城市智能公交體系優(yōu)化

潘希超 宋小艷 鄭欣昕 王彥博 劉興宇

基金項(xiàng)目：2023年遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202313208055）

*通信作者：宋小艷（1982-），女，碩士，副教授。研究方向?yàn)槠?chē)運(yùn)用技術(shù)。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.13.036

摘? 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城鎮(zhèn)居民出行數(shù)量出現(xiàn)急劇上升的趨勢(shì)。同時(shí)，機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量增長(zhǎng)也較快。因此解決當(dāng)前道路交通體系供需矛盾，僅僅采取控制總需求、增加市場(chǎng)需求量、擴(kuò)大道路容量等手段，已不再是解決問(wèn)題的根本方向。為提高城市中公交車(chē)系統(tǒng)的運(yùn)用效率與可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，該研究成果以新型的人工智能技術(shù)為依托，探索出一種改善公交車(chē)輛調(diào)配、道路設(shè)計(jì)與乘客信息服務(wù)的城市中智慧化公交車(chē)管理系統(tǒng)，成功地提高城市公交車(chē)系統(tǒng)的運(yùn)行效率與信息服務(wù)水平。事實(shí)證明，這一技術(shù)顯著改善城市公交出行的便利性和舒適度，也間接降低城市擁堵問(wèn)題，并獲得一定的實(shí)用價(jià)值，在城市發(fā)展中還具有著一定的推動(dòng)作用。這也是解決目前我國(guó)城市交通供給日益緊張矛盾的治本之策。

關(guān)鍵詞：智能公交體系；車(chē)輛調(diào)度；路徑優(yōu)化；城市綠色發(fā)展；人工智能

中圖分類(lèi)號(hào)：C931.6? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）13-0148-04

Abstract： With the rapid development of China's economy and the acceleration of urbanization， the number of urban residents' travel has increased sharply. At the same time， the number of motor vehicles is also growing rapidly. Therefore， to solve the contradiction between supply and demand of the current road traffic system， only to control the total demand， increase market demand and expand road capacity is no longer the fundamental means to solve the problem. In order to improve the application efficiency and sustainable development of urban bus system， the research results are based on a new type of artificial intelligence technology. This paper explores an intelligent bus management system in the city to improve bus deployment， road design and passenger information service， which successfully improves the operation efficiency and information service level of the urban bus system. Facts have proved that this technology not only significantly improves the convenience and comfort of urban public transport， but also indirectly reduces the problem of urban congestion， and obtains a certain practical value， and also plays a certain role in promoting urban development. This is also a permanent solution to the increasing shortage of urban traffic supply in China.

Keywords： intelligent public transportation system; vehicle scheduling; path optimization; urban green development; artificial intelligence

在研究中，首先對(duì)城市智能公交體系做了詳細(xì)介紹。其中分析是這一體系的基石，通過(guò)對(duì)公交車(chē)輛、站點(diǎn)和乘客的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，能夠獲取精確的公交運(yùn)行信息。智能公交系統(tǒng)基于GPS、GRS等技術(shù)的綜合運(yùn)用，延伸出來(lái)的智能交通信息物理融合云控制系統(tǒng)包括交通大數(shù)據(jù)云計(jì)算、交通流智能預(yù)測(cè)、交通流云控制調(diào)度等核心技術(shù)。

在此基礎(chǔ)上，借助智能調(diào)度和優(yōu)化，可合理安排車(chē)輛的出發(fā)時(shí)間、路徑和停靠站點(diǎn)，以提升運(yùn)行效率。通過(guò)大數(shù)據(jù)收集乘客信息并引入智能查詢(xún)系統(tǒng)，能夠?yàn)槌丝吞峁?shí)時(shí)的公交信息服務(wù)。城市智能公共體系可以極大地提高公交系統(tǒng)的運(yùn)行效率和服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)減少乘客的等待時(shí)間和出行時(shí)間，提高乘客的滿(mǎn)意度。

1? 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1? 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

車(chē)輛技術(shù)創(chuàng)新：國(guó)內(nèi)研究者開(kāi)始著重研究新能源公交車(chē)輛技術(shù)，包括電動(dòng)公交車(chē)和氫燃料電池公交車(chē)等。這些車(chē)輛能夠減少尾氣排放和噪音污染，對(duì)改善城市空氣質(zhì)量具有重要意義。

