基于大數(shù)據(jù)的城市智能公交管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

蔡苗苗，費(fèi)志鵬，張澤華，芮 立

（南京審計(jì)大學(xué)金審學(xué)院，江蘇 南京 210000）

1 智能公交系統(tǒng)發(fā)展背景

隨著中國(guó)城市化和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，交通擁堵、交通事故屢次發(fā)生，這些交通狀況都影響了居民的出行體驗(yàn)。為了提高居民的出行體驗(yàn)，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展公共交通。智能公交是改善城市交通建設(shè)的關(guān)鍵因素。因此，構(gòu)建智能公交系統(tǒng)，及時(shí)準(zhǔn)確地獲取公共交通數(shù)據(jù)是前提，而大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)能幫助人們解決這一難題。

2 居民當(dāng)前出行模式調(diào)查分析

2.1 調(diào)查設(shè)計(jì)與實(shí)施

近年來(lái)，隨著中國(guó)城市規(guī)模的發(fā)展，中國(guó)居民的生活水平得到了提高，汽車的數(shù)量急劇增加。與此同時(shí)，城市居民對(duì)出行的需求也急速猛增。由于交通空間資源有限、交通管理水平低下等因素，使城市交通擁擠成為普遍現(xiàn)象。交通擁擠程度不斷增加，嚴(yán)重影響了城市居民的出行體驗(yàn)。因此，設(shè)計(jì)者對(duì)南京市居民出行方式的影響因素做了調(diào)研。對(duì)南京市的居民進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，實(shí)收問(wèn)卷213份，利用所得數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)等資料來(lái)反映南京市居民出行方式選擇的大致情況，并對(duì)南京目前交通整體狀況、發(fā)展趨勢(shì)和居民出行需求等基本情況進(jìn)行了研究、總結(jié)。調(diào)查的內(nèi)容主要包括居民的性別、年齡、教育程度、家庭月收入、職業(yè)、居住的區(qū)域、日常出行距離、花在出行上的時(shí)間、出行時(shí)間段、平時(shí)工作、上學(xué)常選擇的交通方式、平時(shí)游玩、時(shí)間隨意時(shí)選擇的交通方式、出行主要考慮的因素、居住附近有無(wú)公交站臺(tái)、對(duì)“有房有車”中“有車”的看法、乘坐公交的支付方式、對(duì)現(xiàn)有公交的滿意程度、對(duì)現(xiàn)有公交不滿意的地方、預(yù)想的公交、對(duì)智能公交的了解、智能公交能帶來(lái)的好處等相關(guān)內(nèi)容，能夠更加全面了解居民出行的基本情況。因?yàn)閿?shù)據(jù)需要有普遍性，所以采取網(wǎng)上問(wèn)卷，覆蓋整個(gè)南京市。

2.2 調(diào)查結(jié)果分析

在對(duì)回收的問(wèn)卷摘要之后，設(shè)計(jì)者對(duì)樣本的情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，主要數(shù)據(jù)如圖1所示。根據(jù)圖1顯示的數(shù)據(jù)反映出在現(xiàn)實(shí)公交中，可能有太多的人抱怨，其中最普遍的是車內(nèi)擁擠和不準(zhǔn)時(shí)等車時(shí)間長(zhǎng)，這兩種是目前最主要的問(wèn)題，這也是很多人都不愿乘坐公交的原因。人們大多都希望公交可以提前預(yù)約，這樣節(jié)約時(shí)間，有效率；而對(duì)于直達(dá)公交，人們希望這樣最理想，因?yàn)榭梢怨?jié)約時(shí)間，換乘方便，有效率還更加人性化。在現(xiàn)代社會(huì)人的眼里，大家一般對(duì)于出行使用的交通工具，都有自己的需求，而普遍來(lái)說(shuō)，無(wú)外乎就是便捷性和安全性的占主導(dǎo)地位，其次則是舒適感；而對(duì)于速度、準(zhǔn)時(shí)性、花費(fèi)，則看重的并沒(méi)那么重要的特點(diǎn)。

圖1 居民對(duì)現(xiàn)有公交不滿意的地方

根據(jù)網(wǎng)上的問(wèn)卷調(diào)查，以及查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)傳統(tǒng)公交存在的問(wèn)題我們得出以下結(jié)論。

