實(shí)時(shí)均車模式在智能公交調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用

袁國(guó)銘，劉瑞，樊 波

0 引言

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程的不斷深入發(fā)展，城市智能交通系統(tǒng)（ITS）作為緩解城市交通壓力的優(yōu)先發(fā)展方案在城市化交通發(fā)展的地位也愈加鞏固。伴隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)技術(shù)時(shí)代的到來，為了更大的改善城市生活環(huán)境，緩解城市交通矛盾，如何才能構(gòu)筑更為現(xiàn)代化的綜合交通體系成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。

1 智能公交系統(tǒng)介紹

目前城市智能交通系統(tǒng)發(fā)展迅速，其中智能公共交通系統(tǒng)是城市智能交通系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵組成部分，它與其他系統(tǒng)都有著密切的聯(lián)系，分工協(xié)作[3]。例如：智能公共交通系統(tǒng)從智能交通系統(tǒng)獲得交通流量、路段占有率，交通狀況等數(shù)據(jù)，用于實(shí)時(shí)的公交車輛調(diào)度或者通過城市交通信號(hào)配合，實(shí)現(xiàn)公交車輛信號(hào)優(yōu)先；智能公共交通系統(tǒng)是城市公交集團(tuán)信息化的一部分，和公交集團(tuán)日常工作緊密相關(guān)，需要提供和總公司、公司、計(jì)財(cái)部門的接口，與停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的接口、與人力資源管理系統(tǒng)的接口、與總公司OA系統(tǒng)的接口。因此智能公共交通系統(tǒng)不是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，它是一個(gè)開放的、與其他系統(tǒng)有著廣泛信息共享的系統(tǒng)[2]，它的構(gòu)建思路框圖如圖1所示：

圖1：建立智能公共交通系統(tǒng)總體思路

智能公共交通以調(diào)度系統(tǒng)為核心。智能公共交通的調(diào)度系統(tǒng)由公交調(diào)度中心（ 數(shù)據(jù)通信中心、調(diào)度子系統(tǒng)、信息服務(wù)子系統(tǒng)、公交評(píng)價(jià)子系統(tǒng)）和公交調(diào)度客戶端組成。

2 調(diào)度服務(wù)子系統(tǒng)

調(diào)度服務(wù)子系統(tǒng)是系統(tǒng)的核心部分，目標(biāo)實(shí)現(xiàn)公交調(diào)度的智能化。對(duì)公交車輛的運(yùn)營(yíng)調(diào)度起輔助決策作用，實(shí)現(xiàn)車輛調(diào)度的智能化，從內(nèi)部講，將提高公交運(yùn)輸管理的集約化水平，實(shí)現(xiàn)公交車輛的動(dòng)態(tài)監(jiān)控；從外部講，將提高公交運(yùn)輸?shù)姆?wù)質(zhì)量，提高社會(huì)效益。改變?cè)瓉淼恼{(diào)度人員對(duì)公交車輛運(yùn)營(yíng)信息不清，路況不明，僅憑經(jīng)驗(yàn)調(diào)度的方式。運(yùn)用智能化調(diào)度手段，通過匯集調(diào)度專家級(jí)調(diào)度預(yù)案形成調(diào)度經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)庫(kù)，界組模型及智能優(yōu)化算法，在大量分析歷史數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，形成輔助決策，從而提高調(diào)度員的判斷能力和決策水平。以最低的成本完成車輛的運(yùn)營(yíng)調(diào)度職能，以最少的車輛資源完成最大的運(yùn)力，從而提高公交車輛整體運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)質(zhì)量。

調(diào)度服務(wù)子系統(tǒng)由智能公共交通優(yōu)化系統(tǒng)和智能公共交通監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)組成，智能公交優(yōu)化系統(tǒng)完成線路網(wǎng)優(yōu)化和行車計(jì)劃優(yōu)化，監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)完成實(shí)時(shí)的監(jiān)控和調(diào)度。

