潘希超 宋小艷 鄭欣昕 王彥博 劉興宇

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

*通信作者：宋小艷（1982-），女，碩士，副教授。研究方向為汽車運用技術(shù)。

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

摘? 要：隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展和城市化進程的加快，城鎮(zhèn)居民出行數(shù)量出現(xiàn)急劇上升的趨勢。同時，機動車數(shù)量增長也較快。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、增加市場需求量、擴大道路容量等手段，已不再是解決問題的根本方向。為提高城市中公交車系統(tǒng)的運用效率與可持續(xù)發(fā)展問題，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輛調(diào)配、道路設(shè)計與乘客信息服務(wù)的城市中智慧化公交車管理系統(tǒng)，成功地提高城市公交車系統(tǒng)的運行效率與信息服務(wù)水平。事實證明，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題，并獲得一定的實用價值，在城市發(fā)展中還具有著一定的推動作用。這也是解決目前我國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；車輛調(diào)度；路徑優(yōu)化；城市綠色發(fā)展；人工智能

中圖分類號：C931.6? ? ? ?文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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，首先對城市智能公交體系做了詳細介紹。其中分析是這一體系的基石，通過對公交車輛、站點和乘客的數(shù)據(jù)進行分析處理，能夠獲取精確的公交運行信息。智能公交系統(tǒng)基于GPS、GRS等技術(shù)的綜合運用，延伸出來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)云計算、交通流智能預(yù)測、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，可合理安排車輛的出發(fā)時間、路徑和?？空军c，以提升運行效率。通過大數(shù)據(jù)收集乘客信息并引入智能查詢系統(tǒng)，能夠為乘客提供實時的公交信息服務(wù)。城市智能公共體系可以極大地提高公交系統(tǒng)的運行效率和服務(wù)質(zhì)量，同時減少乘客的等待時間和出行時間，提高乘客的滿意度。

1? 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1? 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

車輛技術(shù)創(chuàng)新：國內(nèi)研究者開始著重研究新能源公交車輛技術(shù)，包括電動公交車和氫燃料電池公交車等。這些車輛能夠減少尾氣排放和噪音污染，對改善城市空氣質(zhì)量具有重要意義。

路線優(yōu)化和調(diào)度系統(tǒng)：研究者通過開發(fā)智能調(diào)度算法，提高公交車輛的運營效率。這些算法結(jié)合了實時交通數(shù)據(jù)、乘客需求預(yù)測和公交車輛位置跟蹤等信息，以最優(yōu)路徑規(guī)劃和車輛調(diào)度，減少乘客等待時間和車輛擁堵。

實時信息通信系統(tǒng)：智能公交體系需要建立實時信息通信系統(tǒng)，以提供準(zhǔn)確的乘車信息給乘客。許多城市已經(jīng)開發(fā)了智能手機應(yīng)用程序，乘客可以查詢公交線路、到站時間預(yù)測等信息，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內(nèi)研究的重點之一。例如，將公交車與地鐵、共享單車等交通方式進行銜接，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：通過收集和分析乘客出行數(shù)據(jù)、車輛運行數(shù)據(jù)等信息，研究者可優(yōu)化車輛調(diào)度策略，減少空載率、擁堵，提高公交運營效率。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? 國外研究現(xiàn)狀

公交車自動駕駛技術(shù)：國外許多城市已經(jīng)開始開展公交車自動駕駛技術(shù)的研究和試驗。自動駕駛技術(shù)可以提高公交車輛的安全性和準(zhǔn)確性，減少人為誤操作和事故的風(fēng)險。

創(chuàng)新支付和票務(wù)系統(tǒng)：國外一些城市已經(jīng)實現(xiàn)了全面的電子支付和無現(xiàn)金票務(wù)系統(tǒng)。乘客可以使用智能卡或移動支付進行費用支付，提高支付的便捷性和效率。

電動公交車技術(shù)創(chuàng)新：國外許多城市已經(jīng)廣泛使用電動公交車，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發(fā)充電設(shè)施和電池快速充電技術(shù)，以進一步提高電動公交車的可持續(xù)性。

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

綠色交通規(guī)劃政策：國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)自行車道、優(yōu)化公交車道、設(shè)立低排放和零排放區(qū)域等以促進綠色出行方式的發(fā)展。

