李岱濰

摘要：為了有效引導(dǎo)公交乘客有秩序排隊乘車，節(jié)省公交車輛站臺?？繒r間，以提高公共交通系統(tǒng)運行效率，提升公共交通服務(wù)質(zhì)量，本系統(tǒng)利用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(jù)車隊實時進站次序狀態(tài)對即將進入公交站臺的公交車輛進行動態(tài)車位分配，并利用信息發(fā)布設(shè)備引導(dǎo)站臺乘客有序排隊乘車。整個誘導(dǎo)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)的接收和處理設(shè)備、乘客及駕駛員信息提示設(shè)備和公交排隊誘導(dǎo)管理平臺。數(shù)據(jù)的接收和處理設(shè)備負責(zé)對實時的粗采樣粒度的公交車行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)進行傳輸和處理，包括數(shù)據(jù)的預(yù)處理、車輛到站順序的預(yù)測及車輛停靠位置的確定;乘客及駕駛員信息提示設(shè)備包括顯示屏和電子站牌，負責(zé)車輛到站信息的提示，實現(xiàn)對乘客的行為誘導(dǎo)和規(guī)范;公交排隊誘導(dǎo)管理平臺面向公交公司的管理人員，可實現(xiàn)排隊乘車系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)控、信息的查詢、修改及發(fā)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(dǎo)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停靠時間，提高運行效率，對提升公交系統(tǒng)服務(wù)水平乃至提升城市形象都具有重要意義。

關(guān)鍵詞：公交乘客信息服務(wù);乘客排隊誘導(dǎo);車輛?？款A(yù)測

一、研究背景及意義

隨著國民經(jīng)濟發(fā)展，機動車保有量越來越高，已有的基礎(chǔ)道路設(shè)施建設(shè)已經(jīng)無法滿足日益增長的通行需求，導(dǎo)致嚴重的交通擁堵問題。大力發(fā)展公共交通事業(yè)，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(gòu)建良好的城市交通系統(tǒng)具有重要的意義。

在現(xiàn)有的公交系統(tǒng)中，乘客信息服務(wù)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(dāng)多輛公交車同時進站時，乘客只能根據(jù)個人視覺感官判斷所乘公交車的?？课恢们闆r，從而產(chǎn)生追逐車輛、攔截車輛、擁擠上車等不文明現(xiàn)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(tǒng)中，公交車都安裝有GPS 等定位設(shè)備，具備記錄車輛全時空行駛狀態(tài)數(shù)據(jù)的功能。這些信息可以為公交車的進站次序判別提供依據(jù)。而現(xiàn)階段國內(nèi)外幾乎沒有使用GPS 數(shù)據(jù)進行公交到站次序預(yù)測并進行人性化排隊誘導(dǎo)的研究，本系統(tǒng)能夠充分利用公交車輛定時發(fā)布的行駛數(shù)據(jù)，通過預(yù)測多車輛到站順序及信息的現(xiàn)場發(fā)布，有效引導(dǎo)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(jié)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(wù)質(zhì)量、緩解交通擁堵、降低交通事故發(fā)生率有顯著效果。

二、系統(tǒng)整體設(shè)計

本系統(tǒng)利用公交車的軌跡數(shù)據(jù)對進入公交站臺的車輛順序進行判別，通過在站臺預(yù)設(shè)固定車位，在車輛進站之前動態(tài)分配公交車?？寇囄?，并將公交車輛的?？空拘畔⑼ㄟ^終端設(shè)備發(fā)送給乘客，乘客根據(jù)車輛到達信息進行排隊乘車。本系統(tǒng)整體采用數(shù)據(jù)采集-數(shù)據(jù)處理-誘導(dǎo)展示三層結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。在公交數(shù)據(jù)采集層，利用車輛GPS 設(shè)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(shù)據(jù)處理層，利用路側(cè)處理設(shè)備對GPS 軌跡數(shù)據(jù)進行分析，判斷來車狀態(tài)和車輛即將停靠的車位;在誘導(dǎo)展示層，面向乘客發(fā)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(shè)備如圖2所示。

