新型城市公共交通智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉冬

河南省交通通信中心 河南 鄭州 450000

引言

城市公共交通作為城市交通的主要組成部分，隨著全國各省市相繼執(zhí)行限制機(jī)動(dòng)車尾號(hào)政策，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，筆者工作所在的鄭州市已在多年中的部分時(shí)間執(zhí)行每天單雙號(hào)限行政策，同時(shí)河南省總工會(huì)為職工辦理工會(huì)會(huì)員卡，對(duì)于乘坐公共交通提供補(bǔ)貼等，由此可見各種政策的推行都在號(hào)召廣大城市居民乘坐公共交通。充分發(fā)揮各種交通方式的優(yōu)勢(shì)并合理規(guī)劃好資源配置，提高居民對(duì)公共交通服務(wù)的滿意程度，這就需要一套智能化的城市公共交通調(diào)度系統(tǒng)。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

在20世紀(jì)90年代我國已經(jīng)開始著手對(duì)于公路交通進(jìn)行研究，對(duì)于城市公共交通的調(diào)度也提出了多種解決辦法，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)等，先后提出基于GIS、GPS的城市公共交通監(jiān)控與實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)[1]，分析城市公交網(wǎng)絡(luò)特征和運(yùn)營方式特點(diǎn)，構(gòu)建公交運(yùn)營監(jiān)測和實(shí)時(shí)控制調(diào)度系統(tǒng)；基于換乘系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效益最優(yōu)的公共交通調(diào)度問題研究[2]，從經(jīng)濟(jì)效益最大化的角度建立常規(guī)公交與城市軌道交通換乘系統(tǒng)總經(jīng)濟(jì)效益模型，并在此模型上得到車輛調(diào)度最優(yōu)化的建議。

進(jìn)入21世紀(jì)后，城市共同交通已經(jīng)由單一的公交車為主變?yōu)榈罔F、出租車、網(wǎng)約車、共享車、公交車多種交通方式并存的新型城市公共交通。在缺少其他交通方式數(shù)據(jù)的支持的情況下，公交車調(diào)度系統(tǒng)雖然可用，但通過調(diào)度模型得到的方案就不再是最佳方案，這就需要結(jié)合所有交通方式進(jìn)行大數(shù)據(jù)，利用算法進(jìn)行計(jì)算，實(shí)時(shí)規(guī)劃好城市中所有交通方式的最優(yōu)調(diào)度方案。

2 需求分析

進(jìn)入信息時(shí)代后，數(shù)據(jù)伴隨著我們的生活，同時(shí)也無時(shí)無刻不在產(chǎn)生著，從海量的數(shù)據(jù)中獲取到有價(jià)值的數(shù)據(jù)不斷改善生活質(zhì)量，全國各省市分別成立大數(shù)據(jù)管理局，建立新型城市公共交通智能調(diào)度系統(tǒng)需要各類交通方式的數(shù)據(jù)，通過大數(shù)據(jù)管理局協(xié)調(diào)不同交通方式的基礎(chǔ)性、全局性數(shù)據(jù)。由于影響出行的因素有很多，天氣、工作日、節(jié)假日、重大活動(dòng)、交通意外、道路維護(hù)等等都會(huì)對(duì)交通出行產(chǎn)生較大影響，新型城市公共交通調(diào)度系統(tǒng)需要綜合考慮各類可能的因素，并根據(jù)實(shí)時(shí)變化的各類條件產(chǎn)生實(shí)時(shí)最優(yōu)調(diào)度方案。

3 智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)分為三層，最底層的是數(shù)據(jù)層，如圖1所示，由于各類交通方式的數(shù)據(jù)格式、種類、協(xié)議等等存在多樣性，例如公交車數(shù)據(jù)包含運(yùn)行線路、核載人數(shù)、站點(diǎn)位置、行駛速度，車輛數(shù)量、平均等待時(shí)間等等，而共享車輛數(shù)據(jù)包含車輛閑置率、行駛軌跡、位置信息等等，這些數(shù)據(jù)相對(duì)容易產(chǎn)生變化，為了確保數(shù)據(jù)的相對(duì)準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)取樣頻率需要根據(jù)變化規(guī)律進(jìn)行提高；而對(duì)于城鐵、地鐵等時(shí)間、模式較為固定的公共交通方式，數(shù)據(jù)取樣的側(cè)重點(diǎn)也需要進(jìn)行相對(duì)偏移，重點(diǎn)對(duì)不同時(shí)段的客流量和各站點(diǎn)的客流量等數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化取樣。