我國(guó)公共交通的規(guī)劃、管理與建設(shè)一直停留在較低的水平。公交線路不合理、密度低、車輛換成不便。據(jù)相關(guān)調(diào)查報(bào)告，許多城市存在著站點(diǎn)重復(fù)設(shè)置問(wèn)題。而城市郊區(qū)卻很少見(jiàn)，導(dǎo)致有些郊區(qū)居民出行困難。這就意味著公交資源的浪費(fèi)，包括能源浪費(fèi)、乘車擁擠度增加、浪費(fèi)乘客時(shí)間、運(yùn)行效率低等。候車時(shí)間長(zhǎng)、服務(wù)水平低、管理水平落后、車輛準(zhǔn)點(diǎn)到站率低、換乘困難。同時(shí)在車輛調(diào)度、車輛檢測(cè)與維護(hù)等方面缺乏先進(jìn)科學(xué)技術(shù)。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文基于大數(shù)據(jù)的智能公交管理系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，通過(guò)采集和存儲(chǔ)公交車輛的海量實(shí)時(shí)信息和大量用戶的應(yīng)用信息，利用數(shù)據(jù)處理方法為智能化城市公交提供大數(shù)據(jù)分析與建模平臺(tái)，將信息采集，智能調(diào)度，信息發(fā)布等功能于一體。它可以極大地改善傳統(tǒng)交通中存在的問(wèn)題，優(yōu)化公交決策與調(diào)度方式，提高運(yùn)營(yíng)效率，增加城市公交的配置率。吸引居民乘坐，使乘客的出行體驗(yàn)大大優(yōu)化。

3 大數(shù)據(jù)下智能公交系統(tǒng)方案

智能公交系統(tǒng)主要由3部分組成：智能公交車載終端系統(tǒng)、智能公交管理平臺(tái)、智能公交服務(wù)平臺(tái)。

3.1 智能公交車載終端系統(tǒng)

智能公交車載終端系統(tǒng)主要包括信息采集、數(shù)據(jù)挖掘。在智能公交管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，信息采集作為大數(shù)據(jù)在智能公交系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分，必須要保證數(shù)據(jù)的全面性、可靠性、準(zhǔn)確性，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控、事先預(yù)測(cè)、及時(shí)預(yù)報(bào)功能。數(shù)據(jù)采集常用的工具有視頻監(jiān)控系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)（Global Position System，GPS）公交車載定位裝置、車內(nèi)傳感器、長(zhǎng)期演進(jìn)（Long Term Evolution，LTE）無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)等。運(yùn)用數(shù)據(jù)采集工具對(duì)重要領(lǐng)域進(jìn)行視頻監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)控和獲取公交車輛位置、當(dāng)前路況以及車輛滿載情況等路段動(dòng)態(tài)信息。將這些動(dòng)態(tài)信息和公交站臺(tái)位置、線路、車輛排班等不需要經(jīng)常變動(dòng)、實(shí)時(shí)更新的斷面信息，借助無(wú)線通信方式實(shí)時(shí)反饋到公交后臺(tái)數(shù)據(jù)管理中心，作為車輛調(diào)度的重要依據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘是大數(shù)據(jù)的核心部分是指從大量的數(shù)據(jù)中，通過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，挖掘出未知的、且有價(jià)值的信息的過(guò)程。智能公交管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的關(guān)鍵有繁忙公交通道的流量預(yù)測(cè)、擁堵分析、線路客流分布模式、站場(chǎng)客流分布、道路交通安全分析。在視頻監(jiān)控的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和乘客乘坐公交出行的特點(diǎn)基礎(chǔ)上進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)各線路客流的時(shí)空分布特征，對(duì)斷面客流的時(shí)空分布情況分析，結(jié)合車輛終端采集的車輛運(yùn)行狀態(tài)、滿載率等信息，建立車輛信息綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)。

3.2 智能公交管理平臺(tái)

智能公交管理平臺(tái)主要包括信息分析、公交線路規(guī)劃、智能決策、調(diào)度公交。依托智能公交車載終端系統(tǒng)，在信息采集、數(shù)據(jù)挖掘的基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)可以通過(guò)接收或傳輸進(jìn)行分析和發(fā)布。通過(guò)長(zhǎng)期的對(duì)數(shù)據(jù)積累和分析，可以實(shí)現(xiàn)智能的決策與調(diào)度，科學(xué)地規(guī)劃公交線路，調(diào)配公交，提高車輛利用率和運(yùn)營(yíng)效率。

