陳夢(mèng)云,曹昌圣
(1.武漢郵電科學(xué)研究院 湖北 武漢 430074;2.武漢長(zhǎng)江通信智聯(lián)技術(shù)有限公司 湖北 武漢 430074)
BRT智能調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
陳夢(mèng)云1,曹昌圣2
(1.武漢郵電科學(xué)研究院 湖北 武漢 430074;2.武漢長(zhǎng)江通信智聯(lián)技術(shù)有限公司 湖北 武漢 430074)
為了提高公交行業(yè)管理水平和服務(wù)質(zhì)量,文中提出了一套BRT智能調(diào)度系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用北斗/GPS雙模定位采集車(chē)輛地理位置數(shù)據(jù)信息,利用DSRC技術(shù)輔助車(chē)輛定位,利用4G無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸車(chē)載終端的音視頻信息,利用公交信號(hào)優(yōu)先算法實(shí)現(xiàn)對(duì)公交車(chē)輛進(jìn)行優(yōu)先控制。公交部門(mén)可以通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)公交車(chē)輛的有效調(diào)配,保證線(xiàn)路公交車(chē)輛準(zhǔn)點(diǎn)、勻衡、有序運(yùn)行;同時(shí)也可以監(jiān)督管理各種違規(guī)、違章和違紀(jì)行為來(lái)保證車(chē)輛安全運(yùn)行,及時(shí)有效處理安全事故,為廣大市民提供便捷安全的出行服務(wù)。
快速公交;智能調(diào)度;DSRC技術(shù);公交信號(hào)優(yōu)先;實(shí)時(shí)監(jiān)控
Abstract:In order to improve the management level and service quality of Public Transportation Industry,This paper presents an intelligent scheduling systems of BRT.This systems using the way of Beidou/GPS dual-mode positioning to collecting vehicle positioning information,using the technology of DSRC assist vehicle positioning, using 4G wireless network to transmit audio and video information,using the bus signal priority algorithm realize the buses priority control.The public transportation department can realize effective deployment of buses by this system to ensure the bus routes punctuality,evenly balanced and orderly operation.Furthermore,it also can supervise and monitor all kinds of illegal violation,delinquent behavior to make sure of safe vehicles operation and handle security incidents timely,providing convenient and safe travelling services for the public in a effectively way.
Key words:bus rapid transit; intelligent dispatching; DSRC technology; bus signal priority; real-time monitoring
隨著城市人口的增多,交通工具的需求越來(lái)越大,而現(xiàn)有公交普遍存在著擁擠、低效等問(wèn)題,再加上公交行業(yè)管理方式落后,運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量差,城市擁擠問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。針對(duì)公交行業(yè)管理落后和服務(wù)質(zhì)量差這兩個(gè)問(wèn)題,本文提出一套BRT智能調(diào)度系統(tǒng),提高公交行業(yè)管理和公交運(yùn)營(yíng)服務(wù)質(zhì)量,為乘客提供便捷、安全服務(wù)的基本保障。
文中從數(shù)據(jù)管理、智能調(diào)度、車(chē)輛監(jiān)控、緊急預(yù)案、客流量統(tǒng)計(jì)和線(xiàn)路規(guī)劃這幾個(gè)方面對(duì)BRT智能調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì),對(duì)車(chē)輛行駛過(guò)程進(jìn)行全面監(jiān)控,并根據(jù)客流量和道路通行狀況對(duì)車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的智能調(diào)度[1]。