由于各類公共能交通所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)存在很大差異性，通過建立數(shù)據(jù)適配器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，同時(shí)為適應(yīng)數(shù)據(jù)分析和計(jì)算算法，對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，增加相應(yīng)的屬性字段，為提高計(jì)算效率和準(zhǔn)確率對(duì)處理后的冗余數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和去噪，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)倉庫中。

圖1 交通數(shù)據(jù)處理

第二層是數(shù)據(jù)處理層，在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以算法為驅(qū)動(dòng)，通過搭建的交通系統(tǒng)Hadoop等計(jì)算技術(shù)的云平臺(tái)提取數(shù)據(jù)倉庫中的分布式數(shù)據(jù)為算法提供節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)、模式匹配、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能算法對(duì)公共交通進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測和交通車輛、設(shè)施及道路情況進(jìn)行預(yù)測，以達(dá)到合理分配和提前預(yù)警的功能；第三層是輕應(yīng)用層，通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，為用戶提供各類輕應(yīng)用的數(shù)據(jù)支持和服務(wù)接口，為城市交通管理指揮部門提供智能調(diào)度系統(tǒng)，為廣大城市居民提供公共交通信息服務(wù)系統(tǒng)，同時(shí)為國家應(yīng)急部門提供應(yīng)急管理系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 智能調(diào)度

智能調(diào)度應(yīng)用于城市交通調(diào)度指揮大廳，通過大屏監(jiān)控實(shí)時(shí)交通狀態(tài)，又智能調(diào)度系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)變化對(duì)各類交通設(shè)施進(jìn)行智能化、統(tǒng)一化調(diào)度，合理分配各類資源，結(jié)合城市區(qū)域出行特點(diǎn)，針對(duì)大學(xué)城、醫(yī)院等人員出行較多區(qū)域自動(dòng)增加公交車、出租車及共享車的數(shù)量。針對(duì)大型活動(dòng)，如演唱會(huì)、運(yùn)動(dòng)會(huì)開幕式等，由調(diào)度值班人員錄入相關(guān)信息，由調(diào)度系統(tǒng)自動(dòng)規(guī)劃活動(dòng)區(qū)域交通出行方式，避免出現(xiàn)大規(guī)模擁堵現(xiàn)象。

影響出行方式的重要因素是工作時(shí)間和天氣，從歷史數(shù)據(jù)中挖掘城市居民工作時(shí)間及乘坐公共交通出行時(shí)間點(diǎn)，結(jié)合天氣條件中的溫度、雨雪情況、風(fēng)力、PM2.5值等等因素，形成模式匹配的條件屬性，為符合算法計(jì)算規(guī)則，將數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，樣本數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 公共交通部分出行數(shù)據(jù)

對(duì)所有數(shù)據(jù)建立條件屬性和決策屬性，采用SVM、粗糙集等高效數(shù)據(jù)挖掘算法生成組成分析模型的眾多規(guī)則，根據(jù)智能調(diào)度系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)建立的模型進(jìn)行對(duì)當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行模式匹配，以預(yù)測未來一段時(shí)間內(nèi)各類公共交通的運(yùn)行情況，為提高城市居民的出行體驗(yàn)，通過減少居民選擇性少的交通方式，提高其他交通方式的覆蓋半徑和頻次等措施，保障能夠滿足居民的出行需求，同時(shí)做到資源利用的最大化。

在對(duì)于城市公共交通方式的調(diào)度基礎(chǔ)上，智能調(diào)度系統(tǒng)同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控道路情況的功能，結(jié)合百度地圖、高德地圖的數(shù)據(jù)，當(dāng)出現(xiàn)道路擁堵等現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)于潮汐車道和重要路口紅綠燈時(shí)間的控制，通過控制車道和紅綠燈時(shí)間來控制車流量，保障道路出行通暢。