三、詳細設(shè)計

本設(shè)計提出的基于車聯(lián)網(wǎng)的排隊乘車誘導(dǎo)系統(tǒng)實現(xiàn)流程如圖3所示。

具體如下：

（一）實時行駛數(shù)據(jù)的采集與傳輸

中心系統(tǒng)通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式獲取車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的公交車實時行駛狀態(tài)信息，并通過無線方式將公交車行駛狀態(tài)信息轉(zhuǎn)發(fā)至公交站臺數(shù)據(jù)處理終端。采集到的公交車行駛數(shù)據(jù)主要包括以下內(nèi)容：

（二）原始數(shù)據(jù)的預(yù)處理

針對定位設(shè)備采集的數(shù)據(jù)異常狀況，包括數(shù)據(jù)冗余、數(shù)據(jù)錯誤、數(shù)據(jù)缺失等問題進行處理。具體如下：

（1）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

為便于科學(xué)計算，將帶格式的時間字符串轉(zhuǎn)換為UTC 格式。

（2）數(shù)據(jù)冗余處理

①獲取到的數(shù)據(jù)并非都是所需的，需要提取有用的數(shù)據(jù)，對于無用數(shù)據(jù)，進行刪除。

②當(dāng)同一班次公交車的采樣數(shù)據(jù)中ACTDATETIME、PRODUCTID 相同時，判定為數(shù)據(jù)冗余。對于數(shù)據(jù)冗余，刪除多余數(shù)據(jù)，僅保留一條。對于刪除的數(shù)據(jù)要進行數(shù)據(jù)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(shù)，

一般取值范圍為 。

②保留DATATYPE=3 or 4 的數(shù)據(jù)，其余值刪除，不進行數(shù)據(jù)補償。

（4）定位異常處理

①定位錯誤：根據(jù)歷史數(shù)據(jù)設(shè)置預(yù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xù)兩次GPS 數(shù)據(jù)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(dāng)前定位點。如果且，判定公交車處于靜止?fàn)顟B(tài)，則此時數(shù)據(jù)采用上一條數(shù)據(jù)的經(jīng)緯度。默認為，即。

（5）數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)并未丟失，在此步驟不做處理。2 （17s，32s）的時間間隔：數(shù)據(jù)缺失，進行數(shù)據(jù)補充。

BUSRDID：BUSRDID[i]+1（不變），補充的數(shù)據(jù)令DATATYPE=1

ROUTEID、PRODUCTID、STATIONSEQNUM、ISARRLFT 與上一條數(shù)據(jù)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(shè)備故障或通信故障，不進行補償，系統(tǒng)數(shù)據(jù)異常。

（三）基于公交車軌跡數(shù)據(jù)的車輛到站順序確定方法

（1）基本參數(shù)的配置和行駛數(shù)據(jù)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(yù)設(shè)區(qū)域和第二預(yù)設(shè)區(qū)域，預(yù)設(shè)區(qū)域位置、大小、形狀等參數(shù)設(shè)置均與站臺和目標車輛的基本情況有關(guān)，基于?？烤€路和預(yù)設(shè)區(qū)域以GPS 坐標為劃分依據(jù)，篩選進入預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的具有站臺?？繖?quán)利的車輛采樣數(shù)據(jù)。預(yù)設(shè)區(qū)域劃分如圖4 所示。

進入目標范圍（第一預(yù)設(shè)區(qū)域）內(nèi)的車輛，才會在短時間內(nèi)停靠站臺，此時的車輛具有預(yù)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(dāng)車輛進入第二預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)時，站點信息顯示設(shè)備應(yīng)輸出即將到站車輛，根據(jù)實際情況引導(dǎo)乘客排隊，第二預(yù)設(shè)區(qū)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(tǒng)中如圖4，第一預(yù)設(shè)區(qū)域取以站臺為圓心的圓形區(qū)域，第二預(yù)設(shè)區(qū)域的劃分有三種方法，如下：

