陳夢云，曹昌圣

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

BRT智能調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

陳夢云1，曹昌圣2

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

為了提高公交行業(yè)管理水平和服務(wù)質(zhì)量，文中提出了一套BRT智能調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用北斗/GPS雙模定位采集車輛地理位置數(shù)據(jù)信息，利用DSRC技術(shù)輔助車輛定位，利用4G無線網(wǎng)絡(luò)傳輸車載終端的音視頻信息，利用公交信號優(yōu)先算法實現(xiàn)對公交車輛進(jìn)行優(yōu)先控制。公交部門可以通過該系統(tǒng)實現(xiàn)對公交車輛的有效調(diào)配，保證線路公交車輛準(zhǔn)點、勻衡、有序運行；同時也可以監(jiān)督管理各種違規(guī)、違章和違紀(jì)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(wù)。

快速公交；智能調(diào)度；DSRC技術(shù)；公交信號優(yōu)先；實時監(jiān)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(xiàn)有公交普遍存在著擁擠、低效等問題，再加上公交行業(yè)管理方式落后，運營服務(wù)質(zhì)量差，城市擁擠問題越來越嚴(yán)重。針對公交行業(yè)管理落后和服務(wù)質(zhì)量差這兩個問題，本文提出一套BRT智能調(diào)度系統(tǒng)，提高公交行業(yè)管理和公交運營服務(wù)質(zhì)量，為乘客提供便捷、安全服務(wù)的基本保障。

文中從數(shù)據(jù)管理、智能調(diào)度、車輛監(jiān)控、緊急預(yù)案、客流量統(tǒng)計和線路規(guī)劃這幾個方面對BRT智能調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，對車輛行駛過程進(jìn)行全面監(jiān)控，并根據(jù)客流量和道路通行狀況對車輛進(jìn)行實時有效的智能調(diào)度[1]。

1 系統(tǒng)概述

BRT智能調(diào)度系統(tǒng)通過安裝在公交車輛的車載終端實時采集車輛定位數(shù)據(jù)、投幣機(jī)數(shù)據(jù)、音視頻信息等數(shù)據(jù)，通過4G無線通信網(wǎng)絡(luò)傳到監(jiān)控調(diào)度平臺，政府、公交公司、車隊可通過平臺查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，公交公司、車隊可對公交車輛進(jìn)行實時調(diào)度，同時管理人員通過手機(jī)APP端登錄到平臺，對公交車輛進(jìn) 行相應(yīng)的一系列操作。

圖1 系統(tǒng)整體框架圖

1.1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

圖2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)框圖

BRT智能調(diào)度系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)可分為3層：展示層、服務(wù)層及數(shù)據(jù)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?shù)哪_本、頁面進(jìn)行高效的壓縮，可大幅提高頁面的加載速度。服務(wù)層基于Hive+MapReduce的大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、Netty框架、Kafka消息隊列、Flume日志收集、ArcSDE等技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的多樣化處理和大數(shù)據(jù)應(yīng)用。各基礎(chǔ)服務(wù)由Dubbo分布式服務(wù)框架統(tǒng)一管理，為業(yè)務(wù)應(yīng)用的實現(xiàn)提供服務(wù)支持。應(yīng)用引擎部分采用HBase API、Coherence API、JPA、ArcSDE 分別與分布式數(shù)據(jù)庫、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫、Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交互；應(yīng)用組件采用CXF、WebSocket、Activiti5等技術(shù)，為應(yīng)用提供完備的數(shù)據(jù)源的訪問。展示層采用了JQuery技術(shù)，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(yīng)用中。數(shù)據(jù)層采用Oracle數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲。

1.2 車載調(diào)度終端

車載調(diào)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(diào)度終端

北斗/GSP雙模定位模塊用于獲取車輛位置數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)車輛實時定位，CAN總線模塊實現(xiàn)車輛位置、方位角和速度等運行狀態(tài)、視頻圖像數(shù)據(jù)、車輛動力CAN總線數(shù)據(jù)、視頻客流數(shù)據(jù)、開關(guān)量數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)的采集[3]。報警模塊主要用于公交車輛發(fā)生異常狀況或司機(jī)危險駕駛時，發(fā)出語音告警，并將告警信息推送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心可根據(jù)告警信息采取相關(guān)安全措施。公交優(yōu)先控制模塊主要用于公交車輛在交叉路口提出優(yōu)先通行申請，讓公交車輛優(yōu)先通過交叉路口。音視頻模塊用于傳遞車內(nèi)音頻和視頻信息，實現(xiàn)車輛監(jiān)控。人機(jī)交互終端主要通過圖形化界面等方式為司機(jī)直觀顯示各種狀態(tài)信息，使司機(jī)能對終端進(jìn)行更加方便快捷操作。4G無線通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)同公交管理指揮中心的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)智能化運營調(diào)度。

