基于實時均車模式的智能公交調度系統研究

袁國銘，劉瑞，樊波

基于實時均車模式的智能公交調度系統研究

袁國銘，劉瑞，樊波

智能公交系統的研究在中國發展進行了 10 來年，但是，幾乎所有大城市交通堵塞情況依然嚴重，公交調度系統依然有多種不合理，根據實際交通情況，提出實時均車模型，以期達到最佳利用公交系統資源和合理調配車次的目的，同時，根據出車情況給出客觀科學的工作人員考核方案。

智能公交系統；實時均車模型；調度

0 引言

隨著中國城市化進程的不斷深入發展，城市智能交通系統（ITS）作為緩解城市交通壓力的優先發展方案在城市化交通發展的地位也愈加鞏固。伴隨著物聯網、云計算、大數據技術時代的到來，為了更大的改善城市生活環境，緩解城市交通矛盾，如何才能構筑更為現代化的綜合交通體系成為人們關注的焦點[1]。

1 智能公交系統介紹

目前城市智能交通系統發展迅速，其中智能公共交通系統是城市智能交通系統的一個關鍵組成部分，它與其他系統都有著密切的聯系，分工協作[3]。例如：智能公共交通系統從智能交通系統獲得交通流量、路段占有率，交通狀況等數據，用于實時的公交車輛調度或者通過城市交通信號配合，實現公交車輛信號優先；智能公共交通系統是城市公交集團信息化的一部分，和公交集團日常工作緊密相關，需要提供和總公司、公司、計財部門的接口，與停車場管理系統的接口、與人力資源管理系統的接口、與總公司 OA 系統的接口。因此智能公共交通系統不是一個孤立的系統，它是一個開放的、與其他系統有著廣泛信息共享的系統[2]，它的結構框圖如圖1所示：

圖1：智能公共交通系統結構框架圖

智能公共交通以調度系統為核心。智能公共交通的調度系統由公交調度中心（ 數據通信中心、調度子系統、信息服務子系統、公交評價子系統）和公交調度客戶端組成。調度系統結構如圖2所示：

圖2：調度服務子系統結構圖

公交調度中心與公交調度客戶端通過 ASDL 相連，以滿足兩者快速準確交換信息的需要。公交調度中心主要實現車量的監控與大屏顯示、數據的采集、公交運營管理、車輛人員的統一調配，實時調度、公交信息的處理和發布、公交網線網規劃與評價等功能。調度客戶端負責管理所轄線路的信息，實時調度的調整和監控。公交車輛內安裝車載系統能夠實現車輛的自動定位、車速、里程、油量、車內煙度、尾氣、乘客數以及其他信息的采集，并將信息發給調度中心，使調度中心能夠實時監控車輛的運行狀況，記錄下來，同時轉發給相應的調度客戶端。調度客戶端根據需要向車輛發送調度信息，調度信息通過調度中心，調度中心記錄后發給車載終端。調度指令包括加速、減速、折返等指令。司乘人員可以通過車設備和公交調度中心聯系，通過按鍵可以發送路阻、故障、擁擠、糾紛、救助等短信還可以通過車載機和調度中心語音通話。同時調度客戶端可以依據當前的客流信息、交通流量、占有率等數據合理實時調度車輛。車載機還連接車內的電子收費系統車載屏幕、查詢終端等設備，實現乘車服務的信息化和自動化，也便于公交實時統計收費情況。客流情況為智能公共交通優化子系統進行線網規劃與行車計劃提供數據支持。公交調度中心可以為城市交通管理控制中心（ITS 中心）提供實時交通數據，相互配合實現公交信號優先。公交調度中心根據實時數據計算車輛到達下一站點的時間，顯示在電子站牌上，同時提供車輛的載客率供乘客等車和選擇乘坐車輛使用。

智能公共交通信息服務子系統通過多媒體向出行者提供出行前和在途公共交通信息。乘客可以通過車內的電子收費裝置付費（IC 卡、手機等）[4-6]。

2 調度服務子系統

調度服務子系統是系統的核心部分，目標實現公交調度的智能化。對公交車輛的運營調度起輔助決策作用，實現車輛調度的智能化，從內部講，將提高公交運輸管理的集約化水平，實現公交車輛的動態監控；從外部講，將提高公交運輸的服務質量，提高社會效益。改變原來的調度人員對公交車輛運營信息不清，路況不明，僅憑經驗調度的方式。運用智能化調度手段，通過匯集調度專家級調度預案形成調度經驗和知識庫，界組模型及智能優化算法，在大量分析歷史數據基礎上，形成輔助決策，從而提高調度員的判斷能力和決策水平。以最低的成本完成車輛的運營調度職能，以最少的車輛資源完成最大的運力，從而提高公交車輛整體運營效率和服務質量。

