孫 健 索春婷

（南京公共交通(集團(tuán))有限公司，南京 210037）

引言

隨著城市綜合管理要求的提升，面對(duì)區(qū)域內(nèi)車(chē)輛擁堵以及帶來(lái)的污染等問(wèn)題?！熬G色出行”的城市治理理念在各個(gè)城市穩(wěn)步推進(jìn)[1]。這其中，公共交通出行作為城市交通全局性和基礎(chǔ)性的支撐平臺(tái)，要充分發(fā)揮城市公共交通運(yùn)量大、效率高的優(yōu)勢(shì)，積極探索解決大城市病的舉措。

隨著物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的應(yīng)用，南京公交集團(tuán)為城市解決擁堵問(wèn)題提供一套解決方案。對(duì)于公交運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)而言，面臨著諸如客流擁堵站臺(tái)未及時(shí)疏導(dǎo)、區(qū)域內(nèi)的發(fā)車(chē)頻率和調(diào)整計(jì)劃不匹配（串車(chē)）以及運(yùn)行車(chē)輛間隔過(guò)大導(dǎo)致的乘客乘車(chē)體驗(yàn)不佳等復(fù)雜問(wèn)題。因此，如何正確識(shí)別公交車(chē)發(fā)車(chē)大間隔導(dǎo)致的運(yùn)能不足以及同區(qū)域內(nèi)的串車(chē)帶來(lái)的運(yùn)能過(guò)剩，是提升公交運(yùn)營(yíng)效能的最大突破口。解決方案以最大化的載客量為核心考慮標(biāo)準(zhǔn)，以降低公交企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本、緩解客流擁擠狀況為設(shè)計(jì)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)改善城市交通環(huán)境的目的。

從城市公交體系的系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)看，基于大數(shù)據(jù)的智慧公交調(diào)度系統(tǒng)[2]主要涉及公交數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、信息處理與分析和告警信息發(fā)布和展示三個(gè)方面?；谶@三個(gè)方面，逐步設(shè)計(jì)與實(shí)施基于大數(shù)據(jù)平臺(tái)的智慧公交大屏調(diào)度系統(tǒng)的公交串車(chē)告警、大間隔告警等車(chē)輛異常運(yùn)行狀態(tài)告警。

1 設(shè)計(jì)思路

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展趨勢(shì)下，城市公共交通的研究和應(yīng)用已成為智慧城市建設(shè)中的重點(diǎn)一環(huán)。基于公交內(nèi)部系統(tǒng)的智慧公交大屏建設(shè)，有助于最大限度地幫助公交工作人員全方位監(jiān)測(cè)城市道路上車(chē)輛運(yùn)行情況，也能及時(shí)調(diào)整線(xiàn)路信息來(lái)提升城市居民的出行效率。通過(guò)公交企業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的支撐，將城市公交歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，構(gòu)建一個(gè)多方位數(shù)據(jù)采集、處理和告警的智慧公交大屏系統(tǒng)。

考慮到公交車(chē)輛運(yùn)行和調(diào)度最優(yōu)化的情形下，必須最大化地發(fā)揮公共交通對(duì)于緩解城市交通壓力的作用，因此需要避免大幅提高公交企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本，同時(shí)盡可能多地減少乘客等車(chē)成本。因此本方案主要從道路交通擁堵和車(chē)輛調(diào)度不及時(shí)兩個(gè)角度，對(duì)城市交通系統(tǒng)的調(diào)度進(jìn)行處理和分析。

本方案的總體設(shè)計(jì)思路就是利用現(xiàn)有公交線(xiàn)路數(shù)據(jù)，結(jié)合地圖GIS數(shù)據(jù)收集和綁定，在實(shí)時(shí)車(chē)輛GPS數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上監(jiān)測(cè)和定位城市實(shí)時(shí)擁堵路況，利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)時(shí)分析公交車(chē)在各峰段內(nèi)的客流分布，通過(guò)警告列表的方式反饋到智慧公交大屏。

