新能源車(chē)輛公交智能調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

劉開(kāi)元+羅威+李犁峰

摘要： 針對(duì)新能源公交車(chē)輛的使用特點(diǎn)以及公共交通信息化建設(shè)存在的問(wèn)題，以數(shù)據(jù)共享為基礎(chǔ)，以新能源車(chē)輛的電池監(jiān)控與充電調(diào)度為重點(diǎn)，構(gòu)建新能源車(chē)輛的公交智能調(diào)度系統(tǒng)的功能體系，保障并提升新能源公交的使用效率。

Abstract： This paper is aiming at the characteristics of new energy bus and the problems of public transport information construction， based on data sharing， battery monitoring and charging schedule of new energy vehicles as the focus， it is setting up the function system of intelligent dispatching system of new energy vehicles， security and improve the efficient use of new energy bus.

關(guān)鍵詞： 公交智能調(diào)度系統(tǒng)；新能源；公共交通；調(diào)度

Key words： public transport intelligence dispatching system；new energy；public transport；dispatching

中圖分類(lèi)號(hào)：U491.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）15-0128-03

1 新能源公交車(chē)應(yīng)用背景

作為國(guó)家七大新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)之一，節(jié)能與新能源汽車(chē)是實(shí)現(xiàn)中國(guó)制造2025以及汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要戰(zhàn)略支撐。從“十五”期間開(kāi)始，我國(guó)針對(duì)新能源汽車(chē)開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模研發(fā)，通過(guò)“十五”奠定基礎(chǔ)、“十一五”進(jìn)行布局、“十二五”重點(diǎn)立項(xiàng)，中國(guó)新能源汽車(chē)已經(jīng)從示范考核階段發(fā)展到產(chǎn)業(yè)化啟動(dòng)階段。

2015年11月10日，工信部與財(cái)政部、交通部聯(lián)手制定了《新能源公交車(chē)推廣應(yīng)用考核辦法（試行）》，加快了新能源汽車(chē)在公交行業(yè)的使用步伐。各地方政府隨之加大了新能源汽車(chē)推廣的力度，如2016年4月18日，廣東省正式公布了《廣東省人民政府辦公廳關(guān)于加快新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用的實(shí)施意見(jiàn)》，提出珠三角地區(qū)要成為全國(guó)純電動(dòng)公交車(chē)推廣應(yīng)用的示范區(qū)域。深圳市計(jì)劃在2017年公交全部使用純電動(dòng)大巴。因此，城市公交企業(yè)使用新能源汽車(chē)勢(shì)在必行。

2 新能源公交運(yùn)營(yíng)信息化中存在問(wèn)題

2.1 新能源公交使用中存在的問(wèn)題

國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)的研發(fā)和試用已有較長(zhǎng)時(shí)間，但量產(chǎn)化和規(guī)模推廣卻始終舉步維艱，推廣新能源汽車(chē)面臨動(dòng)力電池容量不足而價(jià)格高、充電樁配套不足、缺乏可持續(xù)的商業(yè)模式等著多方面難題亟需破解，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中主要存在以下問(wèn)題：

①車(chē)輛技術(shù)的不穩(wěn)定性制約公交運(yùn)營(yíng)。

純電動(dòng)公交車(chē)輛處于技術(shù)的起步階段，以動(dòng)力電池為主的關(guān)鍵零部件技術(shù)還難以達(dá)到安全、可靠運(yùn)營(yíng)要求，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需持續(xù)監(jiān)控其技術(shù)狀況，積累技術(shù)數(shù)據(jù)。

②電池的續(xù)航能力制約公交的運(yùn)營(yíng)效率。

新能源車(chē)輛續(xù)航能力有限，充滿(mǎn)電一次的運(yùn)營(yíng)里程約為150-180km，達(dá)不到公交車(chē)日運(yùn)營(yíng)里程220km以上要求，需在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中安排充電。而充電設(shè)施不足與布局不合理，導(dǎo)致對(duì)動(dòng)力電池的監(jiān)控與充電調(diào)度必不可少。