3 均車智能調(diào)度模式

在實(shí)施智能公交系統(tǒng)開發(fā)之前，原始調(diào)度模式的存在很多的弊端：1、行車計(jì)劃難以執(zhí)行；2、均車實(shí)現(xiàn)過多依賴經(jīng)驗(yàn)值、及時(shí)性差；3、人工調(diào)度操作繁瑣、勞動(dòng)量大；4、人為因素過多參與調(diào)度；5、考核標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范；6、大量公交調(diào)度數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，但數(shù)據(jù)深層次挖掘分析難以實(shí)現(xiàn)。

3.1 智能調(diào)度模式的實(shí)現(xiàn)原則及指導(dǎo)思想

1、以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的支撐點(diǎn)，行車調(diào)度更加靈活；

2、均車操作更多依賴實(shí)時(shí)車輛反饋的數(shù)據(jù)，可以達(dá)到當(dāng)圈均車，時(shí)效性更好；

3、公交調(diào)度更多的依賴計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)度，減少公交調(diào)度人員的勞動(dòng)量和公交調(diào)度人員；

4、公交調(diào)度人為因素大大降低，更多的是依照公交公司的營(yíng)運(yùn)指標(biāo)進(jìn)行公交調(diào)度；

5、駕乘人員考核標(biāo)準(zhǔn)更加詳細(xì)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支持的力度將更大；

6、對(duì)公交營(yíng)運(yùn)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，量化并指標(biāo)化營(yíng)運(yùn)指標(biāo)，達(dá)到公司利益最大化。

3.2 新舊調(diào)度模式對(duì)比

新舊調(diào)度模式對(duì)比如圖2所示：

圖2：新舊模式對(duì)比圖

3.3 均車模型實(shí)現(xiàn)邏輯分析

3.3.1 邏輯實(shí)現(xiàn)流程

如圖3所示：

圖3 均車模型流程

3.3.2 線路上車輛運(yùn)行周轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算方法

依據(jù)高低峰時(shí)段進(jìn)行劃分以下兩種方法：高峰時(shí)段周轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算法和低峰時(shí)段周轉(zhuǎn)時(shí)間計(jì)算法。而這兩種的差別主要在主副站的停車時(shí)間的確定上有差異。在高峰階段，在保證出車率的情況下，不僅要增加車輛，更需犧牲更多的停站時(shí)間，來確保高峰出車率。在低峰階段還要考慮交接班、末班車等因素，來限定主副站停站時(shí)間。同時(shí)參考線路上運(yùn)行車輛的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)即將發(fā)出的車輛的發(fā)車時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。

3.3.3 優(yōu)化計(jì)算所得發(fā)車間隔發(fā)車

1）問題的提出

當(dāng)以分鐘為基準(zhǔn)單位進(jìn)行計(jì)算發(fā)車間隔時(shí)，計(jì)算所得的發(fā)車間隔會(huì)出現(xiàn)小數(shù)的情況，而通常的發(fā)車都是以分鐘為基準(zhǔn)單位，那么需要將發(fā)車間隔進(jìn)行優(yōu)化。

2）問題的解決方法

①半秒方法：采取半秒發(fā)車策略，這樣可以在形式上滿足的需要

②先緊后松法、先松后緊法：例如計(jì)算所得的周轉(zhuǎn)時(shí)間為70分鐘，而我有20輛車，那么如果我采取以分鐘為單位發(fā)車的話，應(yīng)該有10個(gè)發(fā)車間隔為4分鐘，10個(gè)為3分鐘，那么我就要采取一種策略區(qū)分配這些發(fā)車間隔，下面列舉情況如下：

3）當(dāng)前時(shí)間為高峰期：

可以采用先發(fā)3分鐘間隔，那么可以達(dá)到了高峰車次盡量出多的營(yíng)運(yùn)要求；而當(dāng)運(yùn)行的過程中，可能出現(xiàn)高峰和低峰交叉時(shí)段，那么先發(fā)3分鐘間隔發(fā)車時(shí)間更能保證我的高峰車次；

