基于物聯網技術的城市公交服務管理模式研究

容明揚，張雪軍，劉俞彤，高旭東，邢耀魯

(山東交通學院 a.管理學院;b.信息與電氣科學學院;c.交通與物流工程學院，山東 濟南 250357)

社會經濟的飛速發展和城市規模的不斷擴大，給城市的公共交通帶來了巨大的壓力，公交車輛擁堵、低效、等候時間長等問題嚴重制約了我國公交優先戰略的實施。《國民經濟和社會發展第十二個五年規劃綱要》中提出：“實施公共交通優先發展戰略，大力發展城市公共交通系統”，讓人民群眾“出行更便捷、乘坐更舒適、換乘更方便、運營更安全”。因此，建立快捷的公共交通系統對城市經濟的發展具有重要的意義。

1 國內外城市公交管理現狀分析

1)我國城市公交存在的主要問題

近年來，隨著我國城市化進程的加快，城市規模不斷擴大，機動車擁有量及道路交通流量急劇增加，特別是大城市，公交車輛增加、線路延長、車次增多，交通擁擠現象仍十分嚴重，且有日益加重的趨勢。據2012年中國國際物聯網(傳感網)博覽會高峰論壇上，交通運輸部公路科學研究院總工程師王笑京表示,國內外實踐經驗表明，解決城市交通問題的重要途徑就是發展公共交通，建立先進的公共交通系統(Advanced Public Traffic System，APTS)，提高道路通行能力和公交車輛運營管理水平。

目前，各大城市普遍存在公交車輛的行車速度下降、行車間隔不均衡，時常出現“串車”、“大間隔”現象，嚴重影響了公交客運的服務質量。由于缺乏現代化的服務管理模式，公交車輛運營過程處于“看不見、聽不著”的落后現狀，具有較大的盲目性和滯后性。尤其是對于公交乘客，乘坐的公交車等候時間長、行駛速度慢，車輛運行、線路信息不能確切及時的提供給乘客。對于政府部門，無法獲取公交公司實際運營情況，也無法實現有效監管。對于公安部門來說，對公交實時監控能力不強，無法做到事前預警和事后取證。對于公交企業本身來講，營運數據不準確、處理周期長，無法提供運營分析和決策支持。因此，建立一個實時信息傳遞、車輛互聯、視頻互聯、智能分析、智慧查詢、交流互動的服務平臺是十分必要的。[1]

2)國內外發展狀況

美、歐、日是世界上經濟成長程度最高的國度和地域，也是世界上智能交通系統(Intelligent Transport System，ITS)開發利用的最好國度。ITS已不限于解決交通擁堵、交通混亂、交通污染等問題，也成為緩解能源缺乏、培養新興產業、加強國際競爭力、提升城市出行平安的良好辦法。

國際上具代表性的智能交通系統有美國智能車輛道路系統(IVHS)、歐洲高效安全交通計劃(PROMETHEUS)、歐洲車輛安全道路結構計劃(DRIVE)和日本的ITS。其中，日本的ITS經過幾十年的發展，覆蓋范圍遍及全國，在解決交通問題上發揮著重要作用。其特點是：將先進的信息技術、計算機技術、數據通信技術、傳感技術、電子控制技術、自動控制理論、運籌學、人工智能等有效地綜合運用于整個交通服務、管理與控制，從而建立起一種大范圍、全方位發揮作用的實時、準確、高效的運輸綜合管理系統，解決日趨惡化的道路交通擁擠、交通事故和環境污染。[3-4]

中國ITS起步較晚，與發達國家還存在較大差距。1988年北京市從意大利引進了2套電子監控裝備，首創了我國城市交通應用電子監控裝備的先河。20世紀90年代中期以來，在科技部、交通部的組織下，我國交通運輸界的科學家和工程技術人員開始跟蹤ITS技術，并取得長足進步。1999年11月國家科學技術部批準成立了國家智能交通系統工程技術研究中心，在交通部、科技部的組織下，該中心完成了“九五”國家重點科技攻關項目“中國智能交通系統體系框架”、國家基礎性科研項目“中國ITS標準體系框架研究”、交通部重點科研項目“智能運輸發展戰略研究”等一系列關系中國ITS發展的重點項目，為我國順利實施ITS 打下了良好基礎。我國與美國、歐洲、日本的智能交通系統發展對比見表1。