③運(yùn)營(yíng)的復(fù)雜性。

新能源公交運(yùn)營(yíng)模式有別于傳統(tǒng)公交，除需考慮線(xiàn)路本身的情況外，還要綜合考慮車(chē)輛的續(xù)航里程、充電站布局、充電樁的使用情況等。因此，要保證新能源公交車(chē)的高效使用，必須建立高度信息化的調(diào)度系統(tǒng)。

2.2 公交信息化過(guò)程中存在的問(wèn)題

①信息孤島嚴(yán)重。

在公交企業(yè)信息建設(shè)過(guò)程中，以業(yè)務(wù)版塊為導(dǎo)向進(jìn)行信息化建設(shè)，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)統(tǒng)一的數(shù)字化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及承載平臺(tái)，線(xiàn)路、車(chē)輛、人員等數(shù)字化基礎(chǔ)信息各自采集，信息孤島現(xiàn)象嚴(yán)重，已經(jīng)成為公交企業(yè)業(yè)務(wù)流程信息化的瓶頸。

②核心生產(chǎn)業(yè)務(wù)信息化程度低。

由于公交屬傳統(tǒng)勞動(dòng)密集性行業(yè)，在公交運(yùn)營(yíng)各環(huán)節(jié)基本上沿襲了傳統(tǒng)的手工操作，信息化建設(shè)還處于初級(jí)階段，如采用人工錄入表格來(lái)傳遞作業(yè)計(jì)劃，投入的車(chē)載設(shè)備及其配套的調(diào)度軟件系統(tǒng)由于沒(méi)有與作業(yè)流程進(jìn)行融合，在生產(chǎn)組織中并未發(fā)揮期望的作用。

③日常運(yùn)營(yíng)監(jiān)管和應(yīng)急指揮手段單一。

公交日常運(yùn)營(yíng)監(jiān)管和應(yīng)急指揮主要由總公司和各運(yùn)營(yíng)分公司相關(guān)人員按照工作流程和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)電話(huà)、現(xiàn)場(chǎng)指揮等傳統(tǒng)人工方式進(jìn)行，缺乏有效的應(yīng)急聯(lián)動(dòng)手段與工具。

④對(duì)于日常管理和決策輔助不足。

公交企業(yè)的數(shù)據(jù)和信息的集成范圍廣、內(nèi)容多，但分散的信息平臺(tái)難以支撐運(yùn)營(yíng)組織與信息發(fā)布的一體化趨勢(shì)，大量的運(yùn)營(yíng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)僅作為存檔和統(tǒng)計(jì)用，缺乏數(shù)據(jù)挖掘、決策輔助功能。

3 新能源公交運(yùn)營(yíng)信息化系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)

3.1 新能源公交的運(yùn)營(yíng)調(diào)度模式

實(shí)現(xiàn)公交高效運(yùn)營(yíng)的核心是對(duì)運(yùn)動(dòng)中的公交車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)度，借鑒公交信息化經(jīng)驗(yàn)，新能源公交信息化系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)以智能調(diào)度為核心，建立包括新能源車(chē)輛狀態(tài)監(jiān)控在內(nèi)的遠(yuǎn)程集中調(diào)度模式，如圖1所示。

3.2 新能源公交信息化系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

針對(duì)新能源公交運(yùn)營(yíng)需求，新能源公交智能調(diào)度系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)為：“五個(gè)平臺(tái)（數(shù)據(jù)綜合共享平臺(tái)、集中調(diào)度平臺(tái)、綜合監(jiān)控平臺(tái)、應(yīng)急指揮平臺(tái)和信息發(fā)布平臺(tái)）、一個(gè)系統(tǒng)”（輔助決策系統(tǒng)）。

①數(shù)據(jù)綜合共享平臺(tái)。

數(shù)據(jù)綜合共享平臺(tái)是公交企業(yè)信息化建設(shè)和推廣的重要基礎(chǔ)平臺(tái)，要統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，整合人力資源系統(tǒng)、運(yùn)營(yíng)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)、車(chē)輛檔案等現(xiàn)有系統(tǒng)，實(shí)時(shí)共享數(shù)據(jù)，消除信息孤島，建成整個(gè)企業(yè)資源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)日常作業(yè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新、匯集、處理和分析。