4）當(dāng)前時(shí)間為低峰期：

采用發(fā)3或4分鐘間隔，可以取決于用戶的需求，只要用戶配置一下，按照線路的具體情況進(jìn)行配置，那么系統(tǒng)發(fā)揮出的效能將更大。

3.3.4 智能調(diào)度模式對(duì)異常情況處理

在實(shí)時(shí)調(diào)度過程中，經(jīng)常出現(xiàn)車輛故障、駕駛員不能出勤等特殊情況，那么系統(tǒng)如何處理這些情況呢，分析所有這些現(xiàn)象，最終體現(xiàn)在車輛是否能夠在線路上正常運(yùn)行，既涉及到車輛的入隊(duì)和出隊(duì)問題。

1）出隊(duì)、入隊(duì)處理

由于新的調(diào)度模式不是照搬原始行車計(jì)劃發(fā)車時(shí)間，而是以時(shí)間間隔為基準(zhǔn)進(jìn)行車輛調(diào)度，同時(shí)依據(jù)均車實(shí)現(xiàn)邏輯，可以確保由于某輛車的出隊(duì)、入隊(duì)引發(fā)的發(fā)車間隔變大、變小分配當(dāng)圈運(yùn)行的每一輛車上，繼而達(dá)到有效均勻的目的，對(duì)公交營(yíng)運(yùn)調(diào)度產(chǎn)生的影響將最小化。

2）入隊(duì)原則的設(shè)定

①依照班次法

這是目前通常的做法，如果車輛正好到達(dá)車站、恰是它的班次而且調(diào)度員將它發(fā)出，那么車輛的利用率還是能夠達(dá)到最大化的；而通常由于駕駛員、調(diào)度員的人為因素干預(yù)，出現(xiàn)故意不及時(shí)到站、不發(fā)該車次等原因，造成車輛利用率不高。

②隨到隨發(fā)法

該種方法可以提高入隊(duì)車輛的利用率，而通常會(huì)打破原班次的執(zhí)行，導(dǎo)致入隊(duì)車輛后的局部發(fā)車車輛間隔變大，車輛入隊(duì)后仍要進(jìn)行均車邏輯實(shí)現(xiàn)。

③人工干預(yù)

通過調(diào)度員的調(diào)度經(jīng)驗(yàn)，可以人工干預(yù)出對(duì)車輛的入隊(duì)發(fā)車。

3.3.5 能調(diào)度模式下交接班的處理

在高峰期，由于路面狀況較復(fù)雜，通常會(huì)導(dǎo)致車輛平均速度減慢，導(dǎo)致上下行時(shí)間增長(zhǎng)；而當(dāng)高峰過后，車輛的平均運(yùn)行速度又增加，導(dǎo)致上下行運(yùn)行時(shí)間減少，用環(huán)去描述這種狀況。理論上如圖4所示：

圖4：擁堵時(shí)刻均衡發(fā)車實(shí)例

通常需要在高峰過后，對(duì)車輛發(fā)車間隔進(jìn)行調(diào)整，以求最大滿足交班的要求，滿足交班要求，不能放在最后一班去進(jìn)行，那樣不能有效實(shí)現(xiàn)，這樣將這部分調(diào)整發(fā)到高峰過后的第一個(gè)班次就開始執(zhí)行，用一個(gè)大時(shí)間段來達(dá)到滿足交班時(shí)間的目的。而這部分的調(diào)整放在主副站停車時(shí)間間隔上，而且這部分也是最可控的。

3.3.6 新調(diào)度模式下考核、考察依據(jù)的制定

1）駕駛員準(zhǔn)晚點(diǎn)的考核

在傳統(tǒng)調(diào)度模式下，駕駛員的考核通常按照運(yùn)行周轉(zhuǎn)時(shí)間（相對(duì)較固定）采取快1慢2的模式考核，而這種考核方式通常導(dǎo)致如下幾種運(yùn)行狀況：

