城市公交車輛GPS定位調(diào)度管理系統(tǒng)方案

1、城市公交車輛GPS定位調(diào)度管理系統(tǒng)方案隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市建設(shè)日新月異，城市交通問題日益嚴(yán)重，已成為 嚴(yán)重影響許多大中城市發(fā)展的重點(diǎn)問題之一。許多大中城市政府部門每年都要投入大量的人力、物力，用以改善和解決城市交通擁擠的問題。國家已將智能交通建設(shè)列入十五”科技規(guī)劃予以重點(diǎn)支持。許多大中城市都在陸續(xù)申請建立城市智能交通示范基地。據(jù)了解，國家已批準(zhǔn)，2個(gè)城市首批建立此種示范基地。由于城市公共交通與小汽車相比，具有客運(yùn)量大、相對投資少、占有資源少、效率高、 污染相對較少、人均占用道路少等優(yōu)點(diǎn)。據(jù)有關(guān)專家測算：城市中公共交通的載客量為小汽車的30倍，承載著城市80%以上的客運(yùn)量”。以常規(guī)公

2、交運(yùn)輸占用道路面積為1計(jì)算，則運(yùn)輸同樣多的乘客，自行車占用的道路面積為 5，小汽車為15”；按單位載客量計(jì)， 它的公里耗油量、尾汽排放量等指標(biāo)與小汽車相比。均優(yōu)于小汽車10倍左右”。因此，近年來，各地政府領(lǐng)導(dǎo)及交通管理部門都逐漸形成這樣一些共識：發(fā)展公共交通是改善城市交通的戰(zhàn)略選擇”解決城市交通問題必須體現(xiàn)優(yōu)先發(fā)展城市公交的原則”。顯然，大力發(fā)展公共交通， 實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化城市公文管理，努力提高公共交通運(yùn)營管理效率和社會(huì)服務(wù)水平，現(xiàn)已成為擺在各城市主管領(lǐng)導(dǎo)及交通管理部門面前的重要課 題，它是適合中國國情的現(xiàn)代化大中城市發(fā)展的必然要求。應(yīng)該建立什么樣的公交智能化調(diào)度管理系統(tǒng)呢？公交智能管理系統(tǒng)

3、的基本要求及關(guān)鍵技術(shù)問題分析1、對系統(tǒng)的基本要求乘客對城市公交系統(tǒng)的基本要求：安全、舒適、方便、迅速、準(zhǔn)點(diǎn)，及時(shí)了解所乘車 輛何時(shí)到站。管理部門對公交管理的基本要求：自動(dòng)、準(zhǔn)確、方便。實(shí)現(xiàn)城市公共交通數(shù)字化、現(xiàn)代化管理的核心問題是對運(yùn)動(dòng)中的不斷變化的公交車輛 運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)掌握和調(diào)度能力。建立一體化、數(shù)字化的先進(jìn)管理系統(tǒng)將大大有利于管理效率的提高，更好的發(fā)揮人和 設(shè)備的潛力。建立有效的、準(zhǔn)確的與廣告牌相結(jié)合的電子站牌系統(tǒng)，將大大有利于乘客及時(shí)了解本 線路車輛離到站的情況，縮短乘客與公交系統(tǒng)的距離”因而將成為現(xiàn)代公交管理系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。2、關(guān)鍵技術(shù)問題的分析由于城市公共交通管理的一些特殊