2 關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)

2.1 DSRC技術(shù)

車輛在高架下方運行，衛(wèi)星信號會被遮擋，現(xiàn)用定位方式是將差轉(zhuǎn)臺的接收天線安裝于高架橋上層，來確保接收到衛(wèi)星信號，再通過電路轉(zhuǎn)發(fā)到橋下，在橋下的一片區(qū)域形成衛(wèi)星信號的轉(zhuǎn)播。能實現(xiàn)衛(wèi)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(zhuǎn)的信號與橋外低角度的真實衛(wèi)星信號產(chǎn)生干擾，導(dǎo)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(shù)，在小范圍區(qū)域內(nèi)可以對高速運動下的移動目標(biāo)進(jìn)行識別和建立雙向通信，實現(xiàn)信息傳遞，將車輛和道路有機(jī)連接。DSRC通信過程可分為3部分：首先車載單元和路側(cè)單元建立通信連接，其次車載單元和路側(cè)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(shù)輔助車輛定位的原理是通過無線電測量距離估算出路側(cè)設(shè)備到車的距離，利用距離和已知路側(cè)設(shè)備的位置數(shù)據(jù)計算出車輛位置[6]。當(dāng)車輛進(jìn)入信號有效區(qū)域后，車載RFID設(shè)備和安裝在路側(cè)的路側(cè)標(biāo)簽建立通信，獲取有效經(jīng)緯度并傳送給車載定位設(shè)備，完成輔助定位功能。

2.2 公交信號優(yōu)先技術(shù)

公交優(yōu)先是一種效率優(yōu)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(yōu)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(yōu)先控制是讓主要由車輛信息檢測、優(yōu)先申請接入、信號狀態(tài)調(diào)整3部分組成。

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

優(yōu)先申請接入：對獲取的車輛信息正確性進(jìn)行檢驗，并根據(jù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)判斷該優(yōu)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(tài)；如果滿足條件，優(yōu)先申請接入部分首先根據(jù)交通信號控制系統(tǒng)提供的車輛信息，對路網(wǎng)的交通狀況、等待排隊長度，實施優(yōu)先期間到達(dá)的車輛數(shù)進(jìn)行估計。其次檢測當(dāng)前交叉路口信號狀態(tài)信息，獲取當(dāng)前信號控制交叉口的信號燈配置基本信息。然后根據(jù)公交車輛信息以及交叉路口的信號燈的狀態(tài)信息，選擇最合適的優(yōu)先信號控制策略。最后根據(jù)獲取的路網(wǎng)交通狀況信息、信號狀態(tài)信息、公交車輛信息在選擇的優(yōu)先信號控制策略基礎(chǔ)之上，利用合適的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解，確定各個性能指標(biāo)的權(quán)重。根據(jù)性能指標(biāo)的計算結(jié)果，結(jié)合設(shè)置的參數(shù)，決定是否給與提供優(yōu)先服務(wù)以及何時給予優(yōu)先服務(wù)、如何服務(wù)以及何時撤銷服務(wù)[8]。

信號狀態(tài)調(diào)整：執(zhí)行信息告知信號控制器，對信號控制系統(tǒng)進(jìn)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(diào)用信號過渡方案，利用黃閃，紅閃等燈色來告知信號狀態(tài)改變。

3 系統(tǒng)主要功能

3.1 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理主要是對公交車輛信息、人員信息、站點信息和設(shè)備終端信息等基礎(chǔ)的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集、存儲和處理等操作，該系統(tǒng)實現(xiàn)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(tài)的基礎(chǔ)信息的有效管理，實現(xiàn)了公交行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施一體化智能管理與維護(hù)。

3.2 行車排班計劃

系統(tǒng)根據(jù)公交車輛的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及前一天的行車計劃等數(shù)據(jù)，自動的生成新的車輛行車計劃。系統(tǒng)以先進(jìn)先出、順序優(yōu)先為原則，并根據(jù)實時路況和車輛運營情況對制定好的發(fā)車計劃自行進(jìn)行整。管理人員對行車計劃進(jìn)行審核，并根據(jù)實際情況對行車計劃進(jìn)行調(diào)整，包括車輛變更，調(diào)整發(fā)車時間間隔等[9]。通過審核的行車計劃將會自動下達(dá)，并根據(jù)計劃時間自動派車，實現(xiàn)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(tǒng)根據(jù)車輛運行計劃及人員基礎(chǔ)信息自動的生成排班計劃，按照輪班規(guī)則和輪休規(guī)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(jù)實際情況可對排班計劃表進(jìn)行人工調(diào)整計劃。排班計劃通過審核后，計劃將會自動下達(dá)，根據(jù)計劃時間自動用短信通知司乘人員及時發(fā)車。