①駕駛員在上行階段運(yùn)行速度較快，而下行時(shí)速度放慢，以求得準(zhǔn)點(diǎn)到達(dá)；

②駕駛員在上行階段運(yùn)行速度放慢，而在下行的過程中不斷的加速，以求爭(zhēng)取到更多的乘客，通常這種情況發(fā)生在一整條線路上。

透過所有的想象分析發(fā)現(xiàn)，之所以無法對(duì)這些情況進(jìn)行有效控制，是因?yàn)槿狈A(chǔ)的數(shù)據(jù)支持和數(shù)據(jù)挖掘，在新的調(diào)度模式下，將積累更多的運(yùn)行數(shù)據(jù)（運(yùn)行速度，運(yùn)行歷程、運(yùn)行時(shí)間等），通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析整理，公交公司可以定制一套行之有效的考核管理辦法。

2）調(diào)度員的考核

同樣調(diào)度員的考核，更有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持：線路車輛運(yùn)行均恒度、高峰車次數(shù)、高峰車輛停站時(shí)間都可以作為考核的依據(jù)。

3.3.7 新調(diào)度模式下虛擬副站問題的思考

對(duì)于提到的副站停站時(shí)間，有的線路相對(duì)較短，副站可以到站乘客上車之后，直接發(fā)出；對(duì)線路較長(zhǎng)的，可以設(shè)定一定的副站停站時(shí)間來均衡的車輛，而副站不再是原始意義的副站，副站將不再設(shè)立副站調(diào)度人員，形式上同其他的站間站點(diǎn)沒有必然的區(qū)別。發(fā)車方式提供自動(dòng)發(fā)車和人工干預(yù)的方式，可以進(jìn)行配置。

4 總結(jié)

智能公交系統(tǒng)基于全球定位技術(shù)、無線通信技術(shù)、地理信息技術(shù)等技術(shù)的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)公交車輛運(yùn)營(yíng)調(diào)度的智能化，公交車輛運(yùn)行的信息化和可視化，實(shí)現(xiàn)面向公眾乘客的完善信息服務(wù)，通過建立電腦營(yíng)運(yùn)管理系統(tǒng)和連接各停車場(chǎng)站的智能終端信息網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)對(duì)運(yùn)營(yíng)車輛的指揮調(diào)度，推動(dòng)智慧交通與低碳城市的建設(shè)。運(yùn)用實(shí)時(shí)均車智能公交系統(tǒng)確實(shí)能夠從實(shí)際應(yīng)用角度提高公交公司的公交運(yùn)營(yíng)效率降低了公交的運(yùn)營(yíng)成本。

通過區(qū)域人員集中管理、公交車輛集中停放、統(tǒng)一編制計(jì)劃、統(tǒng)一調(diào)度指揮等手段，切實(shí)實(shí)現(xiàn)了公司人力、運(yùn)力資源最大程度的動(dòng)態(tài)管理和優(yōu)化配置，提高了調(diào)度應(yīng)變能力，改善了乘客服務(wù)水平，為城市向智慧城市發(fā)展提供了必要的交通支持，相信在未來十年的時(shí)間會(huì)為中國(guó)城市的智能化起到關(guān)鍵作用。

[1]智能公交系統(tǒng)[DB/OL].http://baike.baidu.com/view/6675080.htm.

[2]袁國(guó)銘,李洪奇,樊波.關(guān)于知識(shí)工程的發(fā)展綜述[J].計(jì)算技術(shù)與自動(dòng)化.2011,30(1):138-143.

[3]艾浩軍,吳余龍,王康武.物聯(lián)網(wǎng)背景下的智慧城市建設(shè)[EB/OL].中國(guó)城市低碳經(jīng)濟(jì)網(wǎng).2012-10-15/2013-12-20.

[4]基于3G無線車載監(jiān)控系統(tǒng)的智能公交解決方案[EB/OL].中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng).2012-09-26/2013-12-20.

[5]于廣濤,李長(zhǎng)勇,張繼貞,姜希洪.城市智能公交調(diào)度系統(tǒng)探討[J].商用汽車.2008,(3):50-52.

[6]楊兆升.城市智能公共交通系統(tǒng)理論與方法[M].北京:中國(guó)鐵道出版社.2004.