2BRT快速公交車輛調(diào)度系統(tǒng)的設計和開發(fā)――最終版

1、BRT快速公交車輛調(diào)度系統(tǒng)的設計和開發(fā)徐瑜婷yu， 尹相勇（北京交通大學交通運輸學院，北京 ）摘要快速公交是智能公交系統(tǒng)中重要的組成部分，也是公交現(xiàn)代化的發(fā)展方式。在介紹快速公交和智能交通系統(tǒng)的基礎上，對快速公交系統(tǒng)的車輛調(diào)度和監(jiān)控系統(tǒng)進行結構分析和設計，通過北京市朝陽區(qū)實例分析，驗證系統(tǒng)的可行性，為快速公交和智能系統(tǒng)發(fā)展有一定指導意義。關鍵字 快速公交系統(tǒng)；智能公交系統(tǒng)；系統(tǒng)開發(fā)設計Design and Development of Vehicle Dispatching for Bus Rapid Transit SystemXu Yu-ting, Yin Xiang-yong(Schoo

2、l of Traffic and Transportation, Beijing Jiaotong University, Beijing , China)Abstract：The bus rapid transit is an important part of intelligent transportation system. On the base of the definition of bus rapid transit and intelligent transportation system, the vehicle dispatching and monitoring sys

3、tem was designed. Then using actual data of Chao Yang district in Beijing, a case study was made. The result of the case study could calculate the increasing freight carrying capacity easily, and provide guiding and reference significance for the improvement of the both systems.Key words：Bus Rapid T

4、ranst(BRT); Intelligent Transportation System; system development and design 0 引言隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市機動車輛的數(shù)量不斷增加，城市交通問題如交通擁堵、交通事故、環(huán)境污染等問題越來越突出，交通運輸狀況急需改善。解決這些問題的常用辦法是“增加供給”和“控制需求”1，但這兩種方法都有一定的局限性。“增加供給”是指增加交通網(wǎng)，大量修筑道路基礎設施。但由于受城市空間、物力、財力等的限制，此方法并不能成為首選方案?！翱刂菩枨蟆笔侵赶拗茩C動車輛的數(shù)量，此方法只能從一定程度上緩解城市交通的矛盾，不能從根本上解決問題，因為隨著生

5、活水平的提高，城市居民家庭轎車會不斷增多，交通壓力會越來越大。利用先進的通信技術、計算機技術對路網(wǎng)2-3進行優(yōu)化管理是解決問題的最佳途徑?？焖俟幌到y(tǒng)（BRT）亦稱巴士快速交通4, 30，它結合軌道交通的運營模式及常規(guī)公交的自身特點，采用先進的公交車輛和優(yōu)良的服務設施，通過專用道路空間并配合智能交通技術，為廣大乘客提供舒適、便捷、高效、優(yōu)質的服務，是一種高品質、高規(guī)格、高效率、低能耗、低污染、低成本的新型公共交通形式，它既具備了軌道交通的固有特點(高容、快速)，又保持了常規(guī)公交的傳統(tǒng)優(yōu)勢(靈活、經(jīng)濟)，是提高交通運輸效率、解決交通擁擠、減少交通污染、降低建設投資、縮短建設周期的有效途徑，因此，

6、很多國家稱其為“軌道式的公共汽車交通”(“Think raft，use bus”)或“地面上的地鐵”28。1 基本原理介紹快速公交系統(tǒng)的投資及運營成本比軌道交通低，而運營效果接近于軌道交通，是一種服務介于軌道交通和常規(guī)公交之間的公共交通模式，屬于綠色交通(Green Transport)方式89。在建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的背景下，大力發(fā)展快速公交系統(tǒng)是落實“公交優(yōu)先”戰(zhàn)略和“節(jié)能減排”工作的重要舉措。軌道交通的優(yōu)勢不僅來自軌道本身，而且來自系統(tǒng)集成，圍繞軌道專用空間，形成高度集成化的運營系統(tǒng)14-17 ?？焖俟唬˙RT）的智能交通系統(tǒng)各系統(tǒng)之間的集成關系詳細如圖1所示23：圖1 快速