2 數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理

對(duì)于實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，已有的路況信息采集技術(shù)主要包括波頻檢測(cè)、磁頻檢測(cè)、視頻檢測(cè)，以及基于GPS數(shù)據(jù)的擁堵檢測(cè)[3]。其中，采用GPS實(shí)時(shí)位置的方式是檢測(cè)區(qū)域內(nèi)實(shí)時(shí)交通狀態(tài)檢測(cè)的研究熱點(diǎn)，本方案的數(shù)據(jù)也是以此作為車(chē)輛分析數(shù)據(jù)的主要來(lái)源。

地理空間范圍以城市道路交通網(wǎng)絡(luò)中的基本路段為最小單元，主要涉及城市街道路段、鼠標(biāo)框選區(qū)、指定行政區(qū)劃以及跨區(qū)劃的熱點(diǎn)區(qū)域等。如圖1所示，線(xiàn)路、車(chē)輛數(shù)據(jù)源均統(tǒng)計(jì)采集到中央服務(wù)器，供后續(xù)算法使用。

采集數(shù)據(jù)分為靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（圖1），其中靜態(tài)數(shù)據(jù)主要包括線(xiàn)路信息（圖2）、站臺(tái)信息、線(xiàn)路站臺(tái)信息和線(xiàn)路軌跡列表、峰段列表、各線(xiàn)路平均發(fā)車(chē)間隔、各線(xiàn)路各峰段的平均速度等。考慮到靜態(tài)信息主要來(lái)源于公交企業(yè)內(nèi)部的線(xiàn)路規(guī)劃和定時(shí)更新數(shù)據(jù)，一般來(lái)說(shuō)采集到的數(shù)據(jù)不需要進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗，在使用前對(duì)數(shù)據(jù)的可靠性作驗(yàn)證即可。

動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要包括車(chē)輛實(shí)時(shí)位置信息（圖3）以及各線(xiàn)路方向上車(chē)輛的排列集合。這些動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要通過(guò)車(chē)載傳感器和通信網(wǎng)絡(luò)中繼傳輸并存儲(chǔ)到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于采集到的車(chē)輛GPS數(shù)據(jù)，需要預(yù)先剔除原始GPS中的無(wú)效數(shù)據(jù)，并且對(duì)缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行修復(fù)，以保證GPS數(shù)據(jù)的合理性，同時(shí)需要比對(duì)已有的線(xiàn)路軌跡數(shù)據(jù)，再一次剔除偏差很大的GPS運(yùn)行數(shù)據(jù)信息。在篩選得到的可用車(chē)輛GPS數(shù)據(jù)后，還需要平均分?jǐn)偞鎯?chǔ)到各線(xiàn)路各個(gè)方向上的緩存隊(duì)列中，為后面的串車(chē)分析和大間隔分析提供數(shù)據(jù)準(zhǔn)備?；谝陨蠑?shù)據(jù)，在充分考慮已有公交調(diào)度最優(yōu)方案的基礎(chǔ)上實(shí)施數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，從而建立公交車(chē)發(fā)車(chē)和運(yùn)行常態(tài)化的工作模型。

3 算法功能描述

3.1 串車(chē)告警算法描述

公交車(chē)輛運(yùn)行過(guò)程中的突發(fā)影響因素很多，同時(shí)受到交通路況復(fù)雜因素疊加的影響，帶來(lái)公交車(chē)到站延誤、紅綠燈路口停留過(guò)久等問(wèn)題，導(dǎo)致公交車(chē)輛出現(xiàn)串車(chē)現(xiàn)象（2輛或2輛以上公交車(chē)排隊(duì)進(jìn)站的異常運(yùn)營(yíng)現(xiàn)象），是公交運(yùn)行不可靠的主要表現(xiàn)。如何減少公交串車(chē)現(xiàn)象，提升公共交通的運(yùn)行可靠性，已有研究的控制策略主要包括靜態(tài)控制和實(shí)時(shí)控制兩種方式[4]。通過(guò)快速識(shí)別擁堵路段以及比對(duì)實(shí)時(shí)路況并發(fā)回串車(chē)告警信息，再顯示到智慧公交調(diào)度中心大屏上，就成為研究的重點(diǎn)工作。及時(shí)的運(yùn)營(yíng)車(chē)輛串車(chē)告警不僅有助于調(diào)度中心及時(shí)調(diào)整路線(xiàn)的發(fā)車(chē)計(jì)劃，還能規(guī)避擁堵造成的車(chē)輛利用率下降等問(wèn)題。