路線優(yōu)化和調(diào)度系統(tǒng)：研究者通過(guò)開(kāi)發(fā)智能調(diào)度算法，提高公交車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)效率。這些算法結(jié)合了實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)、乘客需求預(yù)測(cè)和公交車(chē)輛位置跟蹤等信息，以最優(yōu)路徑規(guī)劃和車(chē)輛調(diào)度，減少乘客等待時(shí)間和車(chē)輛擁堵。

實(shí)時(shí)信息通信系統(tǒng)：智能公交體系需要建立實(shí)時(shí)信息通信系統(tǒng)，以提供準(zhǔn)確的乘車(chē)信息給乘客。許多城市已經(jīng)開(kāi)發(fā)了智能手機(jī)應(yīng)用程序，乘客可以查詢(xún)公交線路、到站時(shí)間預(yù)測(cè)等信息，提高出行便利性。

跨界聯(lián)合出行：智能公交體系與其他交通模式的整合也是國(guó)內(nèi)研究的重點(diǎn)之一。例如，將公交車(chē)與地鐵、共享單車(chē)等交通方式進(jìn)行銜接，形成綜合性的出行解決方案，提供乘客更便捷、靈活的出行選擇。

數(shù)據(jù)分析和優(yōu)化：通過(guò)收集和分析乘客出行數(shù)據(jù)、車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)等信息，研究者可優(yōu)化車(chē)輛調(diào)度策略，減少空載率、擁堵，提高公交運(yùn)營(yíng)效率。此外，數(shù)據(jù)分析還可為城市交通規(guī)劃和政策制定提供科學(xué)依據(jù)。

1.2? 國(guó)外研究現(xiàn)狀

公交車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)：國(guó)外許多城市已經(jīng)開(kāi)始開(kāi)展公交車(chē)自動(dòng)駕駛技術(shù)的研究和試驗(yàn)。自動(dòng)駕駛技術(shù)可以提高公交車(chē)輛的安全性和準(zhǔn)確性，減少人為誤操作和事故的風(fēng)險(xiǎn)。

創(chuàng)新支付和票務(wù)系統(tǒng)：國(guó)外一些城市已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全面的電子支付和無(wú)現(xiàn)金票務(wù)系統(tǒng)。乘客可以使用智能卡或移動(dòng)支付進(jìn)行費(fèi)用支付，提高支付的便捷性和效率。

電動(dòng)公交車(chē)技術(shù)創(chuàng)新：國(guó)外許多城市已經(jīng)廣泛使用電動(dòng)公交車(chē)，大規(guī)模減少尾氣排放、噪音污染和碳足跡。此外，還有研究者致力于開(kāi)發(fā)充電設(shè)施和電池快速充電技術(shù)，以進(jìn)一步提高電動(dòng)公交車(chē)的可持續(xù)性。

可再生能源應(yīng)用：國(guó)外一些城市正在探索利用可再生能源供電公交車(chē)，如太陽(yáng)能和風(fēng)能等。這有助于減少公交車(chē)使用傳統(tǒng)能源對(duì)環(huán)境造成的影響，推動(dòng)城市能源轉(zhuǎn)型。

綠色交通規(guī)劃政策：國(guó)外一些城市在交通規(guī)劃和政策制定方面采取了一系列綠色舉措，例如，建設(shè)自行車(chē)道、優(yōu)化公交車(chē)道、設(shè)立低排放和零排放區(qū)域等以促進(jìn)綠色出行方式的發(fā)展。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外對(duì)智能且綠色公交體系的研究都朝著提高交通效率、改善城市空氣質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境的方向前進(jìn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步和實(shí)踐的深入，智能且綠色公交體系將會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用和推廣，為人們創(chuàng)造更加宜居和可持續(xù)的城市環(huán)境。

2? 城市智能公交體系原理解析

城市智能公交體系設(shè)計(jì)原理主要包括以下內(nèi)容。

第一， 數(shù)據(jù)的采集與分析。借助傳感器和監(jiān)測(cè)設(shè)備，在公交車(chē)輛、站點(diǎn)進(jìn)行安裝，以獲取車(chē)輛位置、乘客數(shù)量、交通狀況等各類(lèi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，可以得到精確的公交運(yùn)行信息，從而為后續(xù)優(yōu)化決策提供可靠依據(jù)。定位系統(tǒng)與硬件設(shè)施如圖1所示。

