BRT智能調度系統的設計與實現

陳夢云，曹昌圣

（1.武漢郵電科學研究院 湖北 武漢 430074；2.武漢長江通信智聯技術有限公司 湖北 武漢 430074）

BRT智能調度系統的設計與實現

陳夢云1，曹昌圣2

（1.武漢郵電科學研究院 湖北 武漢 430074；2.武漢長江通信智聯技術有限公司 湖北 武漢 430074）

為了提高公交行業管理水平和服務質量，文中提出了一套BRT智能調度系統。該系統利用北斗/GPS雙模定位采集車輛地理位置數據信息，利用DSRC技術輔助車輛定位，利用4G無線網絡傳輸車載終端的音視頻信息，利用公交信號優先算法實現對公交車輛進行優先控制。公交部門可以通過該系統實現對公交車輛的有效調配，保證線路公交車輛準點、勻衡、有序運行；同時也可以監督管理各種違規、違章和違紀行為來保證車輛安全運行，及時有效處理安全事故，為廣大市民提供便捷安全的出行服務。

快速公交；智能調度；DSRC技術；公交信號優先；實時監控

Abstract:In order to improve the management level and service quality of Public Transportation Industry，This paper presents an intelligent scheduling systems of BRT.This systems using the way of Beidou/GPS dual-mode positioning to collecting vehicle positioning information，using the technology of DSRC assist vehicle positioning， using 4G wireless network to transmit audio and video information，using the bus signal priority algorithm realize the buses priority control.The public transportation department can realize effective deployment of buses by this system to ensure the bus routes punctuality，evenly balanced and orderly operation.Furthermore，it also can supervise and monitor all kinds of illegal violation，delinquent behavior to make sure of safe vehicles operation and handle security incidents timely，providing convenient and safe travelling services for the public in a effectively way.

Key words:bus rapid transit； intelligent dispatching； DSRC technology； bus signal priority； real-time monitoring

隨著城市人口的增多，交通工具的需求越來越大，而現有公交普遍存在著擁擠、低效等問題，再加上公交行業管理方式落后，運營服務質量差，城市擁擠問題越來越嚴重。針對公交行業管理落后和服務質量差這兩個問題，本文提出一套BRT智能調度系統，提高公交行業管理和公交運營服務質量，為乘客提供便捷、安全服務的基本保障。

文中從數據管理、智能調度、車輛監控、緊急預案、客流量統計和線路規劃這幾個方面對BRT智能調度系統進行設計，對車輛行駛過程進行全面監控，并根據客流量和道路通行狀況對車輛進行實時有效的智能調度[1]。

1 系統概述

BRT智能調度系統通過安裝在公交車輛的車載終端實時采集車輛定位數據、投幣機數據、音視頻信息等數據，通過4G無線通信網絡傳到監控調度平臺，政府、公交公司、車隊可通過平臺查詢相關數據，公交公司、車隊可對公交車輛進行實時調度，同時管理人員通過手機APP端登錄到平臺，對公交車輛進 行相應的一系列操作。

圖1 系統整體框架圖

1.1 系統邏輯架構

圖2 系統邏輯架構框圖

BRT智能調度系統的邏輯架構可分為3層：展示層、服務層及數據層，如圖2所示。在Web層，使用成熟的Spring MVC框架，保證Web端的層間松耦合，使用TK-Filterd對傳輸的腳本、頁面進行高效的壓縮，可大幅提高頁面的加載速度。服務層基于Hive+MapReduce的大數據分析處理技術、Netty框架、Kafka消息隊列、Flume日志收集、ArcSDE等技術，實現數據的多樣化處理和大數據應用。各基礎服務由Dubbo分布式服務框架統一管理，為業務應用的實現提供服務支持。應用引擎部分采用HBase API、Coherence API、JPA、ArcSDE 分別與分布式數據庫、內存數據庫、Oracle數據庫進行交互，實現數據的快速交互；應用組件采用CXF、WebSocket、Activiti5等技術，為應用提供完備的數據源的訪問。展示層采用了JQuery技術，打造UI界面；使用HightCharts圖表工具，添加具有交互性的圖表[2]，通過 ArcGIS JavaScript API將各種地圖資源嵌入到Web應用中。數據層采用Oracle數據庫進行數據的存儲。