BRT智能調(diào)度系統(tǒng)通過(guò)安裝在公交車(chē)輛的車(chē)載終端實(shí)時(shí)采集車(chē)輛定位數(shù)據(jù)、投幣機(jī)數(shù)據(jù)、音視頻信息等數(shù)據(jù),通過(guò)4G無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)傳到監(jiān)控調(diào)度平臺(tái),政府、公交公司、車(chē)隊(duì)可通過(guò)平臺(tái)查詢(xún)相關(guān)數(shù)據(jù),公交公司、車(chē)隊(duì)可對(duì)公交車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度,同時(shí)管理人員通過(guò)手機(jī)APP端登錄到平臺(tái),對(duì)公交車(chē)輛進(jìn) 行相應(yīng)的一系列操作。
圖1 系統(tǒng)整體框架圖
圖2 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)框圖
BRT智能調(diào)度系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)可分為3層:展示層、服務(wù)層及數(shù)據(jù)層,如圖2所示。在Web層,使用成熟的Spring MVC框架,保證Web端的層間松耦合,使用TK-Filterd對(duì)傳輸?shù)哪_本、頁(yè)面進(jìn)行高效的壓縮,可大幅提高頁(yè)面的加載速度。服務(wù)層基于Hive+MapReduce的大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)、Netty框架、Kafka消息隊(duì)列、Flume日志收集、ArcSDE等技術(shù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多樣化處理和大數(shù)據(jù)應(yīng)用。各基礎(chǔ)服務(wù)由Dubbo分布式服務(wù)框架統(tǒng)一管理,為業(yè)務(wù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)提供服務(wù)支持。應(yīng)用引擎部分采用HBase API、Coherence API、JPA、ArcSDE 分別與分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)、Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速交互;應(yīng)用組件采用CXF、WebSocket、Activiti5等技術(shù),為應(yīng)用提供完備的數(shù)據(jù)源的訪(fǎng)問(wèn)。展示層采用了JQuery技術(shù),打造UI界面;使用HightCharts圖表工具,添加具有交互性的圖表[2],通過(guò) ArcGIS JavaScript API將各種地圖資源嵌入到Web應(yīng)用中。數(shù)據(jù)層采用Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
車(chē)載調(diào)度終端主要由北斗/GSP雙模定位模塊、4G無(wú)線(xiàn)通信模塊、音視頻模塊和CAN總線(xiàn)模塊等組成,如圖3所示。
圖3 車(chē)載調(diào)度終端
北斗/GSP雙模定位模塊用于獲取車(chē)輛位置數(shù)據(jù)信息,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛實(shí)時(shí)定位,CAN總線(xiàn)模塊實(shí)現(xiàn)車(chē)輛位置、方位角和速度等運(yùn)行狀態(tài)、視頻圖像數(shù)據(jù)、車(chē)輛動(dòng)力CAN總線(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻客流數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)量數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)的采集[3]。報(bào)警模塊主要用于公交車(chē)輛發(fā)生異常狀況或司機(jī)危險(xiǎn)駕駛時(shí),發(fā)出語(yǔ)音告警,并將告警信息推送到監(jiān)控中心,監(jiān)控中心可根據(jù)告警信息采取相關(guān)安全措施。公交優(yōu)先控制模塊主要用于公交車(chē)輛在交叉路口提出優(yōu)先通行申請(qǐng),讓公交車(chē)輛優(yōu)先通過(guò)交叉路口。音視頻模塊用于傳遞車(chē)內(nèi)音頻和視頻信息,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛監(jiān)控。人機(jī)交互終端主要通過(guò)圖形化界面等方式為司機(jī)直觀(guān)顯示各種狀態(tài)信息,使司機(jī)能對(duì)終端進(jìn)行更加方便快捷操作。4G無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)同公交管理指揮中心的數(shù)據(jù)交互,實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)營(yíng)調(diào)度。