第二，智能調(diào)度與優(yōu)化。利用采集到的數(shù)據(jù)，結(jié)合智能算法和優(yōu)化模型，優(yōu)化公交車(chē)輛的調(diào)度和運(yùn)營(yíng)。通過(guò)合理安排發(fā)車(chē)時(shí)刻、路線和停靠站點(diǎn)，最大化運(yùn)行效率，減少擁堵和等待時(shí)間，提高乘客滿(mǎn)意度。系統(tǒng)基礎(chǔ)框架與傳遞關(guān)系如圖2所示。

第三，乘客信息服務(wù)與智能查詢(xún)系統(tǒng)。通過(guò)智能終端設(shè)備和移動(dòng)應(yīng)用程序，為乘客提供實(shí)時(shí)的公交信息服務(wù)，包括車(chē)輛到站時(shí)間預(yù)測(cè)、線路查詢(xún)、乘車(chē)指引等。同時(shí)，結(jié)合智能查詢(xún)技術(shù)，乘客可以通過(guò)智能公交移動(dòng)端來(lái)選取實(shí)時(shí)或歷史公交的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以此生成不同的動(dòng)態(tài)換乘方案，來(lái)滿(mǎn)足多樣的出行需求，提高乘客出行的便利性和舒適度。智能化公交體系實(shí)施流程如圖3所示。

第四，在公交體系設(shè)計(jì)中，需要考慮環(huán)境友好性和可持續(xù)性。可以通過(guò)推廣新型環(huán)保電動(dòng)公交車(chē)、利用太陽(yáng)能等清潔能源、減少車(chē)輛排放等措施來(lái)減少公交系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響，使用新型綠色環(huán)保材料打造公交站臺(tái)，并升級(jí)車(chē)輛在內(nèi)部安裝節(jié)能設(shè)備，增加車(chē)輛能源利用效果，提高城市的空氣質(zhì)量和可持續(xù)性。

圖2? 系統(tǒng)基礎(chǔ)框架與傳遞關(guān)系圖

3? 優(yōu)化公交車(chē)輛的調(diào)度

智能公交系統(tǒng)是城市智能運(yùn)輸系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)，在智能公交的運(yùn)營(yíng)和管理中扮演著至關(guān)重要的角色。做好智能公交系統(tǒng)需要：①做好數(shù)據(jù)分析與預(yù)測(cè)，通過(guò)對(duì)公交線路客流分布、道路擁堵情況以及天氣等數(shù)據(jù)的收集和分析，可以有針對(duì)性地預(yù)測(cè)線路運(yùn)力的投入。②做好智能化調(diào)度系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括調(diào)度中心、車(chē)載設(shè)備和電子站牌等幾個(gè)組成部分。調(diào)度員使用智能化調(diào)度系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控和管理公交車(chē)輛、線路和站點(diǎn)等信息。③做好線路調(diào)度方式的多樣化，根據(jù)不同區(qū)域和時(shí)間的客流需求的變化，公交調(diào)度員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況對(duì)不同的營(yíng)運(yùn)線路進(jìn)行靈活調(diào)度。④營(yíng)運(yùn)車(chē)型配比的多樣化，不同類(lèi)型的公交車(chē)在載客能力和道路適應(yīng)性方面存在差異，公交調(diào)度員需要根據(jù)實(shí)際情況靈活安排不同類(lèi)型的車(chē)輛投入線路運(yùn)營(yíng)。⑤安全保障調(diào)度多樣化，在調(diào)度工作中，應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)安全保障工作，以確保乘客人身安全和公共車(chē)輛的安全運(yùn)行。

4? 合理規(guī)劃線路

經(jīng)過(guò)調(diào)查和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)校、政府部門(mén)以及大型景區(qū)和小區(qū)的公交線路相對(duì)較為稀少，而市中心的公交線路則相對(duì)較多。這種情況導(dǎo)致公交線路和行駛路線的合理性存在問(wèn)題。基于此，可以進(jìn)一步展開(kāi)研究并進(jìn)行調(diào)整，以滿(mǎn)足市民的交通需求。具體而言，在大型小區(qū)、學(xué)校、景區(qū)等熱門(mén)地點(diǎn)以及市中心外圍地區(qū)，應(yīng)合理增設(shè)更多的公交線路，從而改善市民的出行體驗(yàn)。這樣的調(diào)整將有助于提高公共交通系統(tǒng)的效率和便利性。