3.3 智能調(diào)度

日常調(diào)度：日常調(diào)度主要采用加車、減車、短線和快車等調(diào)度手段，對公交車輛進(jìn)行調(diào)度。在采用這些調(diào)度手段時，發(fā)車時間及站點選擇是視具體交通狀況決定的，與即時發(fā)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(guān)。

自動調(diào)度：自動調(diào)度主要是通過對車輛進(jìn)行實時監(jiān)控，動態(tài)的獲取車輛運行信息和客流量等數(shù)據(jù)，然后根據(jù)車輛運行信息、客流量、線路營運計劃和調(diào)度規(guī)則等數(shù)據(jù)，自動提供動態(tài)的車輛發(fā)車時間表，編排司機(jī)排班計劃表，保證公交運營車輛按計劃排班運營[10]。

異常調(diào)度：由于路況、客流和天氣等多種因素的干擾，會出現(xiàn)很多突發(fā)狀況，在發(fā)生調(diào)度異常情況時，系統(tǒng)自動執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，自動發(fā)出最新的調(diào)度指令，在執(zhí)行過程中可手動修改相應(yīng)流程。

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

3.4 車輛監(jiān)控

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

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

2）模擬監(jiān)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(jù)其各自相對的距離與位置，系統(tǒng)進(jìn)行換算自動在線路模擬圖上標(biāo)注[12]。模擬監(jiān)控以線路模擬圖為基礎(chǔ)，根據(jù)運行于BRT專用車道內(nèi)車輛GPS數(shù)據(jù)和報站數(shù)據(jù)，可在圖上實時顯示進(jìn)入BRT專用車道內(nèi)所有車輛在線路上的運行位置，便于調(diào)度人員在日常營運調(diào)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(jiān)控：系統(tǒng)提供電子地圖顯示，地圖上顯示BRT線路以及各站點等相關(guān)圖層的同時，在地圖上實時顯示所有進(jìn)入BRT專用車道內(nèi)車輛的位置、車輛行駛方向等信息[13]。系統(tǒng)支持多個監(jiān)控窗口跟蹤不同的目標(biāo)或區(qū)域，并顯示車輛運行的相關(guān)信息。

3.5 客流量分析

客流量數(shù)據(jù)的收集與分析在公共交通建設(shè)、運營與管理等方面，發(fā)揮著顯著的作用。通過對投幣機(jī)、公交IC卡和客流統(tǒng)計器3方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)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(jù)，為公交線路規(guī)劃者提供可靠的線路規(guī)劃依據(jù)[14]。

3.6 線路規(guī)劃

線路規(guī)劃是力求公交出行服務(wù)的效率達(dá)到最大化，利用最小的資源獲取最大的產(chǎn)出[15]。系統(tǒng)提供線路評估和線路規(guī)劃功能，公交企業(yè)通過系統(tǒng)收集的客流量數(shù)據(jù)、線路站點重復(fù)率數(shù)據(jù)等，評估線路通行能力，并根據(jù)該相關(guān)數(shù)據(jù)提出優(yōu)化調(diào)整方案，如調(diào)整線路服務(wù)時間、改變線路走向、增減站點、調(diào)整線路車輛配置等，最大化提升公交運力。行業(yè)管理部門可以根據(jù)系統(tǒng)提供客流量數(shù)據(jù)和線路通行能力，規(guī)劃新線路。

4 結(jié) 論

本方案是結(jié)合業(yè)務(wù)需求特點，按照實用性、先進(jìn)性、可靠性、安全性、可擴(kuò)展等五項原則進(jìn)行設(shè)計考慮，以滿足系統(tǒng)可平滑擴(kuò)展、系統(tǒng)可對接以及軟件實用等關(guān)鍵需求。該系統(tǒng)可為公交公司提供智能化營運管理，實現(xiàn)公交資源最優(yōu)配置，提高公交企業(yè)服務(wù)水平，為線路調(diào)整與規(guī)劃方面提供更可靠、更科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

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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(fā)。