車(chē)輛在高架下方運(yùn)行,衛(wèi)星信號(hào)會(huì)被遮擋,現(xiàn)用定位方式是將差轉(zhuǎn)臺(tái)的接收天線(xiàn)安裝于高架橋上層,來(lái)確保接收到衛(wèi)星信號(hào),再通過(guò)電路轉(zhuǎn)發(fā)到橋下,在橋下的一片區(qū)域形成衛(wèi)星信號(hào)的轉(zhuǎn)播。能實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星定位,但是定位點(diǎn)的最小間距有限制,定位的精度很差,尤其是在橋面較窄的地方,差轉(zhuǎn)的信號(hào)與橋外低角度的真實(shí)衛(wèi)星信號(hào)產(chǎn)生干擾,導(dǎo)致定位失效,定位成功率低下。
DSRC是一種高效的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù),在小范圍區(qū)域內(nèi)可以對(duì)高速運(yùn)動(dòng)下的移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和建立雙向通信,實(shí)現(xiàn)信息傳遞,將車(chē)輛和道路有機(jī)連接。DSRC通信過(guò)程可分為3部分:首先車(chē)載單元和路側(cè)單元建立通信連接,其次車(chē)載單元和路側(cè)單元利用專(zhuān)用通信鏈路交換信息,最后完成信息交換后釋放連接[4-5]。
DSRC技術(shù)輔助車(chē)輛定位的原理是通過(guò)無(wú)線(xiàn)電測(cè)量距離估算出路側(cè)設(shè)備到車(chē)的距離,利用距離和已知路側(cè)設(shè)備的位置數(shù)據(jù)計(jì)算出車(chē)輛位置[6]。當(dāng)車(chē)輛進(jìn)入信號(hào)有效區(qū)域后,車(chē)載RFID設(shè)備和安裝在路側(cè)的路側(cè)標(biāo)簽建立通信,獲取有效經(jīng)緯度并傳送給車(chē)載定位設(shè)備,完成輔助定位功能。
公交優(yōu)先是一種效率優(yōu)先的交通理念,是指在不擾亂交通次序的情況下,在交叉路口為公交車(chē)輛提供優(yōu)先通行信號(hào),減少公交車(chē)輛的路口等待時(shí)間,降低線(xiàn)路行程時(shí)間,提高公交運(yùn)行效率[7]。
公交信號(hào)優(yōu)先控制是讓主要由車(chē)輛信息檢測(cè)、優(yōu)先申請(qǐng)接入、信號(hào)狀態(tài)調(diào)整3部分組成。
車(chē)輛信息檢測(cè):通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)檢測(cè)車(chē)輛信息,獲取公交的車(chē)牌標(biāo)識(shí),車(chē)輛類(lèi)型、車(chē)輛的優(yōu)先等級(jí)等盡可能全面的信息。
優(yōu)先申請(qǐng)接入:對(duì)獲取的車(chē)輛信息正確性進(jìn)行檢驗(yàn),并根據(jù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)判斷該優(yōu)先請(qǐng)求信息是否符合提交條件,如果不滿(mǎn)足條件則不改變信號(hào)狀態(tài);如果滿(mǎn)足條件,優(yōu)先申請(qǐng)接入部分首先根據(jù)交通信號(hào)控制系統(tǒng)提供的車(chē)輛信息,對(duì)路網(wǎng)的交通狀況、等待排隊(duì)長(zhǎng)度,實(shí)施優(yōu)先期間到達(dá)的車(chē)輛數(shù)進(jìn)行估計(jì)。其次檢測(cè)當(dāng)前交叉路口信號(hào)狀態(tài)信息,獲取當(dāng)前信號(hào)控制交叉口的信號(hào)燈配置基本信息。然后根據(jù)公交車(chē)輛信息以及交叉路口的信號(hào)燈的狀態(tài)信息,選擇最合適的優(yōu)先信號(hào)控制策略。最后根據(jù)獲取的路網(wǎng)交通狀況信息、信號(hào)狀態(tài)信息、公交車(chē)輛信息在選擇的優(yōu)先信號(hào)控制策略基礎(chǔ)之上,利用合適的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化求解,確定各個(gè)性能指標(biāo)的權(quán)重。根據(jù)性能指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果,結(jié)合設(shè)置的參數(shù),決定是否給與提供優(yōu)先服務(wù)以及何時(shí)給予優(yōu)先服務(wù)、如何服務(wù)以及何時(shí)撤銷(xiāo)服務(wù)[8]。
信號(hào)狀態(tài)調(diào)整:執(zhí)行信息告知信號(hào)控制器,對(duì)信號(hào)控制系統(tǒng)進(jìn)行沖突檢測(cè),保障最短綠燈時(shí)間約束、確定最大綠燈時(shí)間約束,同時(shí)并調(diào)用信號(hào)過(guò)渡方案,利用黃閃,紅閃等燈色來(lái)告知信號(hào)狀態(tài)改變。
數(shù)據(jù)管理主要是對(duì)公交車(chē)輛信息、人員信息、站點(diǎn)信息和設(shè)備終端信息等基礎(chǔ)的靜態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集、存儲(chǔ)和處理等操作,該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)指定類(lèi)型信息的查詢(xún)、添加、修改、刪除以及打印報(bào)表等功能。通過(guò)對(duì)這些靜態(tài)的基礎(chǔ)信息的有效管理,實(shí)現(xiàn)了公交行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施一體化智能管理與維護(hù)。