要滿(mǎn)足遠(yuǎn)近結(jié)合和協(xié)調(diào)發(fā)展的要求，以確保公共交通規(guī)劃與公共停車(chē)設(shè)施規(guī)劃的無(wú)縫銜接。基于實(shí)際情況，認(rèn)真分析各時(shí)段乘客出行的流量、流向和出行需求，以更加科學(xué)合理的方式規(guī)劃公交路線。同時(shí)，還將對(duì)可新建、可合并和可優(yōu)化的線路進(jìn)行全面調(diào)研，以實(shí)現(xiàn)市民出行的便捷性和運(yùn)力資源的最優(yōu)利用。

5? 解決城市交通擁堵問(wèn)題

智慧公交解決方案將實(shí)現(xiàn)全要素?cái)?shù)據(jù)采集、全方位安全監(jiān)測(cè)、全流量深度感知、全網(wǎng)絡(luò)威脅情報(bào)和大數(shù)據(jù)分析關(guān)聯(lián)五大能力，最終實(shí)現(xiàn)交通領(lǐng)域精準(zhǔn)精細(xì)的全域治理。整合匯集政府和企業(yè)的數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建智慧交通治理大數(shù)據(jù)分析體系，通過(guò)大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)據(jù)智能技術(shù)，在交通態(tài)勢(shì)、綜合指揮、重點(diǎn)車(chē)輛管控、智能設(shè)備管理、公眾出行服務(wù)和人工智能信號(hào)燈等方面領(lǐng)先的算法模型和端到端執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市交通現(xiàn)狀的全面掌控，形成全城聯(lián)動(dòng)的交通治理決策行動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)，打通城市交通綜合治理中決策與行動(dòng)的斷層，服務(wù)于城市交通管理和公共出行，實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)改善到管理改善再到建設(shè)改善的治理目標(biāo)。將充分利用城市數(shù)據(jù)大腦的視頻分析能力，打造快速城市智能交通，多數(shù)據(jù)匯集融合計(jì)算實(shí)現(xiàn)交通擁堵研判，智能算法實(shí)現(xiàn)信號(hào)燈配時(shí)優(yōu)化方案;通過(guò)建立針對(duì)并服務(wù)于交通治理的立體數(shù)據(jù)生態(tài)系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)城市的治理和決策，打造安全、智能、在線、便捷的智慧交通，實(shí)現(xiàn)即時(shí)在線管控、在線指揮和全量數(shù)據(jù)分析等功能

6? 智能大數(shù)據(jù)平臺(tái)，動(dòng)態(tài)可視管理

在智能公交體系中，使用5G網(wǎng)絡(luò)助力公交體系快速運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)5G的特性技術(shù)，實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+公交車(chē)+人”的整合體。利用5G網(wǎng)絡(luò)的快速機(jī)動(dòng)去操作公交車(chē)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)時(shí)間差接近為現(xiàn)場(chǎng)親臨。將公交體系的各個(gè)維度數(shù)據(jù)通過(guò)5G傳輸回運(yùn)營(yíng)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，根據(jù)運(yùn)維人員所需進(jìn)行反饋，更加直觀地分析公交體系運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)控和指揮公交車(chē)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)真正的全息智能化運(yùn)維管理。

7? 優(yōu)化乘客信息服務(wù)

隨著智能手機(jī)功能的不斷完善，人們?cè)诔鲂袝r(shí)更傾向于使用手機(jī)查詢(xún)公交車(chē)的實(shí)時(shí)信息。公交車(chē)到站的時(shí)間會(huì)受到天氣、車(chē)流和乘客情況等客觀因素的影響，這會(huì)給乘客的出行計(jì)劃帶來(lái)干擾并有可能延誤行程。開(kāi)發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)的智能公交移動(dòng)終端，進(jìn)行實(shí)時(shí)公交到達(dá)時(shí)間查詢(xún)系統(tǒng)，讓乘客通過(guò)了解自己所要乘坐公交的實(shí)際到達(dá)時(shí)間來(lái)安排自己的出行時(shí)間，從而合理規(guī)劃自己的出行計(jì)劃。