7、公交智能系統(tǒng)集成關系3 BRT車輛調(diào)度系統(tǒng)結構設計基于GPS的車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)主要由車載終端、無線數(shù)據(jù)鏈路和監(jiān)控中心3部分組成。車載終端將GPS定位信息通過無線數(shù)據(jù)鏈路上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心也可以通過無線數(shù)據(jù)鏈路將調(diào)度指令傳送到車載終端，從而實現(xiàn)車輛的監(jiān)控和調(diào)度。車載終端設計時，利用GPRS通信時，采用TCPIP協(xié)議，必須內(nèi)置TCPIP協(xié)議棧。通常由兩種解決方法，一種是采用TCPIP協(xié)議棧專用芯片，一種是在微處理器的系統(tǒng)程序中增加TCPIP協(xié)議轉換部分24。本系統(tǒng)車載終端是將TCPIP協(xié)議集成到微處理器中，利用軟件完成協(xié)議轉換。此外車載終端系統(tǒng)最為重要的是OPS系統(tǒng)，即里程表定位系統(tǒng)(OPS

8、)，包括了數(shù)據(jù)分析處理器、移動GPRS終端、CPU處理器、接口電路、存儲器等器件，構成了車載單元的核心部分。其中，里程數(shù)轉換、站點設置，超速、堵車判決、自動報站控制信號輸出、下傳指令接收及執(zhí)行，均是通過軟件來實現(xiàn)的。車載終端和中心服務器建立面向連接的專用Socket接口25，將位置和其他信息封裝在數(shù)據(jù)包中，通過Socket連接發(fā)送到對方。收發(fā)雙方遵循統(tǒng)一的數(shù)據(jù)包結構進行封裝和解析。在通信過程中車載終端和計算機中心通過GPRS網(wǎng)絡相互傳送數(shù)據(jù)，能實現(xiàn)的車載終端的信息傳輸反應功能如圖2所示26。圖2 車載終端的信息傳輸反應功能圖無線數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)應能接收各種類型的數(shù)據(jù)，包括27,4：城市基礎設施、房

9、產(chǎn)、標志性建筑等基本背景數(shù)據(jù)；交通線路、公交線路、站點的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)；GPRS傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；電子標簽和定點檢測設備提供的數(shù)據(jù)；乘客相關數(shù)據(jù)；公交公司的相關統(tǒng)計信息。同時，系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)能夠自動進行分類、處理、入庫，并維護數(shù)據(jù)的完整性、一致性。在數(shù)據(jù)遭受意外破壞時能進行恢復處理。對屬性信息的使用應提供用戶使用權限管理，針對不同級別的用戶限制其存取數(shù)據(jù)的范圍保證數(shù)據(jù)的安全性。對此設計出的該系統(tǒng)框圖如圖3所示3。圖3 無線數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)設計框架圖監(jiān)控中心系統(tǒng)設計時，主要采用GIS技術。GIS主要是根據(jù)采集的各類信息轉換在電子地圖進行顯示，通過GIS實現(xiàn)對公交車輛實時監(jiān)控，它能夠顯示3-10,29：

10、公交線路沿線附近的主要單位分布平面圖；公交線路分布：各條公交線編號，起始及終點站以及中間各站名稱、線路距離；公交停車場、公交車輛加油站位置、公交維修站分布及各類管理站點位置；公交車輛動態(tài)運行狀況：車輛號，從起點站開出時間、到各站的時間、站問運行狀況、交通阻塞地點、位置顯示、交通事故位置顯示、車輛事故位置顯示；公交車輛交通沿線重要單位(企業(yè)、酒店)、政府機關、公安部門、醫(yī)院；乘客滯留站點位置名稱顯示。為滿足系統(tǒng)功能要求，系統(tǒng)采用標準的WebGIS三層結構4-7。其中：客戶端是Web瀏覽器，通過安裝GIS Plug-In下載GIS Java Applets，實現(xiàn)客戶端的GIS計算。應用邏輯服務器端

