基于車聯網的公交站臺乘客排隊誘導系統

李岱濰

摘要：為了有效引導公交乘客有秩序排隊乘車，節省公交車輛站臺?？繒r間，以提高公共交通系統運行效率，提升公共交通服務質量，本系統利用車聯網技術對公交車的運行時空特性進行描述并進行車輛進站次序估計，根據車隊實時進站次序狀態對即將進入公交站臺的公交車輛進行動態車位分配，并利用信息發布設備引導站臺乘客有序排隊乘車。整個誘導系統包括數據的接收和處理設備、乘客及駕駛員信息提示設備和公交排隊誘導管理平臺。數據的接收和處理設備負責對實時的粗采樣粒度的公交車行駛狀態數據進行傳輸和處理，包括數據的預處理、車輛到站順序的預測及車輛?？课恢玫拇_定;乘客及駕駛員信息提示設備包括顯示屏和電子站牌，負責車輛到站信息的提示，實現對乘客的行為誘導和規范;公交排隊誘導管理平臺面向公交公司的管理人員，可實現排隊乘車系統運行狀態的實時監控、信息的查詢、修改及發布，異常情況的處理，問題反饋等功能。利用智能的信息化手段引導乘客排隊乘車，解決公交站點乘客擁擠、追車等問題，有效縮短公交車輛的?？繒r間，提高運行效率，對提升公交系統服務水平乃至提升城市形象都具有重要意義。

關鍵詞：公交乘客信息服務;乘客排隊誘導;車輛停靠預測

一、研究背景及意義

隨著國民經濟發展，機動車保有量越來越高，已有的基礎道路設施建設已經無法滿足日益增長的通行需求，導致嚴重的交通擁堵問題。大力發展公共交通事業，提高道路利用率和居民出行效率，是緩解交通問題的重要措施，對構建良好的城市交通系統具有重要的意義。

在現有的公交系統中，乘客信息服務平臺可以為乘客提供車輛進站的大致時間，不能確定多輛公交車進站時的進站次序。當多輛公交車同時進站時，乘客只能根據個人視覺感官判斷所乘公交車的?？课恢们闆r，從而產生追逐車輛、攔截車輛、擁擠上車等不文明現象。不僅影響乘客乘車效率和公交車整體運行效率，還會引起一定的安全問題。

目前，在智能公交系統中，公交車都安裝有GPS 等定位設備，具備記錄車輛全時空行駛狀態數據的功能。這些信息可以為公交車的進站次序判別提供依據。而現階段國內外幾乎沒有使用GPS 數據進行公交到站次序預測并進行人性化排隊誘導的研究，本系統能夠充分利用公交車輛定時發布的行駛數據，通過預測多車輛到站順序及信息的現場發布，有效引導乘客分時、分地有秩序排隊乘車。另外，乘客的文明有序乘車可節省公交車輛?？繒r間，縮短運行時間，從而提高運行效率，對于提升公共交通服務質量、緩解交通擁堵、降低交通事故發生率有顯著效果。

二、系統整體設計

本系統利用公交車的軌跡數據對進入公交站臺的車輛順序進行判別，通過在站臺預設固定車位，在車輛進站之前動態分配公交車?？寇囄?，并將公交車輛的停靠站信息通過終端設備發送給乘客，乘客根據車輛到達信息進行排隊乘車。本系統整體采用數據采集-數據處理-誘導展示三層結構，如圖1 所示。在公交數據采集層，利用車輛GPS 設備對公交車的行駛軌跡進行采集，并利用站臺車位停車地磁判別車位是否占用;在數據處理層，利用路側處理設備對GPS 軌跡數據進行分析，判斷來車狀態和車輛即將?？康能囄?在誘導展示層，面向乘客發布停車信息，并提示乘客進行排隊乘車。本作品所采用的終端設備如圖2所示。

三、詳細設計

本設計提出的基于車聯網的排隊乘車誘導系統實現流程如圖3所示。

具體如下：

（一）實時行駛數據的采集與傳輸

中心系統通過無線數據傳輸方式獲取車聯網環境下的公交車實時行駛狀態信息，并通過無線方式將公交車行駛狀態信息轉發至公交站臺數據處理終端。采集到的公交車行駛數據主要包括以下內容：