由于人們的出行線路多樣化，僅僅獲得公交到站的時(shí)間已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人們更加全面的出行需要。基于此，一些學(xué)者將研究的重點(diǎn)放在了提升公交換乘的乘客體驗(yàn)方面。旨在開(kāi)發(fā)可以提供動(dòng)態(tài)換乘方案，為用戶(hù)提供更多選擇的實(shí)時(shí)公交查詢(xún)系統(tǒng)，乘客可以通過(guò)智能公交移動(dòng)端來(lái)選取實(shí)時(shí)或歷史公交的運(yùn)行數(shù)據(jù)，以此生成不同的動(dòng)態(tài)換乘方案，來(lái)滿(mǎn)足多樣的出行需求。智能公交移動(dòng)終端能夠有效減少乘客候車(chē)時(shí)間，線路規(guī)劃合理、操作便捷，能夠有效優(yōu)化乘客出行體驗(yàn)、提升乘車(chē)滿(mǎn)意度。

8? 構(gòu)建低碳出行

在公交體系設(shè)計(jì)中，需要考慮環(huán)境友好性和可持續(xù)性。城市交通是城市空氣污染的重要來(lái)源之一。燃油公交車(chē)的尾氣排放會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體，例如二氧化碳、氮氧化物和顆粒物等，智能公交系統(tǒng)可以通過(guò)推廣電動(dòng)公交車(chē)、利用清潔能源、減少車(chē)輛排放等措施來(lái)減少公交系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的影響，提高城市的空氣質(zhì)量和可持續(xù)性。城市智能公交的優(yōu)勢(shì)不僅僅體現(xiàn)在提高交通效率方面，還可以減少對(duì)環(huán)境的污染。智能公交集成了節(jié)能和環(huán)保的技術(shù)，如電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和智能能源管理系統(tǒng)。通過(guò)使用這些技術(shù)，公交車(chē)可以降低能源消耗和排放，減少對(duì)空氣質(zhì)量的影響。此外，智能公交還可以與其他智慧交通設(shè)施進(jìn)行互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)整個(gè)交通系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)作。

城市智能公交體系作為一種新型的交通體系，不僅可以提高城市交通的效率和安全性，還可以對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生重要的影響。未來(lái)，城市智能公交體系將進(jìn)一步發(fā)展和創(chuàng)新，其應(yīng)用范圍和影響也將逐步擴(kuò)大，為城市環(huán)境的改善和協(xié)調(diào)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。

9? 大力培養(yǎng)和引進(jìn)人才

加大公交智能化人才培養(yǎng)力度。建設(shè)為城市公交發(fā)展提供人才的高層次智能公交人才培養(yǎng)基地。完善培訓(xùn)輪訓(xùn)體系，優(yōu)化專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員組成，如物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、自動(dòng)控制和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等。健全公交智能化人才隊(duì)伍建設(shè)機(jī)制，加大公交智能化人才培養(yǎng)力度，廣泛學(xué)習(xí)借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)，積極開(kāi)展具有探索性、創(chuàng)造性的實(shí)踐活動(dòng)。積極引進(jìn)公交智能化人才。搭建引才平臺(tái)，拓寬招才引智渠道。進(jìn)一步健全人才引進(jìn)機(jī)制，緊緊圍繞智能公交產(chǎn)業(yè)發(fā)展、科研項(xiàng)目等工作，敞開(kāi)大門(mén)納賢，積極引進(jìn)領(lǐng)軍科研人才、經(jīng)營(yíng)管理高層次人才和技能人才。

10? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，優(yōu)化城市智能公交系統(tǒng)的原則主要包括數(shù)據(jù)分析、智能調(diào)度與優(yōu)化、路線規(guī)劃與優(yōu)化、乘客信息服務(wù)和智能查詢(xún)系統(tǒng)以及環(huán)境友好和可持續(xù)性考慮。應(yīng)用這些原則可以提升公交系統(tǒng)的運(yùn)行效率、服務(wù)質(zhì)量和乘客滿(mǎn)意度，同時(shí)構(gòu)建低碳生活方式，促進(jìn)城市智能交通的可持續(xù)發(fā)展。

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