11、由Web服務器、ArcIMS連接器和應用服務器、ArcIMS空間數(shù)據(jù)服務器等組成。Web服務器接受客戶端的GIS服務請求，傳遞給ArcIMS應用服務器和ArcIMS應用服務器連接器以及ArcIMS空間數(shù)據(jù)服務器，并把結果送回給客戶；ArcIMS連接器和應用服務器以及空間數(shù)據(jù)服務器完成客戶端的GIS服務請求的功能，將結果轉為HTML頁面返回客戶端；其中由于應用服務器連接器采用的是Servelet Connector，所以需要在Web服務器端安裝SevletExe。ServletExec是一個快速的Servlet和JSP引擎，它可以集成到大多數(shù)流行的Web服務器，以使得IIS支持JSP。WebGI

12、S中間件用于實現(xiàn)復雜的WebGIS功能。數(shù)據(jù)庫服務器端采用Arc/Info的ArcSDE空間數(shù)據(jù)引擎和Oracle8i讀取和存取屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)。為了增進系統(tǒng)的功能，客戶端、Web Server、Application Server、ArcIMS Server及數(shù)據(jù)庫可以選擇性地分置于不同的機器上。這種多層次的構架可以使應用程序易于管理、平衡系統(tǒng)的負載以及更有利于數(shù)據(jù)的分工與收集，WebGIS體系結構圖如圖4所示8。圖4 WebGIS體系結構圖具體的功能設計如下所示7-10：1 電子地圖是經(jīng)過矢量化的數(shù)字地圖，可以無級放大、縮小和漫游。電子地圖的構成要素有點、線、面、標注。各要素處在不同的層

13、次(圖層)，用戶可以方便地打開或關閉某一圖層。對于車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)來說，主要是要制作監(jiān)控車輛行駛區(qū)域的電子地圖。例如，如果監(jiān)控車輛的行駛區(qū)域為武漢市城區(qū)，則需要制作武漢市城區(qū)的電子地圖。電子地圖主要顯示主干道、警力點、加油站、車輛維修點、河流以及學校等。2 監(jiān)控車輛信息數(shù)據(jù)庫，監(jiān)控車輛信息數(shù)據(jù)庫包括車輛數(shù)據(jù)庫、司機信息數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控信息數(shù)據(jù)庫、異常事件數(shù)據(jù)庫等。各數(shù)據(jù)庫存放的信息如下：3 車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)軟件開發(fā)，車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)包括如下功能模塊：1)數(shù)據(jù)通信。按照規(guī)定的通信協(xié)議向監(jiān)控目標發(fā)送控制指令，接收監(jiān)控目標發(fā)送回來的數(shù)據(jù)。2)車輛監(jiān)控?？梢栽陔娮拥貓D上實時顯示各受控車輛的當前位置。用戶可

14、以打開多個窗口跟蹤監(jiān)控不同的目標或區(qū)域，并顯示目標的相關信息(司機姓名、車號、速度、方向等)。3)車輛調(diào)度?？梢愿鶕?jù)要求對監(jiān)控車輛進行調(diào)度，如乘客約車時，監(jiān)控中心可以指定距約車地點最近的車輛去接送乘客。調(diào)度分為自動調(diào)度和人工調(diào)度。自動調(diào)度是指系統(tǒng)根據(jù)一定的調(diào)度算法，選定合適的車輛，并發(fā)送調(diào)度指令。人工調(diào)度指監(jiān)控中心的調(diào)度員根據(jù)各車輛的位置，選定合適的車輛，并發(fā)送調(diào)度指令。4)軌跡回放。在實時顯示車輛位置時，以一定的數(shù)據(jù)格式將車輛的位置信息記錄下來，系統(tǒng)可以根據(jù)需要將監(jiān)控車輛的歷史軌跡進行回放。5)電子地圖顯示。顯示道路、河流、政府機關、學校、醫(yī)院、標志性建筑等地圖元素及相應的文字標注。支持地圖