調度服務子系統由智能公共交通優化系統和智能公共交通監控調度系統組成，智能公交優化系統完成線路網優化和行車計劃優化，監控調度系統完成實時的監控和調度。

3 均車智能調度模式

在實施智能公交系統開發之前，原始調度模式的存在很多的弊端：1、行車計劃難以執行；2、均車實現過多依賴經驗值、及時性差；3、人工調度操作繁瑣、勞動量大；4、人為因素過多參與調度；5、考核標準不規范；6、大量公交調度數據進行積累，但數據深層次挖掘分析難以實現。

3.1 智能調度模式的實現原則及指導思想

1）以實時數據和歷史數據作為系統的支撐點，行車調度更加靈活；

2）均車操作更多依賴實時車輛反饋的數據，可以達到當圈均車，時效性更好；

3）公交調度更多的依賴計算機實現自動調度，減少公交調度人員的勞動量和公交調度人員；

4）公交調度人為因素大大降低，更多的是依照公交公司的營運指標進行公交調度；

5）駕乘人員考核標準更加詳細、實時數據支持的力度將更大；

6）對公交營運數據進行挖掘，量化并指標化營運指標，達到公司利益最大化。

3.2 新舊調度模式對比

新舊調度模式對比如圖3所示：

圖3：新舊模式對比圖

3.3 均車模型實現邏輯分析

3.3.1 邏輯實現流程如圖4 所示：

圖4：均車模型流程

3.3.2 線路上車輛運行周轉時間計算方法

依據高低峰時段進行劃分以下兩種方法：高峰時段周轉時間計算法和低峰時段周轉時間計算法。而這兩種的差別主要在主副站的停車時間的確定上有差異。在高峰階段，在保證出車率的情況下，不僅要增加車輛，更需犧牲更多的停站時間，來確保高峰出車率。在低峰階段還要考慮交接班、末班車等因素，來限定主副站停站時間。同時參考線路上運行車輛的實時數據，對即將發出的車輛的發車時間進行實時修正。

3.3.3 優化計算所得發車間隔發車

1） 問題的提出

當以分鐘為基準單位進行計算發車間隔時，計算所得的發車間隔會出現小數的情況，而通常的發車都是以分鐘為基準單位，那么需要將發車間隔進行優化。

2） 問題的解決方法

半秒方法：采取半秒發車策略，這樣可以在形式上滿足的需要

先緊后松法、先松后緊法：例如計算所得的周轉時間為70 分鐘，而我有 20 輛車，那么如果我采取以分鐘為單位發車的話，應該有 10 個發車間隔為 4 分鐘，10 個為 3 分鐘，那么我就要采取一種策略區分配這些發車間隔，下面列舉情況如下：

當前時間為高峰期：

可以采用先發3分鐘間隔，那么可以達到了高峰車次盡量出多的營運要求；而當運行的過程中，可能出現高峰和低峰交叉時段，那么先發 3分鐘間隔發車時間更能保證我的高峰車次；

當前時間為低峰期：

采用發3或4分鐘間隔，可以取決于用戶的需求，只要用戶配置一下，按照線路的具體情況進行配置，那么系統發揮出的效能將更大。

4 智能調度模式對異常情況處理

在實時調度過程中，經常出現車輛故障、駕駛員不能出勤等特殊情況，那么系統如何處理這些情況呢，分析所有這些現象，最終體現在車輛是否能夠在線路上正常運行，既涉及到車輛的入隊和出隊問題。

4.1 出隊、入隊處理

由于新的調度模式不是照搬原始行車計劃發車時間，而是以時間間隔為基準進行車輛調度，同時依據均車實現邏輯，可以確保由于某輛車的出隊、入隊引發的發車間隔變大、變小分配當圈運行的每一輛車上，繼而達到有效均勻的目的，對公交營運調度產生的影響將最小化。

4.2 入隊原則的設定

1）依照班次法

這是目前通常的做法，如果車輛正好到達車站、恰是它的班次而且調度員將它發出，那么車輛的利用率還是能夠達到最大化的；而通常由于駕駛員、調度員的人為因素干預，出現故意不及時到站、不發該車次等原因，造成車輛利用率不高。

2）隨到隨發法

該種方法可以提高入隊車輛的利用率，而通常會打破原班次的執行，導致入隊車輛后的局部發車車輛間隔變大，車輛入隊后仍要進行均車邏輯實現。

3）人工干預

通過調度員的調度經驗，可以人工干預出對車輛的入隊發車。

5 智能調度模式下交接班的處理

在高峰期，由于路面狀況較復雜，通常會導致車輛平均速度減慢，導致上下行時間增長；而當高峰過后，車輛的平均運行速度又增加，導致上下行運行時間減少，用環去描述這種狀況。理論上如圖5所示：