3.3 信息服務(wù)

城市公共交通的使用者是城市居民，將智能調(diào)度信息讓居民實(shí)時(shí)了解掌握是促進(jìn)調(diào)度工作的另外一個(gè)手段。如圖3所示，信息服務(wù)系統(tǒng)通過在互聯(lián)網(wǎng)主流社交平臺(tái)上建立服務(wù)平臺(tái)，實(shí)時(shí)發(fā)布交通出行變動(dòng)信息及智能推薦服務(wù)，讓城市居民在智能終端可隨時(shí)查詢到交通信息，并根據(jù)自身需求選擇交通方式，為居民提供一個(gè)被動(dòng)服務(wù)功能。在城市中有眾多的交通載體，信息服務(wù)系統(tǒng)通過站點(diǎn)顯示屏主動(dòng)投放交通信息和路況情況，同時(shí)利用公交電視和地鐵傳媒等傳播手段提供查詢和查看功能，大屏帶動(dòng)小屏的方式為居民提供便捷的交通信息服務(wù)；聯(lián)合本地交通廣播，及時(shí)播報(bào)重點(diǎn)位置路況信息以提醒司機(jī)朋友選擇正確的道路，綜合各類共享車輛服務(wù)信息，為居民智能推薦就近車輛。

圖3 信息服務(wù)系統(tǒng)

為居民提供自定義服務(wù)，輸入上下班時(shí)間、工作單位及家庭住址位置等信息，信息服務(wù)系統(tǒng)的智能推薦終端根據(jù)輸入信息智能推薦出行方式及時(shí)間，同時(shí)根據(jù)不同天氣情況等因素提醒注意事項(xiàng)，在大數(shù)據(jù)的支持下保證上班不遲到，下班不堵車，縮短在路上的時(shí)間，從交通層面不斷提高城市居民的幸福感。

3.4 應(yīng)急管理

現(xiàn)在的城市的人口在不斷增多，城市規(guī)模在不斷擴(kuò)大，城市道路資源變得尤為緊俏，特別是在發(fā)生突發(fā)事故的情況下。在和平年代，最寶貴的是人的生命，互聯(lián)網(wǎng)上、電視上等各大媒體上報(bào)道的由于道路擁堵消防車、救護(hù)車無法及時(shí)達(dá)到事故現(xiàn)場導(dǎo)致悲劇的發(fā)生，這無一令人痛心疾首，新型城市公共交通智能調(diào)度系統(tǒng)將應(yīng)急管理納入進(jìn)來，建立城市應(yīng)急管理系統(tǒng)，在發(fā)生重大突發(fā)事故時(shí)，如圖4所示，由調(diào)度系統(tǒng)對(duì)道路交通進(jìn)行分流，通過紅綠燈等方式限制其他車輛運(yùn)行，為事故發(fā)生地打開一條生命的通道，以保證救援車輛能夠以最快的速度達(dá)到現(xiàn)場實(shí)施救援，為生命爭取每一秒鐘；同時(shí)與本地應(yīng)急指揮部和交警部門聯(lián)合，根據(jù)路況信息及時(shí)調(diào)度不同方式的出警交通工具，借助應(yīng)急廣播平臺(tái)向廣大居民進(jìn)行廣播傳送應(yīng)急消息。

圖4 應(yīng)急情況處理

4 結(jié)束語

在城市公共交通飛速發(fā)展的今天，多種公共交通方式的出現(xiàn)對(duì)調(diào)度系統(tǒng)提出了新的需求，本文通過對(duì)公共交通調(diào)度的發(fā)展史和當(dāng)下公共交通調(diào)度情況及需求的分析，結(jié)合大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)新型城市公共交通智能調(diào)度系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，搭建智能調(diào)度、信息服務(wù)和應(yīng)急管理三個(gè)子系統(tǒng)，通過對(duì)數(shù)據(jù)中有價(jià)值信息的提取和對(duì)居民出行規(guī)律的學(xué)習(xí)，在交通調(diào)度層面合理地優(yōu)化公共交通資源，最大程度提高公共交通利用率，減少城市擁堵和汽車尾氣排放，提高了城市居住幸福度。