15、的無級放大、縮小、漫游等，也可分塊、分層顯示，還可與其它圖(如遙感圖、航拍圖、掃描圖等)復合使用以提供更詳實的信息。電子地圖可根據(jù)用戶的需要進行編輯。6)信息查詢。對地圖上任意地圖元素進行查詢(包括點查詢、區(qū)域查詢)，也可以對車輛信息、報警信息等進行查詢。7)報警處理。在接到受控車輛的報警后，啟動聲光報警系統(tǒng)，提醒值班人員，同時電子地圖上以醒目的顏色顯示報警車輛位置及其詳細資料。如遇多輛車同時報警，監(jiān)控中心則自動按車輛的監(jiān)控優(yōu)先級處理報警。中心接警人員處理完報警后，系統(tǒng)將解除報警。8)報表打印。對所記錄的數(shù)據(jù)進行分析、統(tǒng)計、計算，根據(jù)用戶的要求生成相應的報表并打印出來。9)系統(tǒng)維護。能對系統(tǒng)的

16、有關數(shù)據(jù)進行更新和維護，如電子地圖數(shù)據(jù)更新、監(jiān)控車輛信息修改等。4 智能車輛調(diào)度系統(tǒng)實例分析以北京i朝陽路BRT為例28,7-9，該BRT快速公交線路是北京繼南中軸快速公交項目后的第二條快速公交線路。線路西起朝陽門，東至朝陽區(qū)楊閘環(huán)島，全程總長約16公里?？焖俟粚Ｓ密嚨牢恢冒才旁谳o路的內(nèi)側，采用物理隔離、智能管理控制系統(tǒng)。包括運營調(diào)度管理、乘客信息服務、路口信號優(yōu)先和IC卡驗票；朝陽路快速公交共設站點20個，平均站距約860米。其中楊閘場站為新建公交場站，具備站發(fā)、部分駐車、線路運營管理和智能調(diào)度功能；東大橋，東大橋東，楊閘總站為單側站臺。運營采用l8N鉸接右側開門快速公交專用車輛；采用站臺

17、刷卡和無人售票的方式；設計運營速度203O公里/小時，配車數(shù)90輛。朝陽路BRT智能系統(tǒng)，是根據(jù)運營指揮與乘客信息服務的需要，提出朝陽路BRT智能系統(tǒng)需求，實現(xiàn)依托楊閘調(diào)度中心(朝陽路BRT車隊駐地)對朝陽路快速公交運營的智能、優(yōu)化調(diào)度和管理，其功能系統(tǒng)圖和物理結構圖分別如下5、6所示28。圖5 朝陽路BRT智能系統(tǒng)功能圖 圖6 朝陽路BRT系統(tǒng)物理結構圖車載設備通過車載子系統(tǒng)的各項功能，能夠為乘客提供全方位的信息服務；為調(diào)度管理者提供車輛實時信息，并對車輛提供實時的干預手段；為司機提供自我管理的信息，和把車輛信息上報管理人員的手段； 向交通信號系統(tǒng)提供車輛運行信息，使BRT車輛能夠優(yōu)先通過路

18、口。一、車內(nèi)安裝的電子設備能夠實現(xiàn)以下功能1、信息服務提供，向乘客提供信息服務，如顯示到站站名、離站站名、天氣道路緊急情況等信息。2、監(jiān)控、調(diào)度：通過車載GPS定位和GPRS通訊功能，將車輛的實時位置上傳到調(diào)度室服務器，調(diào)度終端可通過調(diào)度軟件將當前車輛位置顯示在模擬線路圖或GIS地圖上。3、語音通話：通過車載主機的電話功能，駕駛員可向后臺調(diào)度人員反映車輛的運行情況；后臺人員也可隨時語音調(diào)度駕駛員和車輛。4、運營數(shù)據(jù)的采集手段：通過電子設備采集的數(shù)據(jù)可以在后臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，形成運營報表，為BRT管理公司提供準確的運營分析，完成對駕駛員考核。5、報警與提醒：車輛超速報警、車輛到達站點的準點