②集中調(diào)度平臺(tái)。

實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度的重要標(biāo)志是遠(yuǎn)程集中調(diào)度，通過(guò)調(diào)度平臺(tái)進(jìn)行行車(chē)監(jiān)控和實(shí)時(shí)調(diào)度，同時(shí)監(jiān)控車(chē)輛動(dòng)力電池的電量、充電設(shè)施的使用情況，支持調(diào)度平臺(tái)與車(chē)載終端進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)不同線(xiàn)路調(diào)度員在統(tǒng)一的調(diào)度平臺(tái)上對(duì)車(chē)輛進(jìn)行遠(yuǎn)程集中調(diào)度以及車(chē)輛充電調(diào)度。

③綜合監(jiān)控平臺(tái)。

綜合監(jiān)控平臺(tái)包括行車(chē)監(jiān)控、地圖監(jiān)控、車(chē)廂視頻監(jiān)控和場(chǎng)站視頻監(jiān)控等，利用統(tǒng)計(jì)圖表、視頻圖像、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析等方式，分層級(jí)監(jiān)管線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)情況，如基礎(chǔ)資源、運(yùn)營(yíng)狀況、服務(wù)質(zhì)量、實(shí)時(shí)路況、視頻圖像等。

④應(yīng)急指揮平臺(tái)。

應(yīng)急指揮是公共交通運(yùn)營(yíng)調(diào)度水平的重要指標(biāo)，通過(guò)智能調(diào)度系統(tǒng)實(shí)時(shí)掌握車(chē)輛運(yùn)行信息、路況信息以及相應(yīng)的視頻信息等應(yīng)急所需信息，下達(dá)應(yīng)急指令，監(jiān)控應(yīng)急車(chē)輛、人員的工作過(guò)程和應(yīng)急事件的完成情況。

⑤信息發(fā)布平臺(tái)。

在監(jiān)控指揮平臺(tái)和數(shù)據(jù)共享平臺(tái)的基礎(chǔ)上，建設(shè)一個(gè)對(duì)外信息發(fā)布平臺(tái)，面向上級(jí)主管部門(mén)和行業(yè)監(jiān)管部門(mén)、大交通應(yīng)用和信息聯(lián)動(dòng)、公眾（包括企業(yè)內(nèi)、社會(huì)公眾和乘客）等三個(gè)層面發(fā)布運(yùn)營(yíng)信息，服務(wù)于公交出行。

⑥輔助決策系統(tǒng)。

在收集運(yùn)營(yíng)監(jiān)控和應(yīng)急響應(yīng)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，建立針對(duì)公交運(yùn)營(yíng)的輔助決策數(shù)據(jù)模型，包括行車(chē)作業(yè)計(jì)劃編制模型、運(yùn)營(yíng)狀況評(píng)估模型和線(xiàn)網(wǎng)評(píng)價(jià)模型等，持續(xù)改進(jìn)公交運(yùn)營(yíng)效率。

總體上來(lái)看，數(shù)據(jù)共享是基礎(chǔ)，日常監(jiān)控、集中調(diào)度和應(yīng)急指揮是目的，信息發(fā)布和輔助決策是提升。針對(duì)新能源公交車(chē)輛，重點(diǎn)要對(duì)新能源公交車(chē)輛的技術(shù)、動(dòng)力電池、充電設(shè)施設(shè)備等情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控采集，并與運(yùn)營(yíng)調(diào)度、應(yīng)急指揮等子系統(tǒng)實(shí)時(shí)共享。

3.3 智能調(diào)度系統(tǒng)構(gòu)架

根據(jù)智能調(diào)度的建設(shè)目標(biāo)，公交信息化系統(tǒng)應(yīng)以智能公交調(diào)度系統(tǒng)為核心子系統(tǒng)，集成公交企業(yè)現(xiàn)有或正在建設(shè)的單獨(dú)業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)有效對(duì)接和共享，提升整體信息化程度，系統(tǒng)功能體系如圖2所示。

4 新能源公交信息化系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)