4、性，要建立一個(gè)真正實(shí)用化的智能管理系統(tǒng)，必須妥善解決以下一些關(guān)鍵問題1）車輛準(zhǔn)確定位問題車輛的準(zhǔn)確定位是整個(gè)智能化管理系統(tǒng)的核心問題之一。由于公交車輛處于不停的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，如果管理部門不能隨時(shí)了解每一輛車的確切位置，就無法對之實(shí)現(xiàn)有效管理。因而，只有對移動(dòng)中的每一車輛實(shí)時(shí)準(zhǔn)確定位，才能準(zhǔn)確地掌握運(yùn)營線路的車輛運(yùn)行動(dòng)態(tài)，才能進(jìn)行有效的監(jiān)控、指揮、調(diào)度與決策，才有可能自動(dòng)生成各種準(zhǔn)確的運(yùn)行報(bào)表，也才可能 及時(shí)向各電子站牌發(fā)出準(zhǔn)確的離到站信息。目前，可以采用的車輛定位系統(tǒng)有以下幾種：(1) 標(biāo)志桿系統(tǒng)在汽車運(yùn)營路線上，等距離設(shè)置一些標(biāo)志桿。當(dāng)汽車引駛到其附 近時(shí)，標(biāo)志桿上的裝 置能識別出車輛的編碼，并

5、將其發(fā)送至調(diào)度中心，調(diào)度中心從而確定其位置。此種方案雖 可達(dá)到一定的定位精度，但其服務(wù)區(qū)域小，缺乏靈活性，數(shù)據(jù)傳輸困難。它是一種早期的 方法，目前已很少應(yīng)用。(2) 無線電三角測量系統(tǒng)從三個(gè)無線電發(fā)射臺發(fā)射無線電波， 車載接收機(jī)收到后， 經(jīng)計(jì)算機(jī)處理便可得到車輛的 當(dāng)前位置信息。此種系統(tǒng)實(shí)際上足下面所述的易受電磁干擾。GPS 定位系統(tǒng)的初級階段，它的缺點(diǎn)是開發(fā)成本高，且(3) 航位推算系統(tǒng) (DR)利用陀螺確定汽車引駛方向， 利用里程表確定汽車行駛距離， 二者結(jié)合可以確定汽車當(dāng) 前位置。 它的優(yōu)點(diǎn)是自主定位， 受外界環(huán)境影響小， 缺點(diǎn)是在范圍較大時(shí)， 累計(jì)誤差較大。(4) GPS 定位系統(tǒng)采用

6、 GPS 定位接收機(jī)。接收 GPS 衛(wèi)星信號，車輛可實(shí)時(shí)確定自己的位置。這種系統(tǒng)的 優(yōu)點(diǎn)是費(fèi)用低、 覆蓋面廣、 定位精度高， 但缺點(diǎn)是隧道、 高架路等對衛(wèi)星信號有遮擋作用， 導(dǎo)致瞬間定位誤差加大，甚至無法定位。綜上所述，采用 GPS定位系統(tǒng)和DR系統(tǒng)的組合系統(tǒng)，即在大范圍內(nèi)用GPS作為主定位方式，而在GPS信號較差時(shí)，利用DR的小距離高精度作為輔助定位方式，這樣的組合系統(tǒng)可以作為相當(dāng)理想的汽車定位系統(tǒng)，且目前這樣的系統(tǒng)已經(jīng)完全實(shí)用化。當(dāng)然，對許 多地面較為平坦的大中城市來說，僅僅采用GPS單一定位系統(tǒng)便可得到很好的效果。2) 無線數(shù)據(jù)傳輸問題移動(dòng)車輛得到的定位數(shù)據(jù)必須實(shí)時(shí)傳送至調(diào)度管理中心，

7、經(jīng)調(diào)度管理中心記錄并處理后 的電子站牌信息必須及時(shí)傳送至各電子站牌，這些都必需采用無線通信方式。另外，中心 站與各線路調(diào)度站之間的聯(lián)系也可能采用無線通信方式。由于車輛數(shù)很多，電子站牌數(shù)量也很多，而且它們與中心站之間的通信十分頻繁，基 本上是一天到晚需要不停的傳輸數(shù)據(jù) (工作時(shí)間一般至少 12小時(shí))，因而對無線通信系統(tǒng)提 出了很高的要求。常用的無線通信方式有二種：一種是基于 GSM 或 CDMA 的公眾移動(dòng)網(wǎng)通信方式，另 一種是基于集群通信系統(tǒng)或常規(guī)無線電臺采用的專用網(wǎng)的方式。利用公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的短消息傳輸方式雖然比用話音信道傳輸要節(jié)省得多， 但發(fā)生的運(yùn)行費(fèi)用仍是任何一個(gè)公交公 司難于承受的。