19、情況提醒等，保證BRT車輛的安全、穩(wěn)定的運行。6、信號優(yōu)先：當BRT車輛接近路口時，車載優(yōu)先單元將向路邊優(yōu)先單元發(fā)送的優(yōu)先申請信號，再由后者將優(yōu)先申請發(fā)至信號機進行優(yōu)先控制。7、與楊閘場站調(diào)度的通信：采用GPRS、DSRC和電話三種通信方式。二、車載主要設備1、車載主機：車載主機是車內(nèi)智能公交電子設備的核心，是其他車載智能電子設備的控制中樞，也是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ馈?、報站器：報站器由車載主機控制自動報站，也可手動報站，安裝于司機駕駛座的左側，采用內(nèi)嵌式安裝。3、專用LCD及鍵盤：司機專用LCD及鍵盤是司機與調(diào)度人員主要交互的設備，也是司機向乘客主動發(fā)布提示信息的設備。一般情況下，該設備會自動顯示

20、內(nèi)容。特殊情況下，司機可對設備進行操作。4、站節(jié)牌：站節(jié)牌是顯示BRT線路運行所經(jīng)過的站點以及車輛當前運行位置的電子設備。站節(jié)牌安裝在在車輛前后車內(nèi)視野寬闊的地方，方便乘客查看。5 結論與展望快速公交系統(tǒng)相較于城軌，投入成本低，回收效益快；相較于公交，運行速度快，運能大，能更好地利用有限資源。在我國，快速公交的引入還有待進一步的研究，但是，從北京成功的運行BRT的情況可以看出，公交和快速公交系統(tǒng)的合作優(yōu)勢明顯，如圖7所示17。同時，快速公交系統(tǒng)引入智能化系統(tǒng)，更科學現(xiàn)代化的利用計算機、通信以及現(xiàn)代發(fā)展科學技術，在現(xiàn)有的土地資源下刺激運量潛能，提供更多的運輸供給，更好解決我國的道路擁擠問題。圖7

21、 智能交通系統(tǒng)與公交行業(yè)合作的優(yōu)勢參考文獻1 張存保，劉獨華，林世究，曹輝，吳超仲車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的設計與開發(fā)M交通與計算機，20（3），20022 曾素勤，姚樹申BRT系統(tǒng)高峰期運營管理策略淺析M城市公共交通，20113 孫燕軍BRT中的智能交通系統(tǒng)M城市車輛，20064 周風艷，張旭光，王銀蓮基 于ArcGisEngine車輛調(diào)度算法研究與應用M一線技術，20085 宋延，王海忠，石建軍，許國華基子ITS技木構建物流車輛調(diào)度信息平臺M交通標準化物流與信息，20046 謝歡，陳繼努基于WebGIS和GPRS的智能交通系統(tǒng)設計與實現(xiàn)M計算機科學， 32（4），20057 王少飛快速公交(BRT

22、)智能系統(tǒng)的研究與應用M智能交通應用分析，20068 王少飛，關可陜速公交(B RT)智能系統(tǒng)框架結構研究M道路交通與安全，8（2），20089 毛保華城市軌道交通規(guī)劃與設計M北京：人民交通出版社2006：7310110 陸化普，朱軍，王建偉城市軌道交通規(guī)劃的研究與實踐M北京：水利水電出版社，2001：5911 杜棟，龐慶華， 吳炎現(xiàn)代綜合評價方法與案例精選M 北京： 清華大學出版社，2008：96-14312 汪蘇文全球定位系統(tǒng)在車輛調(diào)度應用中的發(fā)展趨勢和市場前景無線電工程，2001(9) 13 曹春生，湯丹GPRS及其在車輛動態(tài)導航中的應用無線電工程，2001(9) 14 徐趁肖，陳軍，朱衡君等基于GPS的車輛導航監(jiān)控系統(tǒng)研究交通與計算