1 利用空間地理區(qū)域劃分

如圖5 的預(yù)設(shè)區(qū)域的示意圖，以停靠站臺為中心，根據(jù)?？空九_的定位位置，劃定第一、二預(yù)設(shè)區(qū)域為兩個均以站臺為圓心，半徑不同的圓形區(qū)域，圓形半徑據(jù)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(tài)進行處理，則第一預(yù)設(shè)區(qū)域半徑可化為450m;在距離站臺還有15s 時要顯示排隊誘導(dǎo)信息，則第二預(yù)設(shè)區(qū)域半徑化為135m。若考慮其他因素，應(yīng)對450m 和135m 作相應(yīng)修改。

2 利用路段長度劃分

如圖6 所示，以?？空九_位置為終點，沿交通車輛的線路方向向上游道路追溯，假設(shè)路段長度閾值，當(dāng)交通車輛沿線路方向到達停靠站臺總距離小于時，這段路段為預(yù)設(shè)區(qū)域。當(dāng)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(tài)。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(shù)，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停靠站臺為起始點，本?？空九_為終點，對兩個?？空九_中間區(qū)域劃定為預(yù)設(shè)區(qū)域。當(dāng)交通車輛從上游?？空九_駛出時，即進入檢測區(qū)域。

（2）跟蹤采樣

在Δ 時間內(nèi)，對預(yù)設(shè)區(qū)域內(nèi)的公交車輛行駛狀態(tài)的數(shù)據(jù)參數(shù)進行跟蹤采樣，得到各車輛在當(dāng)前采樣時刻的行駛數(shù)據(jù)。Δ 的時間是為了保證位于預(yù)設(shè)區(qū)域的車輛均被采集至少一次行駛數(shù)據(jù)。行駛數(shù)據(jù)主要包括當(dāng)前采樣時刻、當(dāng)前采樣時刻車輛所在的經(jīng)緯度位置數(shù)據(jù)、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(dāng)前采樣時刻及前一采樣時刻的行駛數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(jīng)緯度位置規(guī)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(dāng)前采樣時刻中的最早時刻，若在Δ 時間內(nèi)，有車輛上傳數(shù)據(jù)共兩次，則取第二次的行駛數(shù)據(jù)為當(dāng)前采樣時刻數(shù)據(jù)，第一次的行駛數(shù)據(jù)為前一采樣數(shù)據(jù)。

②確定基準時刻后，根據(jù)各車輛的當(dāng)前采樣時刻的行駛數(shù)據(jù)和前一采樣時刻的行駛數(shù)據(jù)，計算各車輛在基準時刻時的經(jīng)緯度坐標，具體方法為：

計算各目標車輛在當(dāng)前采樣時刻和前一采樣時刻的時間間隔內(nèi)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(dāng)前采樣時刻的經(jīng)度，?表示各目標車輛在前一采樣時刻的經(jīng)度，表示各目標車輛在當(dāng)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(dāng)前采樣時刻和基準時刻的時間間隔內(nèi)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(dāng)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(dāng)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(jīng)緯度數(shù)據(jù)：

? Δ

×? ? （8）

? Δ

×? ? （9）

其中，

表示各目標車輛在預(yù)設(shè)基準時刻的經(jīng)度，

表示各目標車輛在預(yù)設(shè)基準時刻的緯度。

③得到車輛在基準時刻的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)后，根據(jù)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(xiàn)場預(yù)先規(guī)劃完成停靠車位的渠化，如圖7 所示。

基于車輛駛?cè)氲诙A(yù)設(shè)區(qū)域的情況及排序結(jié)果確定車輛停靠位置并進行現(xiàn)場信息發(fā)布。具體方法如下：

判斷當(dāng)前采樣時刻是否顯示有車輛進入第二預(yù)設(shè)區(qū)域。

基于排序結(jié)果輸出一輛或多輛即將到站的車輛所屬線路。

當(dāng)?shù)玫杰囕v行駛序列后，?？啃畔l(fā)布時需要根據(jù)車輛行駛序列依次安排?？寇囄?。

（五）車輛?？啃畔l(fā)布

車輛?？看涡虻男畔l(fā)布分為對站臺的信息發(fā)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(fā)布和web 前端界面的信息展示。各信息發(fā)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(fā)布

