘客利益，發(fā)車間隔明顯比其他兩種情況小，符合現(xiàn)實情況。同時，根據(jù)表2中的客流情況可以看出，時段1和時段4的客流量相對較大，在仿真結(jié)果中，這兩個時段的發(fā)車間隔整體較其他時段小，達(dá)到了根據(jù)客流合理分配發(fā)車間隔的目的。對比GA和SIA優(yōu)化的發(fā)車間隔及其對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)，可以看出SIA的優(yōu)化結(jié)果明顯優(yōu)于GA，SIA有效性得到驗證。
相較于傳統(tǒng)遺傳算法，SIA的優(yōu)勢在于，通過狀態(tài)空間模型中矩陣的乘法操作來搜索可行域區(qū)間，替代了GA的交叉和變異操作，也在一定程度上減小了算法的計算量。同時，SIA采用實數(shù)編碼，雖然需要對連續(xù)的可行域區(qū)間進(jìn)行離散化，但離散化的計算量較小。而一般情況下，GA采用二進(jìn)制編碼，編碼長度決定了算法的尋優(yōu)精度，精度要求越高，算法編碼越長，過長的二進(jìn)制編碼在解碼的過程中大大增加了算法的計算量，影響算法效率。故在對尋優(yōu)精度要求更高的情況下，SIA的優(yōu)勢更加突出。
5 結(jié) 論
本文針對公交車調(diào)度優(yōu)化中傳統(tǒng)智能算法的不足，提出了一種基于離散系統(tǒng)狀態(tài)空間模型的實數(shù)編碼智能優(yōu)化算法。主要分析了SIA相較于GA在尋優(yōu)精度和計算量方面的優(yōu)勢。仿真結(jié)果表明，在相同的算法條件下，SIA的優(yōu)化結(jié)果明顯優(yōu)于GA，驗證了SIA的有效性。參考文獻(xiàn)
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Abstract： This paper is aiming at the characteristics of new energy bus and the problems of public transport information construction， based on data sharing， battery monitoring and charging schedule of new energy vehicles as the focus， it is setting up the function system of intelligent dispatching system of new energy vehicles， security and improve the efficient use of new energy bus.
P鍵詞： 公交智能調(diào)度系統(tǒng)；新能源；公共交通；調(diào)度
Key words： public transport intelligence dispatching system；new energy；public transport；dispatching
中圖分類號：U491.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）15-0128-03
1 新能源公交車應(yīng)用背景
作為國家七大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，節(jié)能與新能源汽車是實現(xiàn)中國制造2025以及汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要戰(zhàn)略支撐。從“十五”期間開始，我國針對新能源汽車開始進(jìn)行大規(guī)模研發(fā)，通過“十五”奠定基礎(chǔ)、“十一五”進(jìn)行布局、“十二五”重點立項，中國新能源汽車已經(jīng)從示范考核階段發(fā)展到產(chǎn)業(yè)化啟動階段。
2015年11月10日，工信部與財政部、交通部聯(lián)手制定了《新能源公交車推廣應(yīng)用考核辦法（試行）》，加快了新能源汽車在公交行業(yè)的使用步伐。各地方政府隨之加大了新能源汽車推廣的力度，如2016年4月18日，廣東省正式公布了《廣東省人民政府辦公廳關(guān)于加快新能源汽車推廣應(yīng)用的實施意見》，提出珠三角地區(qū)要成為全國純電動公交車推廣應(yīng)用的示范區(qū)域。深圳市計劃在2017年公交全部使用純電動大巴。因此，城市公交企業(yè)使用新能源汽車勢在必行。
2 新能源公交運(yùn)營信息化中存在問題
2.1 新能源公交使用中存在的問題