系統(tǒng)根據(jù)公交車(chē)輛的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及前一天的行車(chē)計(jì)劃等數(shù)據(jù),自動(dòng)的生成新的車(chē)輛行車(chē)計(jì)劃。系統(tǒng)以先進(jìn)先出、順序優(yōu)先為原則,并根據(jù)實(shí)時(shí)路況和車(chē)輛運(yùn)營(yíng)情況對(duì)制定好的發(fā)車(chē)計(jì)劃自行進(jìn)行整。管理人員對(duì)行車(chē)計(jì)劃進(jìn)行審核,并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)行車(chē)計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整,包括車(chē)輛變更,調(diào)整發(fā)車(chē)時(shí)間間隔等[9]。通過(guò)審核的行車(chē)計(jì)劃將會(huì)自動(dòng)下達(dá),并根據(jù)計(jì)劃時(shí)間自動(dòng)派車(chē),實(shí)現(xiàn)均勻合理的行車(chē)間隔,公交車(chē)輛跨線(xiàn)路營(yíng)運(yùn),最大化的利用線(xiàn)路間的資源。
系統(tǒng)根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行計(jì)劃及人員基礎(chǔ)信息自動(dòng)的生成排班計(jì)劃,按照輪班規(guī)則和輪休規(guī)則自動(dòng)生成與車(chē)輛運(yùn)行計(jì)劃相匹配的排班計(jì)劃表。管理人員可根據(jù)實(shí)際情況可對(duì)排班計(jì)劃表進(jìn)行人工調(diào)整計(jì)劃。排班計(jì)劃通過(guò)審核后,計(jì)劃將會(huì)自動(dòng)下達(dá),根據(jù)計(jì)劃時(shí)間自動(dòng)用短信通知司乘人員及時(shí)發(fā)車(chē)。
日常調(diào)度:日常調(diào)度主要采用加車(chē)、減車(chē)、短線(xiàn)和快車(chē)等調(diào)度手段,對(duì)公交車(chē)輛進(jìn)行調(diào)度。在采用這些調(diào)度手段時(shí),發(fā)車(chē)時(shí)間及站點(diǎn)選擇是視具體交通狀況決定的,與即時(shí)發(fā)生的如交通堵塞、交通事故、暴雨及客流突變?cè)蚝偷攸c(diǎn)有關(guān)。
自動(dòng)調(diào)度:自動(dòng)調(diào)度主要是通過(guò)對(duì)車(chē)輛進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,動(dòng)態(tài)的獲取車(chē)輛運(yùn)行信息和客流量等數(shù)據(jù),然后根據(jù)車(chē)輛運(yùn)行信息、客流量、線(xiàn)路營(yíng)運(yùn)計(jì)劃和調(diào)度規(guī)則等數(shù)據(jù),自動(dòng)提供動(dòng)態(tài)的車(chē)輛發(fā)車(chē)時(shí)間表,編排司機(jī)排班計(jì)劃表,保證公交運(yùn)營(yíng)車(chē)輛按計(jì)劃排班運(yùn)營(yíng)[10]。
異常調(diào)度:由于路況、客流和天氣等多種因素的干擾,會(huì)出現(xiàn)很多突發(fā)狀況,在發(fā)生調(diào)度異常情況時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)執(zhí)行相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案,自動(dòng)發(fā)出最新的調(diào)度指令,在執(zhí)行過(guò)程中可手動(dòng)修改相應(yīng)流程。
在BRT系統(tǒng)中,主要是通過(guò)發(fā)送短報(bào)文、語(yǔ)音調(diào)度指令或免提通話(huà)來(lái)完成對(duì)車(chē)輛的調(diào)度。調(diào)度員與司機(jī)可進(jìn)行雙向通話(huà),按單車(chē)發(fā)送方式或者群發(fā)方式對(duì)車(chē)輛發(fā)送加速或減速等語(yǔ)音短信來(lái)調(diào)度車(chē)輛。支持語(yǔ)音GSM通話(huà)和IP對(duì)講通話(huà),車(chē)載一體機(jī)可以通過(guò)撥號(hào)實(shí)時(shí)向調(diào)度中心通話(huà),調(diào)度中心也可以撥打車(chē)載一體機(jī)進(jìn)行通話(huà)。通話(huà)業(yè)務(wù),受后臺(tái)控制,定制的電話(huà)本功能,一鍵撥號(hào),可與限定圍內(nèi)的人限時(shí)通話(huà)。
在該系統(tǒng)中,主要是利用視頻監(jiān)控、模擬監(jiān)控和GIS電子地圖監(jiān)控3種方式,對(duì)營(yíng)運(yùn)車(chē)輛的運(yùn)行情況進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)、直觀(guān)的監(jiān)控。3種監(jiān)控方式如下:
1)視頻監(jiān)控:通過(guò)調(diào)取車(chē)載視頻,對(duì)車(chē)輛、乘客、駕駛員狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。通過(guò)視頻監(jiān)控,展示公交營(yíng)運(yùn)車(chē)輛內(nèi)部和外部狀況的圖像、聲音以及發(fā)生時(shí)間,包括駕駛員動(dòng)作、上下門(mén)、車(chē)廂內(nèi)乘客情況等,同時(shí)可提供3G/4G/WIFI通信無(wú)線(xiàn)上傳,可實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)播和查詢(xún)回放等功能[11]。
2)模擬監(jiān)控:公交線(xiàn)路以直線(xiàn)或折線(xiàn)的形式表示,形成線(xiàn)路運(yùn)行模擬圖;線(xiàn)路上的各個(gè)站點(diǎn)根據(jù)其各自相對(duì)的距離與位置,系統(tǒng)進(jìn)行換算自動(dòng)在線(xiàn)路模擬圖上標(biāo)注[12]。模擬監(jiān)控以線(xiàn)路模擬圖為基礎(chǔ),根據(jù)運(yùn)行于BRT專(zhuān)用車(chē)道內(nèi)車(chē)輛GPS數(shù)據(jù)和報(bào)站數(shù)據(jù),可在圖上實(shí)時(shí)顯示進(jìn)入BRT專(zhuān)用車(chē)道內(nèi)所有車(chē)輛在線(xiàn)路上的運(yùn)行位置,便于調(diào)度人員在日常營(yíng)運(yùn)調(diào)度的過(guò)程中,從總體上清楚直觀(guān)地掌握線(xiàn)路上車(chē)輛運(yùn)行情況。
3)GIS電子地圖監(jiān)控:系統(tǒng)提供電子地圖顯示,地圖上顯示BRT線(xiàn)路以及各站點(diǎn)等相關(guān)圖層的同時(shí),在地圖上實(shí)時(shí)顯示所有進(jìn)入BRT專(zhuān)用車(chē)道內(nèi)車(chē)輛的位置、車(chē)輛行駛方向等信息[13]。系統(tǒng)支持多個(gè)監(jiān)控窗口跟蹤不同的目標(biāo)或區(qū)域,并顯示車(chē)輛運(yùn)行的相關(guān)信息。
客流量數(shù)據(jù)的收集與分析在公共交通建設(shè)、運(yùn)營(yíng)與管理等方面,發(fā)揮著顯著的作用。通過(guò)對(duì)投幣機(jī)、公交IC卡和客流統(tǒng)計(jì)器3方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,獲取公交運(yùn)營(yíng)決策的公交客流量信,并這些信息深入挖掘,獲得居民公交出行特征,為公交管理者提供可靠的公交運(yùn)營(yíng)決策依據(jù),為公交線(xiàn)路規(guī)劃者提供可靠的線(xiàn)路規(guī)劃依據(jù)[14]。
線(xiàn)路規(guī)劃是力求公交出行服務(wù)的效率達(dá)到最大化,利用最小的資源獲取最大的產(chǎn)出[15]。系統(tǒng)提供線(xiàn)路評(píng)估和線(xiàn)路規(guī)劃功能,公交企業(yè)通過(guò)系統(tǒng)收集的客流量數(shù)據(jù)、線(xiàn)路站點(diǎn)重復(fù)率數(shù)據(jù)等,評(píng)估線(xiàn)路通行能力,并根據(jù)該相關(guān)數(shù)據(jù)提出優(yōu)化調(diào)整方案,如調(diào)整線(xiàn)路服務(wù)時(shí)間、改變線(xiàn)路走向、增減站點(diǎn)、調(diào)整線(xiàn)路車(chē)輛配置等,最大化提升公交運(yùn)力。行業(yè)管理部門(mén)可以根據(jù)系統(tǒng)提供客流量數(shù)據(jù)和線(xiàn)路通行能力,規(guī)劃新線(xiàn)路。
本方案是結(jié)合業(yè)務(wù)需求特點(diǎn),按照實(shí)用性、先進(jìn)性、可靠性、安全性、可擴(kuò)展等五項(xiàng)原則進(jìn)行設(shè)計(jì)考慮,以滿(mǎn)足系統(tǒng)可平滑擴(kuò)展、系統(tǒng)可對(duì)接以及軟件實(shí)用等關(guān)鍵需求。該系統(tǒng)可為公交公司提供智能化營(yíng)運(yùn)管理,實(shí)現(xiàn)公交資源最優(yōu)配置,提高公交企業(yè)服務(wù)水平,為線(xiàn)路調(diào)整與規(guī)劃方面提供更可靠、更科學(xué)的數(shù)據(jù)依據(jù)。
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The design and implementation of the BRT intelligent scheduling system
CHEN Meng-yun1,CAO Chang-sheng2
(1.Wuhan Research Institute of Post&Telecommunications,Wuhan430074,China;2.Wuhan Yangtze Communications Industry Group Co.,Ltd.,Wuhan430074,China)
TN99
A
1674-6236(2017)19-0093-05
2016-08-17稿件編號(hào)201608124
陳夢(mèng)云(1990—),女,湖北荊門(mén)人,碩士研究生。研究方向:Web研發(fā)。