綜上所述，國內(nèi)外對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)量和保護環(huán)境的方向前進。隨著技術(shù)的進步和實踐的深入，智能且綠色公交體系將會得到更廣泛的應(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)測設(shè)備，在公交車輛、站點進行安裝，以獲取車輛位置、乘客數(shù)量、交通狀況等各類實時數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)進行分析和處理，可以得到精確的公交運行信息，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)化公交車輛的調(diào)度和運營。通過合理安排發(fā)車時刻、路線和?？空军c，最大化運行效率，減少擁堵和等待時間，提高乘客滿意度。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)與智能查詢系統(tǒng)。通過智能終端設(shè)備和移動應(yīng)用程序，為乘客提供實時的公交信息服務(wù)，包括車輛到站時間預(yù)測、線路查詢、乘車指引等。同時，結(jié)合智能查詢技術(shù)，乘客可以通過智能公交移動端來選取實時或歷史公交的運行數(shù)據(jù)，以此生成不同的動態(tài)換乘方案，來滿足多樣的出行需求，提高乘客出行的便利性和舒適度。智能化公交體系實施流程如圖3所示。

第四，在公交體系設(shè)計中，需要考慮環(huán)境友好性和可持續(xù)性?？梢酝ㄟ^推廣新型環(huán)保電動公交車、利用太陽能等清潔能源、減少車輛排放等措施來減少公交系統(tǒng)對環(huán)境的影響，使用新型綠色環(huán)保材料打造公交站臺，并升級車輛在內(nèi)部安裝節(jié)能設(shè)備，增加車輛能源利用效果，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)化公交車輛的調(diào)度

智能公交系統(tǒng)是城市智能運輸系統(tǒng)中不可或缺的一環(huán)，在智能公交的運營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，通過對公交線路客流分布、道路擁堵情況以及天氣等數(shù)據(jù)的收集和分析，可以有針對性地預(yù)測線路運力的投入。②做好智能化調(diào)度系統(tǒng)，該子系統(tǒng)包括調(diào)度中心、車載設(shè)備和電子站牌等幾個組成部分。調(diào)度員使用智能化調(diào)度系統(tǒng)，能夠?qū)崟r監(jiān)控和管理公交車輛、線路和站點等信息。③做好線路調(diào)度方式的多樣化，根據(jù)不同區(qū)域和時間的客流需求的變化，公交調(diào)度員應(yīng)根據(jù)實際情況對不同的營運線路進行靈活調(diào)度。④營運車型配比的多樣化，不同類型的公交車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)實際情況靈活安排不同類型的車輛投入線路運營。⑤安全保障調(diào)度多樣化，在調(diào)度工作中，應(yīng)持續(xù)加強安全保障工作，以確保乘客人身安全和公共車輛的安全運行。

4? 合理規(guī)劃線路

經(jīng)過調(diào)查和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)校、政府部門以及大型景區(qū)和小區(qū)的公交線路相對較為稀少，而市中心的公交線路則相對較多。這種情況導(dǎo)致公交線路和行駛路線的合理性存在問題?；诖耍梢赃M一步展開研究并進行調(diào)整，以滿足市民的交通需求。具體而言，在大型小區(qū)、學(xué)校、景區(qū)等熱門地點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。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。

要滿足遠近結(jié)合和協(xié)調(diào)發(fā)展的要求，以確保公共交通規(guī)劃與公共停車設(shè)施規(guī)劃的無縫銜接?；趯嶋H情況，認真分析各時段乘客出行的流量、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，還將對可新建、可合并和可優(yōu)化的線路進行全面調(diào)研，以實現(xiàn)市民出行的便捷性和運力資源的最優(yōu)利用。