國內(nèi)外新能源汽車的研發(fā)和試用已有較長時間，但量產(chǎn)化和規(guī)模推廣卻始終舉步維艱，推廣新能源汽車面臨動力電池容量不足而價格高、充電樁配套不足、缺乏可持續(xù)的商業(yè)模式等著多方面難題亟需破解，在運(yùn)營過程中主要存在以下問題：
①車輛技術(shù)的不穩(wěn)定性制約公交運(yùn)營。
純電動公交車輛處于技術(shù)的起步階段，以動力電池為主的關(guān)鍵零部件技術(shù)還難以達(dá)到安全、可靠運(yùn)營要求，在運(yùn)營過程中需持續(xù)監(jiān)控其技術(shù)狀況，積累技術(shù)數(shù)據(jù)。
②電池的續(xù)航能力制約公交的運(yùn)營效率。
新能源車輛續(xù)航能力有限，充滿電一次的運(yùn)營里程約為150-180km，達(dá)不到公交車日運(yùn)營里程220km以上要求，需在運(yùn)營過程中安排充電。而充電設(shè)施不足與布局不合理，導(dǎo)致對動力電池的監(jiān)控與充電調(diào)度必不可少。
③運(yùn)營的復(fù)雜性。
新能源公交運(yùn)營模式有別于傳統(tǒng)公交，除需考慮線路本身的情況外，還要綜合考慮車輛的續(xù)航里程、充電站布局、充電樁的使用情況等。因此，要保證新能源公交車的高效使用，必須建立高度信息化的調(diào)度系統(tǒng)。
2.2 公交信息化過程中存在的問題
①信息孤島嚴(yán)重。
在公交企業(yè)信息建設(shè)過程中，以業(yè)務(wù)版塊為導(dǎo)向進(jìn)行信息化建設(shè)，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無統(tǒng)一的數(shù)字化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及承載平臺，線路、車輛、人員等數(shù)字化基礎(chǔ)信息各自采集，信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，已經(jīng)成為公交企業(yè)業(yè)務(wù)流程信息化的瓶頸。
②核心生產(chǎn)業(yè)務(wù)信息化程度低。
由于公交屬傳統(tǒng)勞動密集性行業(yè)，在公交運(yùn)營各環(huán)節(jié)基本上沿襲了傳統(tǒng)的手工操作，信息化建設(shè)還處于初級階段，如采用人工錄入表格來傳遞作業(yè)計劃，投入的車載設(shè)備及其配套的調(diào)度軟件系統(tǒng)由于沒有與作業(yè)流程進(jìn)行融合，在生產(chǎn)組織中并未發(fā)揮期望的作用。
③日常運(yùn)營監(jiān)管和應(yīng)急指揮手段單一。
公交日常運(yùn)營監(jiān)管和應(yīng)急指揮主要由總公司和各運(yùn)營分公司相關(guān)人員按照工作流程和經(jīng)驗，通過電話、現(xiàn)場指揮等傳統(tǒng)人工方式進(jìn)行，缺乏有效的應(yīng)急聯(lián)動手段與工具。
④對于日常管理和決策輔助不足。
公交企業(yè)的數(shù)據(jù)和信息的集成范圍廣、內(nèi)容多，但分散的信息平臺難以支撐運(yùn)營組織與信息的一體化趨勢，大量的運(yùn)營基礎(chǔ)數(shù)據(jù)僅作為存檔和統(tǒng)計用，缺乏數(shù)據(jù)挖掘、決策輔助功能。
3 新能源公交運(yùn)營信息化系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)
3.1 新能源公交的運(yùn)營調(diào)度模式
實現(xiàn)公交高效運(yùn)營的核心是對運(yùn)動中的公交車輛進(jìn)行實時監(jiān)控和調(diào)度，借鑒公交信息化經(jīng)驗，新能源公交信息化系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)以智能調(diào)度為核心，建立包括新能源車輛狀態(tài)監(jiān)控在內(nèi)的遠(yuǎn)程集中調(diào)度模式，如圖1所示。
3.2 新能源公交信息化系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)
針對新能源公交運(yùn)營需求，新能源公交智能調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)為：“五個平臺（數(shù)據(jù)綜合共享平臺、集中調(diào)度平臺、綜合監(jiān)控平臺、應(yīng)急指揮平臺和信息平臺）、一個系統(tǒng)”（輔助決策系統(tǒng)）。