圖5 擁堵時刻均衡發車實例

通常需要在高峰過后，對車輛發車間隔進行調整，以求最大滿足交班的要求，滿足交班要求，不能放在最后一班去進行，那樣不能有效實現，這樣將這部分調整發到高峰過后的第一個班次就開始執行，用一個大時間段來達到滿足交班時間的目的。而這部分的調整放在主副站停車時間間隔上，而且這部分也是最可控的。

6 新調度模式下考核、考察依據的制定

運用實時均車智能公交系統提高了運營率，降低了運營成本，如圖6所示：

圖6：實時均車智能公交系統實現

1、駕駛員準晚點的考核

在傳統調度模式下，駕駛員的考核通常按照運行周轉時間（相對較固定）采取快1慢2的模式考核，而這種考核方式通常導致如下幾種運行狀況：

駕駛員在上行階段運行速度較快，而下行時速度放慢，以求得準點到達；

駕駛員在上行階段運行速度放慢，而在下行的過程中不斷的加速，以求爭取到更多的乘客，通常這種情況發生在一整條線路上。

透過所有的想象分析發現，之所以無法對這些情況進行有效控制，是因為缺乏基礎的數據支持和數據挖掘，在新的調度模式下，將積累更多的運行數據（運行速度，運行歷程、運行時間等），通過對這些數據的分析整理，公交公司可以定制一套行之有效的考核管理辦法。

2、 調度員的考核

同樣調度員的考核，更有強大的數據支持：線路車輛運行均恒度、高峰車次數、高峰車輛停站時間都可以作為考核的依據。

7 新調度模式下虛擬副站問題的思考

對于提到的副站停站時間，有的線路相對較短，副站可以到站乘客上車之后，直接發出；對線路較長的，可以設定一定的副站停站時間來均衡的車輛，而副站不再是原始意義的副站，副站將不再設立副站調度人員，形式上同其他的站間站點沒有必然的區別。發車方式提供自動發車和人工干預的方式，可以進行配置。

8 總結

智能公交系統基于全球定位技術、無線通信技術、地理信息技術等技術的綜合運用，實現公交車輛運營調度的智能化，公交車輛運行的信息化和可視化，實現面向公眾乘客的完善信息服務，通過建立電腦營運管理系統和連接各停車場站的智能終端信息網絡，加強對運營車輛的指揮調度，推動智慧交通與低碳城市的建設。運用實時均車智能公交系統確實能夠從實際應用角度提高公交公司的公交運營效率，降低了公交的運營成本。

通過區域人員集中管理、公交車輛集中停放、統一編制計劃、統一調度指揮等手段，切實實現了公司人力、運力資源最大程度的動態管理和優化配置，提高了調度應變能力，改善了乘客服務水平，為城市向智慧城市發展提供了必要的交通支持，相信在未來 10年的時間會為中國城市的智能化起到關鍵作用。

[1] 智 能 公 交 系 統 [DB/OL]. http://baike.baidu.com /view/6675080.htm.

[2] 袁國銘,李洪奇,樊波.關于知識工程的發展綜述[J].計算技術與自動化. 2011,30(1):138-143.

[3] 艾浩軍,吳余龍,王康武.物聯網背景下的智慧城市建設[EB/OL].中國城市低碳經濟網.2012-10-15/2013-12-20.

[4] 基 于 3G 無 線 車 載 監 控 系 統 的 智 能 公 交 解 決 方 案[EB/OL].中國移動物聯網.2012-09-26/2013-12-20.

[5] 于廣濤,李長勇,張繼貞,姜希洪.城市智能公交調度系統探討[J].商用汽車.2008,(3):50-52.

[6] 楊兆升.城市智能公共交通系統理論與方法[M].北京:中國鐵道出版社.2004.

Study of the Intelligent Dispatching System Based on the Model of Real Time Departure

Yuan Guoming1, Liu Rui1, Fan Bo2
(1. Renmin University of China, Beijing 100872, China; 2. Peking University, Beijing 100871, China)

Research on Intelligent Transportation System in Chinese development of ten years, but almost all the big city traffic jam situation is still serious, bus dispatch system still has many unreasonable, according to the actual traffic conditions are proposed real-time vehicle model in order to achieve the best use of public transportation system resources, the rational allocation of train objective, at the same time, according to the situation given objective scientific staff appraisal proposal.

Intelligent Transportation System；Real Time Scheduling Grid Model；Dispatch

TP311.5

A

1007-757X(2014)02-0026-04

2014.01.16)

袁國銘( 1978- ) ， 男， 四川達縣人， 中國人民大學，博士后，從事高校教學多年，研究方向：數據庫系統、軟件工程及其知識工程的應用，北京，1008712劉 瑞，男，成都人，中國人民大學經濟學院，國民經濟管理系教授，博士生導師，副院長，研究方向：社會經濟發展戰略與規劃、產業結構與產業政策、社會發展與社會政策等，北京，100078樊 波(1979-)，男，西安市人，北京大學光華管理學院博士后，研究方向：醫院管理、衛生經濟學、衛生法學，北京，100078