8、(例如，一輛公交車，每 30 秒發(fā)一次定位數(shù)據(jù)，每發(fā)一次數(shù)據(jù)需 0.10元， 一天如工作 16小時(shí)，每天需交費(fèi) 192 元，一年 365天需 7萬元。即使改為 1分鐘發(fā)一次 數(shù)據(jù)，每次數(shù)據(jù)收費(fèi) 0.05 元，每一輛車一年也需要 1.75 萬元 )常規(guī)無線電臺需要申請頻點(diǎn)。 但由于車輛數(shù)太多， 每一輛車都經(jīng)常不斷發(fā)出信息， 要使 之互相不干擾，需要申請很多的頻點(diǎn)，這給系統(tǒng)的建設(shè)帶來很大的麻煩。據(jù)了解，許多城 市的公交系統(tǒng)都面臨申請頻點(diǎn)的困難。 利用現(xiàn)有的集群無線通信系統(tǒng)。雖不需專門申請頻 點(diǎn)，但由于集群系統(tǒng)本身工作方式所限，每個(gè)頻道的利用率很低，實(shí)踐證明，很難滿足公 交系統(tǒng)需要的高數(shù)據(jù)量長時(shí)間占

9、用的要求， 因而系統(tǒng)能否用最少的頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)整個(gè)公交車輛 GPS信息傳送問題成為系統(tǒng)能否建成的一個(gè)關(guān)鍵問題。3) 電子站牌的設(shè)計(jì)問題。如何用電子站牌向乘客提供更多的信息， 讓電子站牌更好為乘客服務(wù)是電子站牌設(shè)計(jì)的 一個(gè)重要問題。目前一些城市的電子站牌能夠向乘客告知下一輛車還有多少時(shí)間可以到站， 這顯然對乘 客很有意義。但是，不少乘客看到這輛車較擁擠時(shí)，還想知道下一輛車大約何時(shí)能到達(dá)， 以決定是擠上這輛車還是等下一輛車?能否滿足乘客的這種要求呢 ?如何解決電子站牌信息傳輸問題，也是一個(gè)值得研究的問題。為了使電子站牌及時(shí)顯示車輛離到站的情況， 可采用二種方式： 一是分散發(fā)送方式， 二 是集中發(fā)送方式。

10、所謂分散發(fā)送方式，即每一輛車都向電子站牌發(fā)數(shù)據(jù)，如果發(fā)射功率適 當(dāng)控制，只有臨近的站牌才能收到。因此當(dāng)車快到某個(gè)站時(shí)，該站指示燈就亮，離開遠(yuǎn)了 就滅。另一種是集中發(fā)送，即將每一條路線(或許多條路線 )的數(shù)據(jù)都集中起來，經(jīng)由某一個(gè)發(fā)信站統(tǒng)一發(fā)送，各個(gè)站分別接收。前者的方法看起來似乎簡單，在單條線路或車輛數(shù) 少時(shí)，問題不大，但大量車輛同時(shí)應(yīng)用，必然造成互相干擾。同時(shí)，這種方式也不能解決 讓乘客了解后面的車輛何時(shí)到達(dá)的問題。另外， 電子站牌數(shù)量較多， 需要投入較多的費(fèi)用。 如果電子站牌和電子廣告相結(jié)合， 等 車乘客在等車的同時(shí)，還可以看到許多廣告信息，不僅對廣大乘客很有意義，而且廣告也 可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效