①數(shù)據(jù)綜合共享平臺。
數(shù)據(jù)綜合共享平臺是公交企業(yè)信息化建設(shè)和推廣的重要基礎(chǔ)平臺，要統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，整合人力資源系統(tǒng)、運(yùn)營統(tǒng)計系統(tǒng)、車輛檔案等現(xiàn)有系統(tǒng)，實時共享數(shù)據(jù)，消除信息孤島，建成整個企業(yè)資源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享平臺，實現(xiàn)日常作業(yè)數(shù)據(jù)的實時更新、匯集、處理和分析。
②集中調(diào)度平臺。
實現(xiàn)智能調(diào)度的重要標(biāo)志是遠(yuǎn)程集中調(diào)度，通過調(diào)度平臺進(jìn)行行車監(jiān)控和實時調(diào)度，同時監(jiān)控車輛動力電池的電量、充電設(shè)施的使用情況，支持調(diào)度平臺與車載終端進(jìn)行信息交互，實現(xiàn)不同線路調(diào)度員在統(tǒng)一的調(diào)度平臺上對車輛進(jìn)行遠(yuǎn)程集中調(diào)度以及車輛充電調(diào)度。
③綜合監(jiān)控平臺。
綜合監(jiān)控平臺包括行車監(jiān)控、地圖監(jiān)控、車廂視頻監(jiān)控和場站視頻監(jiān)控等，利用統(tǒng)計圖表、視頻圖像、實時數(shù)據(jù)分析等方式，分層級監(jiān)管線路運(yùn)營情況，如基礎(chǔ)資源、運(yùn)營狀況、服務(wù)質(zhì)量、實時路況、視頻圖像等。
④應(yīng)急指揮平臺。
應(yīng)急指揮是公共交通運(yùn)營調(diào)度水平的重要指標(biāo)，通過智能調(diào)度系統(tǒng)實時掌握車輛運(yùn)行信息、路況信息以及相應(yīng)的視頻信息等應(yīng)急所需信息，下達(dá)應(yīng)急指令，監(jiān)控應(yīng)急車輛、人員的工作過程和應(yīng)急事件的完成情況。
⑤信息平臺。
在監(jiān)控指揮平臺和數(shù)據(jù)共享平臺的基礎(chǔ)上，建設(shè)一個對外信息平臺，面向上級主管部門和行業(yè)監(jiān)管部門、大交通應(yīng)用和信息聯(lián)動、公眾（包括企業(yè)內(nèi)、社會公眾和乘客）等三個層面運(yùn)營信息，服務(wù)于公交出行。
⑥輔助決策系統(tǒng)。
在收集運(yùn)營監(jiān)控和應(yīng)急響應(yīng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立針對公交運(yùn)營的輔助決策數(shù)據(jù)模型，包括行車作業(yè)計劃編制模型、運(yùn)營狀況評估模型和線網(wǎng)評價模型等，持續(xù)改進(jìn)公交運(yùn)營效率。
總體上來看，數(shù)據(jù)共享是基礎(chǔ)，日常監(jiān)控、集中調(diào)度和應(yīng)急指揮是目的，信息和輔助決策是提升。針對新能源公交車輛，重點要對新能源公交車輛的技術(shù)、動力電池、充電設(shè)施設(shè)備等情況進(jìn)行實時監(jiān)控采集，并與運(yùn)營調(diào)度、應(yīng)急指揮等子系統(tǒng)實時共享。
3.3 智能調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)架
根據(jù)智能調(diào)度的建設(shè)目標(biāo)，公交信息化系統(tǒng)應(yīng)以智能公交調(diào)度系統(tǒng)為核心子系統(tǒng)，集成公交企業(yè)現(xiàn)有或正在建設(shè)的單獨(dú)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，實現(xiàn)子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)有效對接和共享，提升整體信息化程度，系統(tǒng)功能體系如圖2所示。
4 新能源公交信息化系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵點
借鑒公交企業(yè)的信息化建設(shè)成功的經(jīng)驗與教訓(xùn)，在新能源車輛的公交信息系統(tǒng)建設(shè)過程中，需要把握以下關(guān)鍵點：