（二）原始數據的預處理

針對定位設備采集的數據異常狀況，包括數據冗余、數據錯誤、數據缺失等問題進行處理。具體如下：

（1）數據轉換

為便于科學計算，將帶格式的時間字符串轉換為UTC 格式。

（2）數據冗余處理

①獲取到的數據并非都是所需的，需要提取有用的數據，對于無用數據，進行刪除。

②當同一班次公交車的采樣數據中ACTDATETIME、PRODUCTID 相同時，判定為數據冗余。對于數據冗余，刪除多余數據，僅保留一條。對于刪除的數據要進行數據補償。

（3）速度異常處理

①裝有GPS 車載機的公交車輛在城市道路上運行，接收機接收到的速度為瞬時值，其合理范圍與固定檢測器所測定的速度范圍相同，可用下式進行估計：

≤≤

式中： 為道路的限制速度（一般為40km/h），為修正系數，

一般取值范圍為 。

②保留DATATYPE=3 or 4 的數據，其余值刪除，不進行數據補償。

（4）定位異常處理

①定位錯誤：根據歷史數據設置預訂路線的有效范圍，超出范圍則判定為定位錯誤，剔除該錯誤數據并補償。判定條件（某一點與上一點的兩點平均速度不得超過最大行駛速度）：

××（1）

式中， 時刻車輛坐標為

，前一時刻車輛坐標為

， 為GPS 數據接收間隔， 為行駛速度閾值（含

定位誤差：）。

②位置漂移：如果時間序列中連續兩次GPS 數據中行駛速度低于閾值，認為車輛靜止，選擇前一定位點作為當前定位點。如果且，判定公交車處于靜止狀態，則此時數據采用上一條數據的經緯度。默認為，即。

（5）數據缺失補償不合理的時間間隔分為三部分：1 小于 的時間間隔：因為是小于，數據并未丟失，在此步驟不做處理。2 （17s，32s）的時間間隔：數據缺失，進行數據補充。

BUSRDID：BUSRDID[i]+1（不變），補充的數據令DATATYPE=1

ROUTEID、PRODUCTID、STATIONSEQNUM、ISARRLFT 與上一條數據一樣

GPSSPEED 、LATITUDE、LONGITUDE 分別如下：

1 2 2 i i i v v v （2）

1 2

1 2 2

1 2 1 2

1

111.12 （ ） （ ）

i i

i i i

i i i i

x x v x x

y y x x

/1000*15 （3）

1 2

1 2 2

1 2 1 2

1

111.12 （ ） （ ）

i i

i i i

i i i i

y y v y y

y y x x

/1000*15 （4）

其中， （ ， ， ） i i i x y v 為補償點信息， 1 1 1 （ ， ， ） i i i x y v、

2 2 2 （ ， ， ） i i i x y v為前兩個采樣點信息。

ACTDATETIME：ACTDATETIME[i]+15

③大于32s 的時間間隔：判定為設備故障或通信故障，不進行補償，系統數據異常。

（三）基于公交車軌跡數據的車輛到站順序確定方法

（1）基本參數的配置和行駛數據的可用性確保

具體工作包括：獲取所述站臺正常運行的公交?？烤€路，劃定第一預設區域和第二預設區域，預設區域位置、大小、形狀等參數設置均與站臺和目標車輛的基本情況有關，基于?？烤€路和預設區域以GPS 坐標為劃分依據，篩選進入預設區域內的具有站臺?？繖嗬能囕v采樣數據。預設區域劃分如圖4 所示。

進入目標范圍（第一預設區域）內的車輛，才會在短時間內停靠站臺，此時的車輛具有預測其行駛順序的價值。因此距離目標站臺較遠的車輛，不考慮其目前的行駛情況。當車輛進入第二預設區域內時，站點信息顯示設備應輸出即將到站車輛，根據實際情況引導乘客排隊，第二預設區域的劃分原則是合理的保證乘客的識別信息及排隊時間。該系統中如圖4，第一預設區域取以站臺為圓心的圓形區域，第二預設區域的劃分有三種方法，如下：

1 利用空間地理區域劃分

如圖5 的預設區域的示意圖，以?？空九_為中心，根據?？空九_的定位位置，劃定第一、二預設區域為兩個均以站臺為圓心，半徑不同的圓形區域，圓形半徑據實際情況確定。例如，車輛平均行駛速度為9m/s，要是車輛在距離站臺還有50s 時就要對其行駛狀態進行處理，則第一預設區域半徑可化為450m;在距離站臺還有15s 時要顯示排隊誘導信息，則第二預設區域半徑化為135m。若考慮其他因素，應對450m 和135m 作相應修改。