11、益。這無論對乘客，還是對公交公司都是十分有益的。4) 分級調(diào)度管理問題 目前大多數(shù)大中城市公交公司， 都實(shí)行三級管理。 總公司并不直接管理所有公交線路的 日常車輛運(yùn)營調(diào)度問題。許多運(yùn)營報(bào)表也都在線路調(diào)度中心完成。因此， 除去中心調(diào)度管理系統(tǒng)外， 還必須設(shè)立若干個(gè)線路調(diào)度管理分系統(tǒng)。 線路調(diào)度分 系統(tǒng)如何建立 ?功能有哪些 ?它和中心站之間數(shù)據(jù)通信如何實(shí)現(xiàn) ?如何采用經(jīng)濟(jì)有效、又適 合本地的特點(diǎn)的方式 ?等等，這些問題都必須很好的考慮解決。5) 及時(shí)合理調(diào)度及自動(dòng)生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表問題 管理部門要能及時(shí)合理調(diào)度， 必要的條件是對情況的準(zhǔn)確及時(shí)的了解。 除了車輛所在位 置外，還需要了解車輛上客流輛變化情

12、況。更加重要的是，要及時(shí)了解車輛運(yùn)行過程中發(fā) 生的非正常情況， 如 “車輛故障 ”、“道路堵塞 ”、“交通事故 ”、“服務(wù)糾紛 ”、“乘客滯留 ”、“報(bào) 警求助 ”等等，如何才能實(shí)現(xiàn)此項(xiàng)功能 ?公交公司的一項(xiàng)重要而繁瑣的工作是要每天生成各種統(tǒng)計(jì)報(bào)表， 這些報(bào)表目前大都靠人 工統(tǒng)計(jì)生成，不僅要花費(fèi)大量人力，而且往往不準(zhǔn)確，有 “水分 ”。如何才能較好地解決這 個(gè)問題 ?6) 費(fèi)用問題 經(jīng)費(fèi)問題往往是一個(gè)系統(tǒng)能否真正建成的制約性問題。因此，必須很好進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析， 找尋既技術(shù)上先進(jìn)可行，在經(jīng)濟(jì)上又是節(jié)省、實(shí)惠的實(shí)施方案。上面這些問題的解決需要一個(gè)全面的綜合考慮，因此必須要有一個(gè)總體解決方案。3、系統(tǒng)

13、總體解決方案框圖 滿足上述各項(xiàng)要求的一個(gè)比較理想的城市公交智能調(diào)度管理系統(tǒng)CIPTS ，其總體框圖如圖 1 所示。它由五個(gè)分系統(tǒng)組成(1)GPS 車載終端分系統(tǒng) (2)中心調(diào)度管理分系統(tǒng) (3) 電子站牌分系統(tǒng) (4)線路調(diào)度管理分 系統(tǒng) (5)行車及廣告信息發(fā)布分系統(tǒng)4、CIPTS 型系統(tǒng)的主要功能該系統(tǒng)具有以下主要功能1) 車輛實(shí)時(shí)定位功能本系統(tǒng)中的每一輛公交車上都裝置有一臺高性能多功能的車載 GPS 定位終端。該系統(tǒng) 應(yīng)具有強(qiáng)大的定位和傳輸功能，采用差分修正措施以后，其定位精度可達(dá)到 5 米或更高。該終端除了能按系統(tǒng)要求的時(shí)間間隔準(zhǔn)確發(fā)送定位信息 （經(jīng)度、緯度、速度等 ），還能同 時(shí)將車

14、號，司機(jī)工號（IC卡號）以及車上發(fā)生的一些非正常情況 （如交通事故”、道路堵塞”、 “車輛故障 ”、 “乘客滯留 ”、 “服務(wù)糾紛 ”“報(bào)警求助 ”等）同時(shí)傳送給調(diào)度中心 （或線路調(diào)度中 心 ），因而十分有利于管理者決策和調(diào)度。該車輛終端的一個(gè)非常突出的優(yōu)點(diǎn)是： 通過利用先進(jìn)的數(shù)字調(diào)制技術(shù)， 實(shí)現(xiàn)無線電頻率 資源的充分利用。 它可以做到每秒每個(gè)頻點(diǎn)傳輸 3060 輛車的數(shù)據(jù)， 因而大大提高了頻率 資源的利用率，大大減輕了公交部門申請無線電頻率資源的困難，能較好地解決大量實(shí)時(shí) 數(shù)據(jù)傳輸問題。2）地圖顯示和查詢功能電子地圖包含下列信息：街道、機(jī)關(guān)、學(xué)校、大型商店、賓館、旅游場所等的位置、 名稱。并