表1 我國與美國、歐洲、日本的智能交通系統發展情況對比

進一步落實優先發展城市公共交通政策，推動智能公共交通系統的發展，將進一步提高公交行業的科技水平和服務質量。同時能夠準確獲取公交企業運營成本和效益，以便政府給予補貼和補償。優先發展城市公共交通政策是緩解城市交通擁堵的有效措施，可以改善城市人居環境、促進城市可持續發展。[5]

2 智慧公交服務管理方案

智慧公交管理模式是指以物聯網技術為基礎，通過感知、傳輸、應用3個層次逐步推進，由智能公交向智慧公交轉化的創新服務管理模式。該模式為公交公司與公交乘客之間建立新型的互動服務平臺，將公交服務的內容建設成可知、可視、可控的管理模式。建立居民智慧出行的新途徑，通過車輛、車站、互聯網、移動互聯網、無線射頻識別、手機、乘客、信息處理平臺等要素組合成物聯網環境下的智慧公交，通過這一平臺提供出行、換乘、時間計算、線路選擇、服務質量評價、客流分析、乘運效率分析、車內安防、報警聯動等服務內容。智慧公交服務管理模式見圖1。智慧公交系統結構見圖2。

圖1 智慧公交服務管理模式簡圖

圖2 智慧公交系統結構圖

2.1 車聯網信息系統

車聯網是物聯網應用領域的一個分支，是指安裝在機動車上的電子設備利用無線射頻識別(RFID) 標簽進行自動識別的技術，通過網絡信息平臺實現對過往車輛的工作狀態(靜、動)和屬性特征等信息的提取與采集，交通管理部門根據需求對過往車輛進行有效的監督、調控與管理。

利用車聯網信息系統，可監測每輛車的實時位置、車輛間距、乘員情況，并把信息傳送到調度中心并在GIS上顯示。根據系統需要可選擇不同的技術，包括RFID、路標技術、里程表技術和全球定位系統(GPS)等。車聯網信息系統如圖3所示。

圖3 車聯網信息系統

2.2 智能車站服務系統

通過車站的觸摸屏、電子顯示等媒介為公交乘客提供信息，包括根據乘客起點、終點位置進行車次選擇的智能分析，根據車輛運行情況選擇最佳線路，根據車輛乘員情況對車站乘客進行預報等。[6]

通過觸摸屏等終端進行服務質量信息反饋、乘客意見反饋、乘車滿意度反饋等信息收集，同時提供公交車輛實時到站預報、多語種信息發布、移動智能監控以及盲人電子語音導乘等多種社會服務功能，實時監控公交站臺及周邊客流、車流和治安等狀況。智能車站服務系統如圖4所示。

圖4 智能車站服務系統

2.3 互聯網、移動互聯網服務系統

用戶可以通過電腦、手機，隨時隨地查詢本市各公交車輛的實時位置、上下行方向等信息，方便用戶適時安排自己的乘車計劃，從而大大提高出行效率[7]。在服務系統中同樣可以加入乘客滿意度、服務質量評價反饋等內容。互聯網信息系統見圖5，互聯網設備應用系統見圖6。

2.4 乘客信息收集系統

該系統可以通過車站、互聯網、公交IC卡3個渠道實現信息收集，其中，公交IC卡與無線射頻識別技術結合，可以對乘客進行準確的流量分析、定點分析，準確統計乘客線路、距離、時段，為公交整體運營、調整、調度提供科學依據[8-9]。乘客信息收集系統見圖7。