2 利用路段長度劃分

如圖6 所示，以停靠站臺位置為終點，沿交通車輛的線路方向向上游道路追溯，假設路段長度閾值，當交通車輛沿線路方向到達?？空九_總距離小于時，這段路段為預設區域。當交通車輛與?？空九_之間的路段距離總和為 時，便獲取該交通車輛的行駛狀態。具體的， ≤ ，并且的 計算公式如下：

（5）

其中，表示交通車輛到達?？空九_之間沿交通線路方向的路段數，表示每個路段的長度。

③利用上游站臺劃分以交通線路上游?？空九_為起始點，本停靠站臺為終點，對兩個?？空九_中間區域劃定為預設區域。當交通車輛從上游?？空九_駛出時，即進入檢測區域。

（2）跟蹤采樣

在Δ 時間內，對預設區域內的公交車輛行駛狀態的數據參數進行跟蹤采樣，得到各車輛在當前采樣時刻的行駛數據。Δ 的時間是為了保證位于預設區域的車輛均被采集至少一次行駛數據。行駛數據主要包括當前采樣時刻、當前采樣時刻車輛所在的經緯度位置數據、車輛所屬線路及車輛的行駛速度。

（3）車輛回溯

基于各公交車輛在當前采樣時刻及前一采樣時刻的行駛數據，推測車輛在基準時刻的GPS 位置信息，進而對多輛公交車輛的行駛順序進行排列，得到車輛行駛序列。

①基準時刻的原理為：由于每輛車上傳數據的時刻是不一致的，無法直接比較車輛的行駛順序，故需將車輛的經緯度位置規范到同一時刻，即基準時刻。

選取方法為：在具體實施時，確定的基準時刻為各車輛的當前采樣時刻中的最早時刻，若在Δ 時間內，有車輛上傳數據共兩次，則取第二次的行駛數據為當前采樣時刻數據，第一次的行駛數據為前一采樣數據。

②確定基準時刻后，根據各車輛的當前采樣時刻的行駛數據和前一采樣時刻的行駛數據，計算各車輛在基準時刻時的經緯度坐標，具體方法為：

計算各目標車輛在當前采樣時刻和前一采樣時刻的時間間隔內的絕對行駛距離：

（6）其中，表示第一行駛距離，表示地球半徑，表示各目標車輛在當前采樣時刻的經度，?表示各目標車輛在前一采樣時刻的經度，表示各目標車輛在當前采樣時刻的緯度，?表示各目標車輛在前一采樣時刻的緯度。

計算各目標車輛在當前采樣時刻和基準時刻的時間間隔內的相對行駛距離：

（7）

其中，Δ表示第二行駛距離，表示各目標車輛在當前采樣時刻的行駛速度，?表示各目標車輛在前一采樣時刻的行駛速度，表示當前采樣時刻，?表示前一采樣時刻表示，表示基準時刻。

確定各目標車輛在基準時刻的經緯度數據：

? Δ

×? ? （8）

? Δ

×? ? （9）

其中，

表示各目標車輛在預設基準時刻的經度，

表示各目標車輛在預設基準時刻的緯度。

③得到車輛在基準時刻的經緯度數據后，根據N 輛目標車輛在時刻的同步位置，判定N 輛目標車輛的車輛行駛序列。

（四）車輛?？康拇_定方法

在站臺現場預先規劃完成?？寇囄坏那?，如圖7 所示。

基于車輛駛入第二預設區域的情況及排序結果確定車輛停靠位置并進行現場信息發布。具體方法如下：

判斷當前采樣時刻是否顯示有車輛進入第二預設區域。

基于排序結果輸出一輛或多輛即將到站的車輛所屬線路。

當得到車輛行駛序列后，?？啃畔l布時需要根據車輛行駛序列依次安排?？寇囄?。

（五）車輛?？啃畔l布

車輛?？看涡虻男畔l布分為對站臺的信息發布和對管理者的信息展示。具體為站臺乘客及駕駛員的信息發布和web 前端界面的信息展示。各信息發布端與公交車輛到站次序間的交互如下圖8：