我們充分考慮了公交調(diào)度優(yōu)化工作過(guò)程中，將道路實(shí)時(shí)路況作為主要判斷對(duì)象的方法，結(jié)合車(chē)輛本身的車(chē)況信息以及反饋的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)營(yíng)和監(jiān)管。另一方面，從道路交通的基本要素角度出發(fā)，從季節(jié)、節(jié)日因素、各峰段內(nèi)人流量等方面對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)和數(shù)據(jù)獲取。

具體的串車(chē)告警算法描述流程如圖4所示。算法設(shè)計(jì)如下：

Step1由上一次的串車(chē)集合全局緩存，獲取上一次的全量串車(chē)集合（N）；

Step2獲取預(yù)處理數(shù)據(jù)，得到本次串車(chē)的集合（N+1）；

Step3分析兩次串車(chē)數(shù)據(jù)，依次比對(duì)每個(gè)線(xiàn)路各方向上的串車(chē)數(shù)據(jù)：

if 前一次串車(chē)存在，本次串車(chē)不存在 then

do 存入間斷串車(chē)集合；

if 前后兩次串車(chē)都存在，且產(chǎn)生位移 then

do 更新實(shí)時(shí)串車(chē)集合；

else

跳過(guò)（無(wú)位移車(chē)輛）；

end if

Step4獲取間斷串車(chē)緩存，分析數(shù)據(jù)并判斷：

if 在三分鐘內(nèi)，間斷串車(chē)統(tǒng)計(jì)大于三次 then

do 存入間斷串車(chē)告警隊(duì)列；

end if

Step5獲取本次串車(chē)，得到持續(xù)串車(chē)緩存，分析并判斷：

if 必須持續(xù)串車(chē)，且串車(chē)距離大于1000米then

do 存入持續(xù)串車(chē)告警隊(duì)列；

end if

Step6持續(xù)告警和間斷告警入庫(kù)。

在上述串車(chē)告警算法中，主要針對(duì)需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整發(fā)車(chē)間隔的動(dòng)態(tài)調(diào)整路況。在滿(mǎn)足了算法所涉及的判斷條件基礎(chǔ)上，智慧公交調(diào)度系統(tǒng)的串車(chē)告警模塊將及時(shí)分析得出告警數(shù)據(jù)，并寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，最后推送到前端的監(jiān)控大屏。考慮到節(jié)假日和上下班高峰期的激增客流，我們也在內(nèi)部的預(yù)測(cè)算法中加入了不同時(shí)間段的權(quán)重值，保證得到的數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確反映當(dāng)前的真實(shí)客流情況。

3.2 大間隔告警算法描述

在智慧公交調(diào)度中心系統(tǒng)中，需要依據(jù)實(shí)時(shí)車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)車(chē)輛運(yùn)行實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并配合調(diào)度員做好調(diào)整調(diào)配計(jì)劃，從而維護(hù)城市交通的基礎(chǔ)運(yùn)維?；诖四康?，在城市物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)時(shí)路況監(jiān)測(cè)的機(jī)制下，利用公交企業(yè)內(nèi)部車(chē)輛運(yùn)行大數(shù)據(jù)平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合道路在熱點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的車(chē)況給出綜合判定。

之前的車(chē)輛調(diào)度模型大多是從理想狀況出發(fā)，假定車(chē)輛從發(fā)車(chē)開(kāi)始保持勻速行駛狀態(tài)，同時(shí)每個(gè)站點(diǎn)的客流量均勻分布、站臺(tái)上下客所花費(fèi)時(shí)間大致相同。但是這些模型不能精確反映公交車(chē)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)所遇到的復(fù)雜多變環(huán)境。比如車(chē)輛的臨時(shí)故障、前方道路車(chē)輛事故引起的堵塞、上下班客流激增帶來(lái)的某些站臺(tái)人流量過(guò)多等情況，給公交調(diào)度人員及時(shí)調(diào)整帶來(lái)很多“盲目性”。這其中公交車(chē)輛大間隔問(wèn)題導(dǎo)致的人等車(chē)問(wèn)題[5]，會(huì)降低公交車(chē)的運(yùn)營(yíng)效率，造成載客不均、空車(chē)行駛等問(wèn)題，另外疊加的人流也會(huì)導(dǎo)致下一班車(chē)運(yùn)行時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)的問(wèn)題。因此，及時(shí)發(fā)出大間隔實(shí)時(shí)預(yù)警，并將告警數(shù)據(jù)反饋回智慧大屏控制中心，對(duì)方便調(diào)度人員動(dòng)態(tài)安排發(fā)車(chē)計(jì)劃具有實(shí)際意義。