對(duì)公交運(yùn)輸力量、客流、乘客意見(jiàn)、用戶對(duì)電子站牌和手機(jī)APP的使用情況及用戶活躍度等進(jìn)行分析?？梢苑謩e對(duì)城市各公交線路的運(yùn)行情況、擁堵情況、城市公交線路故障率和頻繁故障路段、車輛的安全情況等進(jìn)行查看和監(jiān)測(cè)。根據(jù)運(yùn)行公交IC卡系統(tǒng)和車內(nèi)傳感器對(duì)乘坐公交的乘客的數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析乘客對(duì)公交需求最大的時(shí)間段，車站擁有最大的客流，對(duì)用戶的反饋進(jìn)行總結(jié)和分析，并采取相應(yīng)措施。同時(shí)，將公共交通出行的歷史數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)?；谶^(guò)去的數(shù)據(jù)收集和分析的結(jié)果，結(jié)合乘客出行習(xí)慣、天氣預(yù)報(bào)、有關(guān)出行政策（如高速公路免費(fèi)）等等，對(duì)出行需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，提前對(duì)安排運(yùn)輸能力，合理設(shè)置班次，靈活地調(diào)度公交。將客流和運(yùn)力聯(lián)合起來(lái)，既保證了社會(huì)效益又兼顧了經(jīng)濟(jì)效益，既提高了運(yùn)營(yíng)效率，又避免了公交資源的浪費(fèi)。適時(shí)建立線路與車站客流時(shí)空分布數(shù)據(jù)庫(kù)及車輛與道路交通分析數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)客流的時(shí)空分布和車輛和道路交通分析，可以在高峰時(shí)期實(shí)現(xiàn)不同路線的車輛聯(lián)合運(yùn)輸，有效配置運(yùn)力資源，引導(dǎo)公交車輛行駛路徑和線路。

3.3 智能公交服務(wù)平臺(tái)

智能公交服務(wù)平臺(tái)主要用于發(fā)布信息，包括公交電子站牌、手機(jī)軟件。在這個(gè)智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，少不了終端的信息顯示。智能公交管理平臺(tái)掌握了道路上的交通負(fù)荷、車速、停車等信息，并能根據(jù)車輛位置、車速等因素預(yù)測(cè)車輛的到達(dá)時(shí)間和距離，并通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)將這些預(yù)測(cè)信息通過(guò)無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)顯示到各個(gè)電子站牌和手機(jī)軟件上。電子站牌和手機(jī)軟件主要提供公交車站查詢、公交到站信息查詢、路線信息查詢、用戶意見(jiàn)反饋、信息推送等功能。乘客可以方便地查詢實(shí)時(shí)公交信息，優(yōu)化出行路線，提高出行效率。公交線路查詢，用戶在電子站牌和手機(jī)軟件界面輸入線路號(hào)，就會(huì)顯示相應(yīng)的公交線路信息，包括公交線路站點(diǎn)、票價(jià)、運(yùn)行時(shí)間等，還可以通過(guò)地圖查看每個(gè)站點(diǎn)的位置。公交車站查詢，用戶在電子站牌和手機(jī)軟件界面輸入車站名稱后，將顯示所有通過(guò)此車站的公交線路信息，以及各線路的公交抵達(dá)車站的大致時(shí)間。接收管理平臺(tái)推送的信息，在收到管理平臺(tái)的信息后，電子站牌和手機(jī)軟件將在系統(tǒng)通知欄中顯示通知。單擊通知查看信息的詳細(xì)信息，例如，在前方某地發(fā)生交通事故時(shí)，公交線路將繞道。使用這些功能，用戶可以及時(shí)從智能公交管理平臺(tái)獲取想要信息和重要通知，提高服務(wù)質(zhì)量同時(shí)滿足了乘客的需求。此外，通過(guò)建立微博、官方賬號(hào)等形式，擴(kuò)大和便利公眾的感知和參與互動(dòng)。結(jié)合現(xiàn)在的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)公交公司應(yīng)采用多種選擇的支付方式，例如現(xiàn)在流行的手機(jī)支付等，適應(yīng)不同年齡段的人們的需求，以及良好的信用保障體制。與其他智能出行方式相互合作，比如說(shuō)共享單車，在公交站牌附近設(shè)置共享單車停放點(diǎn)，完成出行的“最后一公里”，增加居民出行的滿意度。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)大數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和數(shù)據(jù)處理的要求，提出了適合大數(shù)據(jù)和云計(jì)算的智能公交管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。利用大數(shù)據(jù)、人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，對(duì)公交車輛的海量實(shí)時(shí)信息和用戶海量應(yīng)用信息進(jìn)行高速采集、準(zhǔn)確處理和實(shí)時(shí)分析。對(duì)公交進(jìn)行實(shí)時(shí)管理、規(guī)劃和調(diào)度，改善了傳統(tǒng)技術(shù)方式難以實(shí)施的信息之間的關(guān)聯(lián)問(wèn)題，為建立智能公交系統(tǒng)提供有力支撐。智能動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)度公交，運(yùn)營(yíng)、管理公交，為乘客提供一個(gè)完整的、能夠滿足居民個(gè)性化、綠色出行的管理系統(tǒng)，并結(jié)合共享經(jīng)濟(jì)下共享單車的發(fā)展大大提高居民出行的滿意度。

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