15、按實(shí)際經(jīng)緯度準(zhǔn)確標(biāo)記。電子地圖可根據(jù)需要單獨(dú)顯示一條公交線路或多條公交線路，標(biāo)明它的走向以及它每 一個(gè)站的準(zhǔn)確位置和名稱；可同時(shí)顯示公交車輛實(shí)際運(yùn)行的情況，并留下運(yùn)動(dòng)軌跡。電子地圖具有無級縮放功能，可任意放大某一個(gè)局部，也可將圖形縮小以觀察城市全貌。電子地圖可以具有多種查詢功能，使用十分方便例如可以進(jìn)行區(qū)域查詢，可進(jìn)行移動(dòng)目標(biāo) （公交車 ）的當(dāng)前位置查詢、行車軌跡查詢、地 名或單位名稱查詢、模糊查詢等。支持大屏幕投影儀。可實(shí)時(shí)跟蹤一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)目標(biāo)，具有多窗口、多屏幕功能。用戶要求的其他功能。3）車輛運(yùn)營管理功能針對集中管理和分級 （三級）管理的不同做法，可以有不同的系統(tǒng)配置方案。鑒于大多數(shù)

16、大中型城市公交系統(tǒng)都實(shí)行分級管理的情況。 本系統(tǒng)中所述的運(yùn)行管理功能將分別在中心 站和若干線路調(diào)度站實(shí)現(xiàn)。具體有：車輛實(shí)時(shí)運(yùn)行調(diào)度管理功能管理部門根據(jù)實(shí)時(shí)收到的各運(yùn)行車輛的定位數(shù)據(jù)以及狀態(tài)信息（包括路號、車號、司機(jī)工號等一般信息以及 “交通事故 ”、“道路堵塞 ”、“車輛故障 ”、“乘客滯留 ”、“服務(wù)糾紛 ”、“報(bào) 警求助 ”等非正常信息 ），可以很快作出即時(shí)的調(diào)度。統(tǒng)計(jì)、匯總各種運(yùn)營數(shù)據(jù)、制表功能系統(tǒng)將自動(dòng)記錄并貯存每一條線路上、 每個(gè)車牌號、 每一個(gè)司機(jī) （通過司機(jī) IC 卡刷卡實(shí) 現(xiàn)）所駕駛的公交車輛到達(dá)每一站的時(shí)間 （包括預(yù)定到達(dá)時(shí)間和實(shí)際到達(dá)時(shí)間 ），因而可以很 容易生成所需的各種

17、運(yùn)營報(bào)表。 所有的統(tǒng)計(jì)和分析都由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成， 避免了人為誤差， 大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。本文附錄 “車輛日運(yùn)行流水記錄表 （例） ”即為系統(tǒng)自動(dòng)生成的基本統(tǒng)計(jì)報(bào)表之一，它可長 時(shí)間 （例如一個(gè)月 ）保存在數(shù)據(jù)庫中，以便隨時(shí)調(diào)用打印。駕駛員一卡通管理功能駕駛員只需一張 IC 卡，便可進(jìn)行考勤、加油，領(lǐng)料，就餐及工資領(lǐng)取等自動(dòng)化管理， 可節(jié)省大量人力。乘客流量統(tǒng)計(jì)功能通過設(shè)立在車上的上車和下車乘客流量探測、 統(tǒng)計(jì)設(shè)備， 可將車上的乘客流量發(fā)送到調(diào) 度管理站，以便隨時(shí)進(jìn)行乘客流量的統(tǒng)計(jì)。乘客IC卡收費(fèi)統(tǒng)計(jì)功能：上車乘客 IC 卡收費(fèi)總金額可通過車載臺往中心管理系統(tǒng)無線傳送（可在每天運(yùn)行結(jié)束后，匯總傳

