基于大數據的智能化公交實時調度和管理技術研究

朱濤　柳旭濱　孫宏飛　孔利媛

摘要：針對公交行業存在的運營管理水平較低、車輛投放不均勻、服務質量監管不到位等問題，研發采用云計算和大數據的虛擬化、分布式存儲和計算等先進技術與應用模式，與智能化公交調度業務相結合，實現公交運營和調度的精細化管理。通過在全國大中型城市的應用，為其公共交通管理、緩解交通擁堵，重大活動的安全保障提供有力技術支撐。

關鍵詞：云計算大數據公共交通智能化調度和管理

引言

為緩解城市日趨嚴重的交通擁堵和由此帶來的環境污染，國家大力發展公交都市，推進和落實公交優先和科技建設，盡管我國城市公交調度管理取得一定進展，但公交行業仍存在運營管理水平較低、車輛投放不均勻、服務質量監管不到位等問題，這已成為影響公共交通發展的突出矛盾，主要是信息采集不全和信息數據分析水平不到位，導致運營管理和公交調度尚未達到精細精準水平。因此需要提升我們的管理系統，實現實時準確高效穩定的綜合交通運輸管理，挖掘城市公共交通資源最大潛能。

1研究背景

當前，公交調度和管理系統逐漸呈現多種問題，主要體現在：數據源體量巨大;產生數據種類多樣且類型復雜;數據信息傳遞與運算程度較低。而云計算和大數據技術為智能化公交調度系統的升級提供了技術環境，它具備海量多類型數據的運算處理能力、眾多用戶的實時信息服務、動態的負載平衡能力成為解決困擾公交智能化調度問題的主要途徑，將實現公交實時調度管理系統作為研究的主要內容。

本研究有利于落實精細化公交調度管理，使公交運營企業合理投放運力資源有利于公眾獲得及時準確的公交運行動態的信息需求有利于政府監管部門在惡劣天氣條件下、發生重特大道路交通事故、重大堵情、重大活動等情況下，實施點對點、點對面、點對線扁平精確指揮。

2國內外研究現狀

目前，美國、日本是智能公交的主要研發與應用國家。

美國在2010年新發布《美國ITS戰略計劃2010-2014》，主要內容涵蓋7大領域，其中包括公共交通運營系統，如公交終端的信息顯示，公共交通和事故管理等系統結合起來進行部署、管理與控制。

日本早在1973年就開始了對智能交通系統的研究，主要在交通信息提供、電子收費、公共交通以及緊急車輛優先等方面。系統包括先進的導航系統、安全輔助系統、交通管理最優化系統、道路交通管理高效化系統、公交支援系統。

目前我國城市智能公交領域，北京、廣州走在我國前列。北京市智能公交系統建設已取得初步成果，建成了動物園公交樞紐運營管理和乘客信息服務系統，公交區域運營組織與調度系統，公交搶修救援調度系統，BRT智能管理系統。

3主要研究內容和創新

本研究采用業界主流的云計算和大數據理念，廣泛采用虛擬化、分布式存儲、分布式計算等先進技術與應用模式，并與智能化公交調度業務相結合，確保公交大數據管理技術與應用的有效與適用。研究多源異構客運數據整合技術、客運大數據分布式存儲技術、客運大數據動態更新技術、客運大數據快速檢索與可視化技術，解決了海量公交數據云存儲和數據融合方法、基于大數據快速檢索與可視化技術的公交運營監測方法、基于大數據技術的多維度交通綜合評估模型等關鍵技術，實現基礎信息統籌管理、可視化實時監測、多層次多維度決策支持，為公交企業提供客觀的、科學的管理決策依據。

3.1技術架構設計

采用先進的SOA（面向服務的架構）和中間件技術相結合的技術路線，由基礎設施層、信息資源層、應用支撐層、應用層、標準規范體系和安全保障體系六部分組成。通過對各部門復雜多樣業務數據的集成、整合、分析，為集團各級管理者提供多層次、多維度量化數據，實現基礎信息服務、運營檢測、決策支持、移動展現、大屏展現等功能。

3.2數據架構設計

建設企業級大數據中心，采用數據倉庫技術對數據進行抽取、清洗、轉換、對比和加載管理，形成一整套標準化數據規范，并通過可視化技術實時監控數據處理狀態。通過對各業務系統實時數據的采集、交換、分析，實現對集團運營、安全、財務等情況的實時監測。通過對各類歷史數據進行融合，對融合后的主題域進行挖掘分析，為管理者提供決策支持數據。

3.3海量公交數據云存儲和數據融合方法

基礎數據融合：基于數據倉庫技術和中間件技術，按照統一標準規范對各部門涉及到的數據源的數據進行處理，實現中心前置庫至融合庫整個過程多個環節的數據抽取、清洗、轉換、比對和加載的管理;將已經標準化的信息資源，以管理對象（組織機構、人、車、線、站）為核心進行融合;并將各部門（系統）共享數據進行統一管理。

建設統一的基礎數據服務：通過Web Service為調度、安全、服務等系統提供統一的基礎信息，實現了基礎信息的交互共享。ODS（操作數據存儲）系統從匯集庫實時獲取增量數據，對數據進行抽取、校驗、接人，校驗的數據類型包括一般數據和預處理數據倆類，采用不同的策略進行接入處理，達到標準化、統一化基礎數據源的目的。

ETL（數據倉庫技術）二次開發：系統以商用的ETL產品為基礎，并創新性地利用ETL產品的二次開發接口，實現了中心前置庫至融合庫整個過程多個環節的數據抽取、清洗、轉換、比對和加載的管理。

3.4基于大數據快速檢索與可視化技術的公交運營監測方法

在分布式網絡環境下，對單級索引空間或者空間范圍進行多級劃分，充分利用分布式服務器并行計算優勢，通過對海量公交大數據進行快速檢索和可視化顯示，實現了對公交企業運營、加油加氣等情況的實時監測，為管理者提供了準確、及時、可靠的數據支持，使管理者能夠及時了解企業運營、能耗的實時情況，推進了企業信息化建設的進程。

3.5基于大數據技術的多維度交通綜合評估模型

為實現公交輔助決策支持，建立了集統計、關聯、預測于一體的交通大數據分析和評估平臺，構造多維度交通綜合評估模型，對各部門復雜多樣的業務數據進行了集成、整合、挖掘分析，形成了運營分析主題、客流分析主題等分析主題，有效地輔助領導進行科學決策。通過融合調度系統、技術系統、IC卡系統的車次、車型、客流數據，挖掘出計劃安排的運力與實際客流的關系圖，為車輛調度計劃安排提供了準確直觀的數據支持。

本研究實現了車輛實時位置、車身實時狀態數據，及時掌握大多數突發情況的發生并根據預案和人工智能算法，及時、就近對事件進行響應。

創新提出公共交通領域的大數據管理模式 數據倉庫與大數據架構融合技術，在北京市公交調度和管理系統中應用，取得了良好的效果。

4主要應用成效

（1）全面提升公交企業運營調度指揮水平，提高人、車等資源的利用效率，通過資源的高效利用，在保障運營情況下，智能調度系統可實現合理減少運力，提高客運量的效果。

（2）研究的云計算和大數據技術對提高綜合服務能力，特別是定制化班車效益明顯提升定制目送客量增加'定制日發車班次明顯增長。

5結論

通過本研究實現了公交運營相關數據統計和分析自動化，確保信息的及時性和正確性，實現企業精細化管理，提升企業經營管理水平，用更少的投入換取了更高質量的公交服務。

參考文獻

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