1.2 車載調度終端

車載調度終端主要由北斗/GSP雙模定位模塊、4G無線通信模塊、音視頻模塊和CAN總線模塊等組成，如圖3所示。

圖3 車載調度終端

北斗/GSP雙模定位模塊用于獲取車輛位置數據信息，實現車輛實時定位，CAN總線模塊實現車輛位置、方位角和速度等運行狀態、視頻圖像數據、車輛動力CAN總線數據、視頻客流數據、開關量數據等多種數據的采集[3]。報警模塊主要用于公交車輛發生異常狀況或司機危險駕駛時，發出語音告警，并將告警信息推送到監控中心，監控中心可根據告警信息采取相關安全措施。公交優先控制模塊主要用于公交車輛在交叉路口提出優先通行申請，讓公交車輛優先通過交叉路口。音視頻模塊用于傳遞車內音頻和視頻信息，實現車輛監控。人機交互終端主要通過圖形化界面等方式為司機直觀顯示各種狀態信息，使司機能對終端進行更加方便快捷操作。4G無線通信網絡實現同公交管理指揮中心的數據交互，實現智能化運營調度。

2 關鍵技術實現

2.1 DSRC技術

車輛在高架下方運行，衛星信號會被遮擋，現用定位方式是將差轉臺的接收天線安裝于高架橋上層，來確保接收到衛星信號，再通過電路轉發到橋下，在橋下的一片區域形成衛星信號的轉播。能實現衛星定位，但是定位點的最小間距有限制，定位的精度很差，尤其是在橋面較窄的地方，差轉的信號與橋外低角度的真實衛星信號產生干擾，導致定位失效，定位成功率低下。

DSRC是一種高效的短距離無線通信技術，在小范圍區域內可以對高速運動下的移動目標進行識別和建立雙向通信，實現信息傳遞，將車輛和道路有機連接。DSRC通信過程可分為3部分：首先車載單元和路側單元建立通信連接，其次車載單元和路側單元利用專用通信鏈路交換信息，最后完成信息交換后釋放連接[4-5]。

DSRC技術輔助車輛定位的原理是通過無線電測量距離估算出路側設備到車的距離，利用距離和已知路側設備的位置數據計算出車輛位置[6]。當車輛進入信號有效區域后，車載RFID設備和安裝在路側的路側標簽建立通信，獲取有效經緯度并傳送給車載定位設備，完成輔助定位功能。

2.2 公交信號優先技術

公交優先是一種效率優先的交通理念，是指在不擾亂交通次序的情況下，在交叉路口為公交車輛提供優先通行信號，減少公交車輛的路口等待時間，降低線路行程時間，提高公交運行效率[7]。

公交信號優先控制是讓主要由車輛信息檢測、優先申請接入、信號狀態調整3部分組成。

車輛信息檢測：通過射頻識別技術檢測車輛信息，獲取公交的車牌標識，車輛類型、車輛的優先等級等盡可能全面的信息。

優先申請接入：對獲取的車輛信息正確性進行檢驗，并根據設置的標準判斷該優先請求信息是否符合提交條件，如果不滿足條件則不改變信號狀態；如果滿足條件，優先申請接入部分首先根據交通信號控制系統提供的車輛信息，對路網的交通狀況、等待排隊長度，實施優先期間到達的車輛數進行估計。其次檢測當前交叉路口信號狀態信息，獲取當前信號控制交叉口的信號燈配置基本信息。然后根據公交車輛信息以及交叉路口的信號燈的狀態信息，選擇最合適的優先信號控制策略。最后根據獲取的路網交通狀況信息、信號狀態信息、公交車輛信息在選擇的優先信號控制策略基礎之上，利用合適的目標函數進行優化求解，確定各個性能指標的權重。根據性能指標的計算結果，結合設置的參數，決定是否給與提供優先服務以及何時給予優先服務、如何服務以及何時撤銷服務[8]。

信號狀態調整：執行信息告知信號控制器，對信號控制系統進行沖突檢測，保障最短綠燈時間約束、確定最大綠燈時間約束，同時并調用信號過渡方案，利用黃閃，紅閃等燈色來告知信號狀態改變。

3 系統主要功能

3.1 數據管理

數據管理主要是對公交車輛信息、人員信息、站點信息和設備終端信息等基礎的靜態數據進行有效的收集、存儲和處理等操作，該系統實現對指定類型信息的查詢、添加、修改、刪除以及打印報表等功能。通過對這些靜態的基礎信息的有效管理，實現了公交行業基礎設施一體化智能管理與維護。

3.2 行車排班計劃

系統根據公交車輛的基礎數據及前一天的行車計劃等數據，自動的生成新的車輛行車計劃。系統以先進先出、順序優先為原則，并根據實時路況和車輛運營情況對制定好的發車計劃自行進行整。管理人員對行車計劃進行審核，并根據實際情況對行車計劃進行調整，包括車輛變更，調整發車時間間隔等[9]。通過審核的行車計劃將會自動下達，并根據計劃時間自動派車，實現均勻合理的行車間隔，公交車輛跨線路營運，最大化的利用線路間的資源。

系統根據車輛運行計劃及人員基礎信息自動的生成排班計劃，按照輪班規則和輪休規則自動生成與車輛運行計劃相匹配的排班計劃表。管理人員可根據實際情況可對排班計劃表進行人工調整計劃。排班計劃通過審核后，計劃將會自動下達，根據計劃時間自動用短信通知司乘人員及時發車。