具體的大間隔告警算法描述流程如圖5所示。算法設(shè)計(jì)如下：

Step2獲取各線(xiàn)路之前的統(tǒng)計(jì)平均發(fā)車(chē)間隔；

Step3遍歷各線(xiàn)路方向上的車(chē)輛列表：

if 當(dāng)前車(chē)輛的實(shí)際發(fā)車(chē)間隔 ＞ 統(tǒng)計(jì)平均發(fā)車(chē)間隔時(shí)間*2.5倍 then

do 將車(chē)輛及線(xiàn)路信息加入發(fā)車(chē)大間隔告警緩存；

end if

Step4獲取各線(xiàn)路各峰段的平均速度；

1.6 療效判定和評(píng)價(jià)方法 患者使用靜脈留針的有效期限內(nèi)(一般留置時(shí)間為72～96 h)，出現(xiàn)體溫升高發(fā)熱，不能用患者自身疾病解釋?zhuān)颊呷朐簳r(shí)血象正常，拔除靜脈留置針后體溫恢復(fù)正常為出現(xiàn)CRBSI；反之為正常。

Step5獲取各線(xiàn)路方向上車(chē)輛按距離排序的集合；

Step6遍歷各線(xiàn)路方向上的車(chē)輛列表：

if 同向車(chē)輛列表上兩車(chē)的距離 ＞ 車(chē)輛平均速度*平均發(fā)車(chē)間隔*2.5倍 then

do 將車(chē)輛及線(xiàn)路信息加入運(yùn)行大間隔告警緩存；

end if

Step7將發(fā)車(chē)大間隔告警和運(yùn)行大間隔告警存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

在大間隔告警算法設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要依據(jù)的是上月統(tǒng)計(jì)的平均發(fā)車(chē)時(shí)間和發(fā)車(chē)間隔數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也會(huì)隨著季節(jié)和時(shí)間的不同呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，因此對(duì)于其中判斷大間隔的倍數(shù)問(wèn)題（以上算法中取的是2.5倍），需要根據(jù)本月對(duì)比上月客流預(yù)測(cè)值的關(guān)系進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。甚至還可以對(duì)一天內(nèi)不同峰段的倍數(shù)做出動(dòng)態(tài)賦值，以保證本算法得到大間隔數(shù)據(jù)的可靠性。

3.3 車(chē)輛異常告警描述

對(duì)于城市公共交通系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，車(chē)輛遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)對(duì)公交車(chē)輛的管理與調(diào)度非常有效。早期的系統(tǒng)大多基于車(chē)載嵌入式終端服務(wù)器架構(gòu)進(jìn)行一些改進(jìn)，有的系統(tǒng)可以通過(guò)搭載車(chē)載嵌入式終端采集車(chē)輛速度、GPS位置信息，最后對(duì)車(chē)輛的行駛狀態(tài)完成數(shù)據(jù)分析[6]，有的系統(tǒng)通過(guò)自適應(yīng)的方式對(duì)車(chē)流量告警信息進(jìn)行預(yù)警[7]，以上數(shù)據(jù)基本上可以滿(mǎn)足在公交車(chē)行駛中一般車(chē)輛數(shù)據(jù)采集的需求，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