（1）站臺乘客信息發布

根據即將進入公交站臺的N 輛公交車的停車位置，對乘客和駕駛員進行信息發布。

1 乘客信息發布：

在站臺固定停車位排隊通道位置安裝有LED 顯示設備和語音提示設備，為乘客提供該停車位即將到達的公交車線路號。

②駕駛員信息發布：

駕駛員信息發布分為兩種：

在公交站臺上方設置LED 顯示設備，對即將進入公交站臺的公交車進行提示，確保駕駛員能夠停靠在正確的車位。

駕駛員LED 顯示設備與乘客排隊通道LED 顯示設備所顯示的排隊信息保持一致，確保公交車?？康奈恢眉词浅丝团抨犖恢?。

站臺數據處理終端以無線方式將停靠車位信息發送給駕駛員車載終端顯示屏。當存在數據判別異常導致駕駛員車載終端設備獲取的?？空疚恢煤驼九_上方設置的LED 顯示設備提示的停靠位置不一致時，以站臺顯示設備為準，確保乘客能夠乘坐正確的車輛。

（2）系統平臺展示

為便于公交公司內部人員對站臺排隊誘導系統的管理，本誘導系統引入GIS 技術，提供了供內部人員操作的web 前端界面。功能模塊分類如圖9所示：

前端界面如圖10所示：

圖10中web 界面左側為各功能區，可與各對應數據庫建立信息交互，實現公交車及其相關信息的呈現，方便排隊系統的管理。界面左上角為搜索框，可直接輸入相關關鍵字詞進行搜索，并可支持模糊搜索。主區域為GIS，用于實時顯示公交車位置及港灣式站點公交車排隊狀態，可對整個系統的運行有強有力的控制及把握。港灣式站點各公交車排隊狀態如圖11所示：

圖11中顯示港灣式站點的渠化圖及站點中不同車位的排隊公交車的車牌號、線路號、到達時間，可方便地把控并管理排隊誘導系統中站點車輛的次序情況。同時，站臺LED 顯示屏與語音播報發布給站臺乘客即將到達的公交車輛及公交車輛的排隊狀態。

四、創新特色

（一）提出了基于粗采樣粒度軌跡數據的公交車排隊狀態估計方法，在對公交車軌跡數據進行系統的預處理基礎上，設置二級預設區域對公交車數據僅篩選，并根據篩選后的數據進行跟蹤采樣，設置基準時刻對不同車輛的運行狀態進行回溯，進而實現車輛隊列順序的準確判別。所提出的方法利用現有公交系統普遍采用的粗粒度軌跡數據（15s 采樣一次）即可實現。

（二）設計了基于車聯網的排隊乘車誘導軟硬件系統，利用智能的信息化手段解決公交站點乘客擁擠、追車等問題，為公交乘客乘車管理提供了一種新手段，對提升乘車效率、降低安全事故發生概率、提升公交服務水平和居民形象具有重要的意義。

五、應用前景

乘客排隊乘車不但能夠提高乘車效率并保障安全，而且彰顯個人和城市素養。目前，公交行業乘客排隊乘車主要依靠工作人員疏導來實現，尚缺乏有效的信息化手段。由于耗費人力資源巨大，傳統的排隊乘車大都淪為了形象工程，難以充分發揮其社會價值。本系統利用車聯網技術，通過對公交車行駛軌跡數據進行分析，實時判別公交車的運行狀態，對進站公交車的次序進行估計，并將有效的車輛?？啃畔l布給乘客，引導乘客進行排隊乘車。本作品為規范乘客乘車行為提供了一種新的手段，所設計的系統彌補了行業的相關空白，不但能夠有效提升乘車效率，減少安全事件發生概率，還對提升城市形象具有重要的意義，具有廣闊的應用價值。

參考文獻：

[1]白斯吉. 基于智能公交數據的公交車進站排隊概率及站點位置研究[D].西南交通大學，2018.

[2]李臘梅，何賢昭.基于不完全數據的公交排隊系統分析[J].科技資訊，2018，16（11）：31-33+ 35.

[3]劉偉，陳科全，謝忠金.大型公交站的動態排隊論分析與優化[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2018，37（08）：75-80.

[4]李東岳，焦朋朋，王紅霖.基于排隊論的公交站臺優化設計[J].綜合運輸，2017，39（04）：73-77.

[5]胥少龍.基于灰色理論的公交候車排隊客流預測[J].道路交通與安全，2016，16（01）：39-42

[6]孫鋒. 公交站點運行效率計算及車輛?？拷M織優化[D].吉林大學，2013.

[7]葉芃杉. 基于排隊論的快速公交站點延誤及縮減策略研究[D].西南交通大學，2014.