4.1 數(shù)據(jù)共享中心建設(shè)
數(shù)據(jù)共享中心是集成、處理和分發(fā)公交企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)信息的樞紐，有別于常規(guī)動力公交車輛，新能源公交信息化系統(tǒng)要突出車輛技術(shù)、動力電池以及充電設(shè)備的監(jiān)控。
信息采集層主要由車輛信息系統(tǒng)（含電池電量）、停車場信息系統(tǒng)（充電設(shè)施使用情況）、站點信息系統(tǒng)（包括終點站、樞紐站、中途站等）、客流集散點或重要地點地段信息采集系統(tǒng)組成；信息處理主要由數(shù)據(jù)中心來完成，包括數(shù)據(jù)服務(wù)、通信服務(wù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理服務(wù)等；信息主要是對內(nèi)信息的利用（服務(wù)于日常運(yùn)營和生產(chǎn)作業(yè)等日常管理）和對外作為行業(yè)、社會公眾信息平臺的信息來源。功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。
從圖中可以看到，統(tǒng)一集成的數(shù)據(jù)由綜合業(yè)務(wù)處理模塊結(jié)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，形成內(nèi)部業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流后，直接發(fā)送到實時信息服務(wù)和統(tǒng)計分析服務(wù)進(jìn)行分析和處理，再結(jié)合GIS服務(wù)、數(shù)據(jù)同步服務(wù)，形成數(shù)據(jù)中心對上層應(yīng)用和各個外部應(yīng)用的綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺。
4.2 電池狀態(tài)監(jiān)控與充電調(diào)度
在新能源車輛的信息化系統(tǒng)建設(shè)中，須導(dǎo)入動力電池監(jiān)控系統(tǒng)，更好地為新能源車輛公交運(yùn)營提供支持與服務(wù)。動力電池監(jiān)控系統(tǒng)與智能運(yùn)調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，實時采集新能源公交車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)（包括動力電池衰減趨勢、充電時間、百公里電耗、續(xù)航里程、故障頻率和種類等），服務(wù)于日常的運(yùn)營組織，同時積累的運(yùn)營數(shù)據(jù)為制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、扶持政策等提供數(shù)據(jù)支撐。
系統(tǒng)至少具有三大功能：①監(jiān)測整車充電與行駛中動力電池實時性能；②監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)充電機(jī)運(yùn)行狀況及使用情況；③根據(jù)電池電量、充電設(shè)施使用情況以及線路運(yùn)營計劃，合理安排車輛充電等。
動力電池監(jiān)控系統(tǒng)與充電調(diào)度系統(tǒng)將車輛、動力電池、充電設(shè)備系統(tǒng)地聯(lián)接起來，在保證電池電能滿足運(yùn)營需求、提高充電設(shè)施使用效率的同時，建立電池系統(tǒng)安全體系，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障或電池性能超出設(shè)定閥值，系統(tǒng)將在第一時間作出反應(yīng)，及時啟動相應(yīng)保護(hù)措施。
5 結(jié)語
建立一體化、數(shù)字化的公交信息系統(tǒng)對于提升車輛運(yùn)營效率、推動新能源汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著深遠(yuǎn)意義。在新能源公交信息化過程中，不能是技術(shù)的簡單堆砌，系統(tǒng)規(guī)劃以及企業(yè)管理制度與信息化系統(tǒng)的匹配需要建設(shè)過程中不斷思考完善。
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