在車(chē)輛異常告警算法的設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要結(jié)合公交企業(yè)的大數(shù)據(jù)平臺(tái)和城市的天眼系統(tǒng)，來(lái)進(jìn)一步監(jiān)視車(chē)輛運(yùn)行途中的情況，包括車(chē)輛自身情況、車(chē)輛外環(huán)境的全方位情況，公交車(chē)輛上安裝的攝像頭也能為調(diào)度中心工作人員提供良好的實(shí)時(shí)畫(huà)面，從而可以多維度展示當(dāng)前車(chē)輛的具體車(chē)況。但是不能只通過(guò)人工去點(diǎn)擊查看，還應(yīng)借助公交車(chē)輛異常告警算法，及時(shí)準(zhǔn)確地將實(shí)時(shí)異常車(chē)輛數(shù)據(jù)展示到異常列表中。

車(chē)輛運(yùn)行異常一般包括車(chē)輛自身故障、車(chē)輛被動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)異常等。對(duì)于車(chē)輛調(diào)度中心而言，主要是監(jiān)控車(chē)輛被動(dòng)的數(shù)據(jù)異常，包括超速、滯站、過(guò)站不停等。

為了獲取公交車(chē)輛的異常告警數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了如下的車(chē)輛異常告警流程（圖6）。

Step1從數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理中，獲取車(chē)輛實(shí)時(shí)位置集合；

Step2遍歷車(chē)輛：

if 車(chē)輛運(yùn)行位移 ＜ 10 米 and 間隔時(shí)間 ＞ 10 分鐘 then

do 將車(chē)輛加入異常告警緩存；

end if

Step3車(chē)輛異常告警數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)。

考慮到車(chē)輛在路上遇到的突發(fā)情況多種多樣，在本算法設(shè)計(jì)思路中，只是單獨(dú)列舉了一項(xiàng)異常指標(biāo)展示。在實(shí)際的調(diào)度中心監(jiān)測(cè)過(guò)程中，還需要根據(jù)當(dāng)前實(shí)時(shí)需要，及時(shí)添加多種車(chē)輛異常告警類(lèi)型，比如超載、超速、車(chē)輛自身故障等。

4 功能實(shí)現(xiàn)

以上關(guān)于公交運(yùn)行數(shù)據(jù)收集、串車(chē)告警、大間隔告警、車(chē)輛異常告警的算法功能，在南京公交指揮控制中心的大屏展示與預(yù)警系統(tǒng)中得到了較好的應(yīng)用和展示。

我們選取了一天中較繁忙的下班高峰段（16:00-18:00），篩選了重點(diǎn)路段和下班高峰的熱點(diǎn)區(qū)域，驗(yàn)證得到串車(chē)告警和大間隔告警數(shù)據(jù)與實(shí)際路況基本相符。

5 結(jié)語(yǔ)

城市公交系統(tǒng)作為城市運(yùn)輸?shù)拿?xì)血管，為城市的運(yùn)作提供了良好的服務(wù)支撐。優(yōu)先發(fā)展公共交通也是每個(gè)城市提高自身服務(wù)水平、緩解大城市病的重要抓手?，F(xiàn)實(shí)中的公交系統(tǒng)中，存在著車(chē)廂內(nèi)擁擠、車(chē)輛超速、乘客候車(chē)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題。為了解決上述問(wèn)題，城市公交系統(tǒng)的工作人員積極改進(jìn)工作方式，并針對(duì)公交運(yùn)行和調(diào)度中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題，花費(fèi)大量的時(shí)間和心血積極改進(jìn)工作方法。

本方案就是針對(duì)上述問(wèn)題所采取的技術(shù)手段，利用公交企業(yè)內(nèi)部大數(shù)據(jù)，在城市天眼系統(tǒng)的輔助下，設(shè)計(jì)和實(shí)施了交車(chē)輛串車(chē)告警和大間隔告警的算法。在我們的設(shè)計(jì)思路中，充分考慮了系統(tǒng)的可靠性和消息及時(shí)性要求，驗(yàn)證表明該算法具有一定的實(shí)用價(jià)值，對(duì)于提高公交系統(tǒng)在城市交通運(yùn)輸中的獨(dú)特地位，有很大的輔助和指導(dǎo)意義。接下來(lái)，我們會(huì)繼續(xù)在城市智慧公交調(diào)度中心基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改進(jìn)算法，為提升城市公共交通運(yùn)載能力、緩解城區(qū)擁堵作出更多有益的嘗試。