根據(jù)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(fā)布。

1 乘客信息發(fā)布：

在站臺固定停車位排隊通道位置安裝有LED 顯示設(shè)備和語音提示設(shè)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(fā)布：

駕駛員信息發(fā)布分為兩種：

在公交站臺上方設(shè)置LED 顯示設(shè)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(shè)備與乘客排隊通道LED 顯示設(shè)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(shù)據(jù)處理終端以無線方式將?？寇囄恍畔l(fā)送給駕駛員車載終端顯示屏。當(dāng)存在數(shù)據(jù)判別異常導(dǎo)致駕駛員車載終端設(shè)備獲取的?？空疚恢煤驼九_上方設(shè)置的LED 顯示設(shè)備提示的?？课恢貌灰恢聲r，以站臺顯示設(shè)備為準，確保乘客能夠乘坐正確的車輛。

（2）系統(tǒng)平臺展示

為便于公交公司內(nèi)部人員對站臺排隊誘導(dǎo)系統(tǒng)的管理，本誘導(dǎo)系統(tǒng)引入GIS 技術(shù)，提供了供內(nèi)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(cè)為各功能區(qū)，可與各對應(yīng)數(shù)據(jù)庫建立信息交互，實現(xiàn)公交車及其相關(guān)信息的呈現(xiàn)，方便排隊系統(tǒng)的管理。界面左上角為搜索框，可直接輸入相關(guān)關(guān)鍵字詞進行搜索，并可支持模糊搜索。主區(qū)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(tài)，可對整個系統(tǒng)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(tài)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(dǎo)系統(tǒng)中站點車輛的次序情況。同時，站臺LED 顯示屏與語音播報發(fā)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(tài)。

四、創(chuàng)新特色

（一）提出了基于粗采樣粒度軌跡數(shù)據(jù)的公交車排隊狀態(tài)估計方法，在對公交車軌跡數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的預(yù)處理基礎(chǔ)上，設(shè)置二級預(yù)設(shè)區(qū)域?qū)卉嚁?shù)據(jù)僅篩選，并根據(jù)篩選后的數(shù)據(jù)進行跟蹤采樣，設(shè)置基準時刻對不同車輛的運行狀態(tài)進行回溯，進而實現(xiàn)車輛隊列順序的準確判別。所提出的方法利用現(xiàn)有公交系統(tǒng)普遍采用的粗粒度軌跡數(shù)據(jù)（15s 采樣一次）即可實現(xiàn)。

（二）設(shè)計了基于車聯(lián)網(wǎng)的排隊乘車誘導(dǎo)軟硬件系統(tǒng)，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(fā)生概率、提升公交服務(wù)水平和居民形象具有重要的意義。

五、應(yīng)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(yǎng)。目前，公交行業(yè)乘客排隊乘車主要依靠工作人員疏導(dǎo)來實現(xiàn)，尚缺乏有效的信息化手段。由于耗費人力資源巨大，傳統(tǒng)的排隊乘車大都淪為了形象工程，難以充分發(fā)揮其社會價值。本系統(tǒng)利用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過對公交車行駛軌跡數(shù)據(jù)進行分析，實時判別公交車的運行狀態(tài)，對進站公交車的次序進行估計，并將有效的車輛?？啃畔l(fā)布給乘客，引導(dǎo)乘客進行排隊乘車。本作品為規(guī)范乘客乘車行為提供了一種新的手段，所設(shè)計的系統(tǒng)彌補了行業(yè)的相關(guān)空白，不但能夠有效提升乘車效率，減少安全事件發(fā)生概率，還對提升城市形象具有重要的意義，具有廣闊的應(yīng)用價值。

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