18、出 ），免除了每輛車人工采集收費(fèi)金額的麻煩。4）廣告及行車信息發(fā)布功能。在每個(gè)車站設(shè)立一塊電子站牌， 它由一塊廣告信息顯示屏和 2-3 個(gè)行車信息顯示屏組成 （也可以在一些比較集中的大站，設(shè)立一塊大型電子站牌）。還可以在每輛公交車內(nèi)設(shè)置小型信息顯示屏，滾動(dòng)顯示行車信息和廣告信息。電子站牌將向乘客實(shí)時(shí)顯示該條公交線路每一趟車離到站的情況，不僅顯示到達(dá)所在 站的情況，還同時(shí)顯示前面幾個(gè)站的離到站情況，使乘客有更多的 “知情權(quán) ”，等車做到心 中有數(shù)。電子站牌設(shè)有廣告信息顯示屏，可以充分發(fā)揮它的廣告價(jià)值。通過無線接收方式接收由廣 告部門發(fā)出的廣告信息，并可將它們貯存 （最多可貯存幾 十條或更多的廣告

19、信息 ）。可以以滾動(dòng)或其他方式顯示廣告，每條廣告播發(fā)次數(shù)以及停留時(shí)間均可遙控設(shè)定。公交公司可以通過它發(fā)布通告。具有時(shí)間顯示屏，準(zhǔn)確顯示北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間 （誤差 10”以內(nèi) ）電子站牌由 LED 燈顯示，亮度足夠，白天和晚上均可清楚顯示。5、系統(tǒng)組成及配置1）車載終端分系統(tǒng)該系統(tǒng)配置如下部件抗遮擋、高靈敏度并行 8通道（或12通道）GPS接收機(jī)GPS 天線控制器 （包括控制電路及軟件 ）司機(jī) IC 卡接收器 （不接觸式 ）數(shù)傳電臺及天線客流統(tǒng)計(jì)子系統(tǒng)車內(nèi)信息顯示屏2）電子站牌分系統(tǒng)多功能電子站牌分系統(tǒng)的外觀及結(jié)構(gòu)示意圖如附圖2所示。該系統(tǒng)包括廣告信息接收設(shè)備LED 廣告信息顯示設(shè)備行車信息接收設(shè)備行

20、車信息顯示設(shè)備北京標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間顯示設(shè)備3）中心調(diào)度管理系統(tǒng)中心調(diào)度管理分系統(tǒng)由下列子系統(tǒng)組成中心收發(fā)單元 （包括天饋線，天線塔等 ）中心處理單元管理平臺子系統(tǒng)電子地圖子系統(tǒng)差分基準(zhǔn)站子系統(tǒng)4）線路調(diào)度管理分系統(tǒng)按照多數(shù)大中城市公交三級管理的現(xiàn)狀， 將大部分的實(shí)時(shí)調(diào)度管理及對司乘人員管理的 設(shè)備配置在該分系統(tǒng)中。主要包括信息交換子系統(tǒng)設(shè)備（如采用無線傳輸方式，可采用2.4GHz擴(kuò)頻通信設(shè)備，它不需要申請頻點(diǎn)；如采用有線通信方式，則可采用路由器等設(shè)備 ）線路調(diào)度管理子系統(tǒng)（配有計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的管理軟件、打印機(jī)等）一卡通管理子系統(tǒng)。（根據(jù)需要可設(shè)置多個(gè)管理機(jī)，分別管理考勤，就餐、加油、領(lǐng)料、工資發(fā)放等事項(xiàng) ）5）行車及廣告信息發(fā)布分系統(tǒng)該分系統(tǒng)可以采用不同的無線通信方