3.3 智能調度

日常調度：日常調度主要采用加車、減車、短線和快車等調度手段，對公交車輛進行調度。在采用這些調度手段時，發車時間及站點選擇是視具體交通狀況決定的，與即時發生的如交通堵塞、交通事故、暴雨及客流突變原因和地點有關。

自動調度：自動調度主要是通過對車輛進行實時監控，動態的獲取車輛運行信息和客流量等數據，然后根據車輛運行信息、客流量、線路營運計劃和調度規則等數據，自動提供動態的車輛發車時間表，編排司機排班計劃表，保證公交運營車輛按計劃排班運營[10]。

異常調度：由于路況、客流和天氣等多種因素的干擾，會出現很多突發狀況，在發生調度異常情況時，系統自動執行相應的應急預案，自動發出最新的調度指令，在執行過程中可手動修改相應流程。

在BRT系統中，主要是通過發送短報文、語音調度指令或免提通話來完成對車輛的調度。調度員與司機可進行雙向通話，按單車發送方式或者群發方式對車輛發送加速或減速等語音短信來調度車輛。支持語音GSM通話和IP對講通話，車載一體機可以通過撥號實時向調度中心通話，調度中心也可以撥打車載一體機進行通話。通話業務，受后臺控制，定制的電話本功能，一鍵撥號，可與限定圍內的人限時通話。

3.4 車輛監控

在該系統中，主要是利用視頻監控、模擬監控和GIS電子地圖監控3種方式，對營運車輛的運行情況進行全面、實時、直觀的監控。3種監控方式如下：

1）視頻監控：通過調取車載視頻，對車輛、乘客、駕駛員狀況進行實時監控。通過視頻監控，展示公交營運車輛內部和外部狀況的圖像、聲音以及發生時間，包括駕駛員動作、上下門、車廂內乘客情況等，同時可提供3G/4G/WIFI通信無線上傳，可實現視頻點播和查詢回放等功能[11]。

2）模擬監控：公交線路以直線或折線的形式表示，形成線路運行模擬圖；線路上的各個站點根據其各自相對的距離與位置，系統進行換算自動在線路模擬圖上標注[12]。模擬監控以線路模擬圖為基礎，根據運行于BRT專用車道內車輛GPS數據和報站數據，可在圖上實時顯示進入BRT專用車道內所有車輛在線路上的運行位置，便于調度人員在日常營運調度的過程中，從總體上清楚直觀地掌握線路上車輛運行情況。

3）GIS電子地圖監控：系統提供電子地圖顯示，地圖上顯示BRT線路以及各站點等相關圖層的同時，在地圖上實時顯示所有進入BRT專用車道內車輛的位置、車輛行駛方向等信息[13]。系統支持多個監控窗口跟蹤不同的目標或區域，并顯示車輛運行的相關信息。

3.5 客流量分析

客流量數據的收集與分析在公共交通建設、運營與管理等方面，發揮著顯著的作用。通過對投幣機、公交IC卡和客流統計器3方面的數據進行統計分析，獲取公交運營決策的公交客流量信，并這些信息深入挖掘，獲得居民公交出行特征，為公交管理者提供可靠的公交運營決策依據，為公交線路規劃者提供可靠的線路規劃依據[14]。

3.6 線路規劃

線路規劃是力求公交出行服務的效率達到最大化，利用最小的資源獲取最大的產出[15]。系統提供線路評估和線路規劃功能，公交企業通過系統收集的客流量數據、線路站點重復率數據等，評估線路通行能力，并根據該相關數據提出優化調整方案，如調整線路服務時間、改變線路走向、增減站點、調整線路車輛配置等，最大化提升公交運力。行業管理部門可以根據系統提供客流量數據和線路通行能力，規劃新線路。

4 結 論

本方案是結合業務需求特點，按照實用性、先進性、可靠性、安全性、可擴展等五項原則進行設計考慮，以滿足系統可平滑擴展、系統可對接以及軟件實用等關鍵需求。該系統可為公交公司提供智能化營運管理，實現公交資源最優配置，提高公交企業服務水平，為線路調整與規劃方面提供更可靠、更科學的數據依據。

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The design and implementation of the BRT intelligent scheduling system

CHEN Meng-yun1，CAO Chang-sheng2
（1.Wuhan Research Institute of Post&Telecommunications，Wuhan430074，China；2.Wuhan Yangtze Communications Industry Group Co.，Ltd.，Wuhan430074，China）

TN99

A

1674－6236（2017）19-0093-05

2016-08-17稿件編號201608124

陳夢云（1990—），女，湖北荊門人，碩士研究生。研究方向：Web研發。