借鑒公交企業(yè)的信息化建設(shè)成功的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，在新能源車(chē)輛的公交信息系統(tǒng)建設(shè)過(guò)程中，需要把握以下關(guān)鍵點(diǎn)：

4.1 數(shù)據(jù)共享中心建設(shè)

數(shù)據(jù)共享中心是集成、處理和分發(fā)公交企業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)信息的樞紐，有別于常規(guī)動(dòng)力公交車(chē)輛，新能源公交信息化系統(tǒng)要突出車(chē)輛技術(shù)、動(dòng)力電池以及充電設(shè)備的監(jiān)控。

信息采集層主要由車(chē)輛信息系統(tǒng)（含電池電量）、停車(chē)場(chǎng)信息系統(tǒng)（充電設(shè)施使用情況）、站點(diǎn)信息系統(tǒng)（包括終點(diǎn)站、樞紐站、中途站等）、客流集散點(diǎn)或重要地點(diǎn)地段信息采集系統(tǒng)組成；信息處理主要由數(shù)據(jù)中心來(lái)完成，包括數(shù)據(jù)服務(wù)、通信服務(wù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理服務(wù)等；信息發(fā)布主要是對(duì)內(nèi)信息的利用（服務(wù)于日常運(yùn)營(yíng)和生產(chǎn)作業(yè)等日常管理）和對(duì)外作為行業(yè)、社會(huì)公眾信息發(fā)布平臺(tái)的信息來(lái)源。功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

從圖中可以看到，統(tǒng)一集成的數(shù)據(jù)由綜合業(yè)務(wù)處理模塊結(jié)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，形成內(nèi)部業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流后，直接發(fā)送到實(shí)時(shí)信息服務(wù)和統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)進(jìn)行分析和處理，再結(jié)合GIS服務(wù)、數(shù)據(jù)同步服務(wù)，形成數(shù)據(jù)中心對(duì)上層應(yīng)用和各個(gè)外部應(yīng)用的綜合數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)。

4.2 電池狀態(tài)監(jiān)控與充電調(diào)度

在新能源車(chē)輛的信息化系統(tǒng)建設(shè)中，須導(dǎo)入動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)，更好地為新能源車(chē)輛公交運(yùn)營(yíng)提供支持與服務(wù)。動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)與智能運(yùn)調(diào)系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)時(shí)采集新能源公交車(chē)輛運(yùn)行數(shù)據(jù)（包括動(dòng)力電池衰減趨勢(shì)、充電時(shí)間、百公里電耗、續(xù)航里程、故障頻率和種類(lèi)等），服務(wù)于日常的運(yùn)營(yíng)組織，同時(shí)積累的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)為制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、扶持政策等提供數(shù)據(jù)支撐。

系統(tǒng)至少具有三大功能：①監(jiān)測(cè)整車(chē)充電與行駛中動(dòng)力電池實(shí)時(shí)性能；②監(jiān)控聯(lián)網(wǎng)充電機(jī)運(yùn)行狀況及使用情況；③根據(jù)電池電量、充電設(shè)施使用情況以及線(xiàn)路運(yùn)營(yíng)計(jì)劃，合理安排車(chē)輛充電等。

動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)與充電調(diào)度系統(tǒng)將車(chē)輛、動(dòng)力電池、充電設(shè)備系統(tǒng)地聯(lián)接起來(lái)，在保證電池電能滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)需求、提高充電設(shè)施使用效率的同時(shí)，建立電池系統(tǒng)安全體系，一旦出現(xiàn)設(shè)備故障或電池性能超出設(shè)定閥值，系統(tǒng)將在第一時(shí)間作出反應(yīng)，及時(shí)啟動(dòng)相應(yīng)保護(hù)措施。

5 結(jié)語(yǔ)

建立一體化、數(shù)字化的公交信息系統(tǒng)對(duì)于提升車(chē)輛運(yùn)營(yíng)效率、推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著深遠(yuǎn)意義。在新能源公交信息化過(guò)程中，不能是技術(shù)的簡(jiǎn)單堆砌，系統(tǒng)規(guī)劃以及企業(yè)管理制度與信息化系統(tǒng)的匹配需要建設(shè)過(guò)程中不斷思考完善。

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