5? 解決城市交通擁堵問題

智慧公交解決方案將實現(xiàn)全要素數(shù)據(jù)采集、全方位安全監(jiān)測、全流量深度感知、全網(wǎng)絡(luò)威脅情報和大數(shù)據(jù)分析關(guān)聯(lián)五大能力，最終實現(xiàn)交通領(lǐng)域精準(zhǔn)精細的全域治理。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、綜合指揮、重點車輛管控、智能設(shè)備管理、公眾出行服務(wù)和人工智能信號燈等方面領(lǐng)先的算法模型和端到端執(zhí)行，實現(xiàn)對城市交通現(xiàn)狀的全面掌控，形成全城聯(lián)動的交通治理決策行動生態(tài)系統(tǒng)，打通城市交通綜合治理中決策與行動的斷層，服務(wù)于城市交通管理和公共出行，實現(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)匯集融合計算實現(xiàn)交通擁堵研判，智能算法實現(xiàn)信號燈配時優(yōu)化方案;通過建立針對并服務(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，實現(xiàn)即時在線管控、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，動態(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轉(zhuǎn)，通過5G的特性技術(shù)，實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+公交車+人”的整合體。利用5G網(wǎng)絡(luò)的快速機動去操作公交車的運行，實現(xiàn)時間差接近為現(xiàn)場親臨。將公交體系的各個維度數(shù)據(jù)通過5G傳輸回運營中心進行數(shù)據(jù)處理分析，根據(jù)運維人員所需進行反饋，更加直觀地分析公交體系運行狀態(tài)，實時監(jiān)控和指揮公交車運行，從而實現(xiàn)真正的全息智能化運維管理。

7? 優(yōu)化乘客信息服務(wù)

隨著智能手機功能的不斷完善，人們在出行時更傾向于使用手機查詢公交車的實時信息。公交車到站的時間會受到天氣、車流和乘客情況等客觀因素的影響，這會給乘客的出行計劃帶來干擾并有可能延誤行程。開發(fā)基于互聯(lián)網(wǎng)的智能公交移動終端，進行實時公交到達時間查詢系統(tǒng)，讓乘客通過了解自己所要乘坐公交的實際到達時間來安排自己的出行時間，從而合理規(guī)劃自己的出行計劃。

由于人們的出行線路多樣化，僅僅獲得公交到站的時間已經(jīng)無法滿足人們更加全面的出行需要?；诖?，一些學(xué)者將研究的重點放在了提升公交換乘的乘客體驗方面。旨在開發(fā)可以提供動態(tài)換乘方案，為用戶提供更多選擇的實時公交查詢系統(tǒng)，乘客可以通過智能公交移動端來選取實時或歷史公交的運行數(shù)據(jù)，以此生成不同的動態(tài)換乘方案，來滿足多樣的出行需求。智能公交移動終端能夠有效減少乘客候車時間，線路規(guī)劃合理、操作便捷，能夠有效優(yōu)化乘客出行體驗、提升乘車滿意度。

8? 構(gòu)建低碳出行

在公交體系設(shè)計中，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源之一。燃油公交車的尾氣排放會產(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)可以通過推廣電動公交車、利用清潔能源、減少車輛排放等措施來減少公交系統(tǒng)對環(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)勢不僅僅體現(xiàn)在提高交通效率方面，還可以減少對環(huán)境的污染。智能公交集成了節(jié)能和環(huán)保的技術(shù)，如電動驅(qū)動系統(tǒng)和智能能源管理系統(tǒng)。通過使用這些技術(shù)，公交車可以降低能源消耗和排放，減少對空氣質(zhì)量的影響。此外，智能公交還可以與其他智慧交通設(shè)施進行互聯(lián)互通，實現(xiàn)整個交通系統(tǒng)的協(xié)同運作。

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，還可以對城市環(huán)境產(chǎn)生重要的影響。未來，城市智能公交體系將進一步發(fā)展和創(chuàng)新，其應(yīng)用范圍和影響也將逐步擴大，為城市環(huán)境的改善和協(xié)調(diào)發(fā)展作出更大的貢獻。

9? 大力培養(yǎng)和引進人才

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)化專業(yè)技術(shù)人員組成，如物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能、自動控制和移動互聯(lián)網(wǎng)等。健全公交智能化人才隊伍建設(shè)機制，加大公交智能化人才培養(yǎng)力度，廣泛學(xué)習(xí)借鑒國內(nèi)外先進運營管理經(jīng)驗，積極開展具有探索性、創(chuàng)造性的實踐活動。積極引進公交智能化人才。搭建引才平臺，拓寬招才引智渠道。進一步健全人才引進機制，緊緊圍繞智能公交產(chǎn)業(yè)發(fā)展、科研項目等工作，敞開大門納賢，積極引進領(lǐng)軍科研人才、經(jīng)營管理高層次人才和技能人才。

10? 結(jié)束語

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)的運行效率、服務(wù)質(zhì)量和乘客滿意度，同時構(gòu)建低碳生活方式，促進城市智能交通的可持續(xù)發(fā)展。

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