圖5 互聯網信息系統

圖6 互聯網設備應用系統

圖7 乘客信息收集系統

2.5 視聯網與車內安防系統

視聯網與車內安防系統如圖8所示。

2.5.1 公交車站視聯網系統

系統根據需要實時對各個車站的圖像進行調用、檢索、回放等操作，對分布在各個區域的前端設備進行集中管理和控制，還可對分布在各區域的存儲終端設備進行遠程的集中管理，對各個區域不同的用戶，可以根據指定的權限對系統進行操作。

2.5.2 公交車視聯網系統

公交車視聯網系統的功能為：視頻采集端設備將公交車運行途中的視頻圖像通過傳輸系統傳至視頻信息管理控制平臺；視頻信息通過無線通訊方式，借助電視墻、多媒體大屏幕、PC終端等信息顯示設備，實現視頻監控信息的遠程調用或回放。

圖8 視聯網與車內安防系統

2.5.3 報警聯動系統

一旦遇有緊急險情(如拋錨、火警、治安事件等)，司機馬上按動應急報警按鈕，系統自動向后臺中心報警，后臺中心立刻通知相關單位處理。管理人員可以在地圖屏幕上鎖定且高亮顯示報警車輛位置，并自動進行追蹤顯示，同時自動打開遠程車內視頻通信，便于管理人員遠程監視車內視頻，并開始遠程錄制視頻。

智慧公交系統是對整個公共交通運輸管理體系使用信息技術、人工智能、GPS 技術、電子通信和控制技術等進行綜合有效地管理，達到人、路、車協調統一的配合，從而提高交通運輸率，緩解交通堵塞。

3 結語

公交線路上建成智慧公交服務管理系統，并安裝智慧站牌、車聯網設備，實現對車輛的實時跟蹤和定位、公交車與調度室的雙向通訊、智慧站牌實時顯示下趟班車位置信息等功能。對于政府部門，提高了監督執法水平；對運營公司，優化資源配置，降低運營成本，提高服務質量，提升企業的形象；對營運站場，提高了站場的利用率；對于群眾(駕駛人員、司售人員以及乘客)，保證他們的生命安全，為乘客提供了更方便的導乘信息，同時，提高了車輛運行正步率和服務水平，吸引了大量客流。達到政府受益、企業獲利、群眾滿意的三贏效果。

智慧公交管理模式提出以物聯網技術為基礎，5大系統協同運作的的理論性構想。智慧公交系統的研究可以有效解決城市公共交通的問題，達到人、路、車協調統一的配合，提高了交通運輸率，緩解了交通堵塞。由于本文對系統管理模式的研究處于初期階段，很多內容和技術需要進一步探索。隨著科技的發展，智能設備進一步更新，為智慧公交系統解決城市交通問題的實現提供了更廣闊的發展空間，今后對該領域的研究將會更加深化、完善并走向實用化。

參考文獻：

[1]陳宇峰，向鄭濤，陳 利，等.智能交通系統中的交通信息采集技術研究進展[J].湖北汽車工業學院學報, 2010，24(2)：30-36.

[2]石建軍,李曉莉．交通信息云計算及其應用研究[J].交通運輸系統工程與信息， 2011，11(1):179-184．

[3]邊婷婷.智能交通信號控制系統的研究與實現[D].沈陽：沈陽航空工業學院, 2009.

[4]陸化普.智能運輸系統[M].背景：人民交通出版社，2002.

[5]李野, 王晶波,董利波，等.物聯網在智能交通中的應用研究[J].移動通信, 2010(15)30-34.

[6]陸鍵，項喬君，馬永鋒，等.智能運輸系統(ITS)規劃方法與應用[M].南京：江蘇科學技術出版社，2008.

[7]真虹，劉紅，張婕姝，等.信息流與交通運輸相關理論[M].北京：人民交通出版社,2000.

[8]中國電子信息產業網.智能交通未來的發展方向[EB/OL].(2010-12-22)[2011-11-01]. http://labs.chinamobile.com/mblog/652731_74866.

[9]eNet硅谷動力.車聯網的關鍵技術及發展趨勢[EB/OL].(2011-10-01)[2011-11-01]. http://www.enet.com.cn/ article/2011/1017 /A20111017924992.shtml