基于大數(shù)據(jù)的智能化公交實(shí)時調(diào)度和管理技術(shù)研究

朱濤　柳旭濱　孫宏飛　孔利媛

摘要：針對公交行業(yè)存在的運(yùn)營管理水平較低、車輛投放不均勻、服務(wù)質(zhì)量監(jiān)管不到位等問題，研發(fā)采用云計(jì)算和大數(shù)據(jù)的虛擬化、分布式存儲和計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用模式，與智能化公交調(diào)度業(yè)務(wù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)公交運(yùn)營和調(diào)度的精細(xì)化管理。通過在全國大中型城市的應(yīng)用，為其公共交通管理、緩解交通擁堵，重大活動的安全保障提供有力技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算大數(shù)據(jù)公共交通智能化調(diào)度和管理

引言

為緩解城市日趨嚴(yán)重的交通擁堵和由此帶來的環(huán)境污染，國家大力發(fā)展公交都市，推進(jìn)和落實(shí)公交優(yōu)先和科技建設(shè)，盡管我國城市公交調(diào)度管理取得一定進(jìn)展，但公交行業(yè)仍存在運(yùn)營管理水平較低、車輛投放不均勻、服務(wù)質(zhì)量監(jiān)管不到位等問題，這已成為影響公共交通發(fā)展的突出矛盾，主要是信息采集不全和信息數(shù)據(jù)分析水平不到位，導(dǎo)致運(yùn)營管理和公交調(diào)度尚未達(dá)到精細(xì)精準(zhǔn)水平。因此需要提升我們的管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時準(zhǔn)確高效穩(wěn)定的綜合交通運(yùn)輸管理，挖掘城市公共交通資源最大潛能。

1研究背景

當(dāng)前，公交調(diào)度和管理系統(tǒng)逐漸呈現(xiàn)多種問題，主要體現(xiàn)在：數(shù)據(jù)源體量巨大;產(chǎn)生數(shù)據(jù)種類多樣且類型復(fù)雜;數(shù)據(jù)信息傳遞與運(yùn)算程度較低。而云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)為智能化公交調(diào)度系統(tǒng)的升級提供了技術(shù)環(huán)境，它具備海量多類型數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理能力、眾多用戶的實(shí)時信息服務(wù)、動態(tài)的負(fù)載平衡能力成為解決困擾公交智能化調(diào)度問題的主要途徑，將實(shí)現(xiàn)公交實(shí)時調(diào)度管理系統(tǒng)作為研究的主要內(nèi)容。

本研究有利于落實(shí)精細(xì)化公交調(diào)度管理，使公交運(yùn)營企業(yè)合理投放運(yùn)力資源有利于公眾獲得及時準(zhǔn)確的公交運(yùn)行動態(tài)的信息需求有利于政府監(jiān)管部門在惡劣天氣條件下、發(fā)生重特大道路交通事故、重大堵情、重大活動等情況下，實(shí)施點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對面、點(diǎn)對線扁平精確指揮。

2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，美國、日本是智能公交的主要研發(fā)與應(yīng)用國家。

美國在2010年新發(fā)布《美國ITS戰(zhàn)略計(jì)劃2010-2014》，主要內(nèi)容涵蓋7大領(lǐng)域，其中包括公共交通運(yùn)營系統(tǒng)，如公交終端的信息顯示，公共交通和事故管理等系統(tǒng)結(jié)合起來進(jìn)行部署、管理與控制。

日本早在1973年就開始了對智能交通系統(tǒng)的研究，主要在交通信息提供、電子收費(fèi)、公共交通以及緊急車輛優(yōu)先等方面。系統(tǒng)包括先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)、安全輔助系統(tǒng)、交通管理最優(yōu)化系統(tǒng)、道路交通管理高效化系統(tǒng)、公交支援系統(tǒng)。

目前我國城市智能公交領(lǐng)域，北京、廣州走在我國前列。北京市智能公交系統(tǒng)建設(shè)已取得初步成果，建成了動物園公交樞紐運(yùn)營管理和乘客信息服務(wù)系統(tǒng)，公交區(qū)域運(yùn)營組織與調(diào)度系統(tǒng)，公交搶修救援調(diào)度系統(tǒng)，BRT智能管理系統(tǒng)。

3主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新

本研究采用業(yè)界主流的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)理念，廣泛采用虛擬化、分布式存儲、分布式計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)與應(yīng)用模式，并與智能化公交調(diào)度業(yè)務(wù)相結(jié)合，確保公交大數(shù)據(jù)管理技術(shù)與應(yīng)用的有效與適用。研究多源異構(gòu)客運(yùn)數(shù)據(jù)整合技術(shù)、客運(yùn)大數(shù)據(jù)分布式存儲技術(shù)、客運(yùn)大數(shù)據(jù)動態(tài)更新技術(shù)、客運(yùn)大數(shù)據(jù)快速檢索與可視化技術(shù)，解決了海量公交數(shù)據(jù)云存儲和數(shù)據(jù)融合方法、基于大數(shù)據(jù)快速檢索與可視化技術(shù)的公交運(yùn)營監(jiān)測方法、基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的多維度交通綜合評估模型等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息統(tǒng)籌管理、可視化實(shí)時監(jiān)測、多層次多維度決策支持，為公交企業(yè)提供客觀的、科學(xué)的管理決策依據(jù)。

3.1技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

采用先進(jìn)的SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）和中間件技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)路線，由基礎(chǔ)設(shè)施層、信息資源層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用層、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和安全保障體系六部分組成。通過對各部門復(fù)雜多樣業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成、整合、分析，為集團(tuán)各級管理者提供多層次、多維度量化數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息服務(wù)、運(yùn)營檢測、決策支持、移動展現(xiàn)、大屏展現(xiàn)等功能。

3.2數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

建設(shè)企業(yè)級大數(shù)據(jù)中心，采用數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、清洗、轉(zhuǎn)換、對比和加載管理，形成一整套標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)規(guī)范，并通過可視化技術(shù)實(shí)時監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)處理狀態(tài)。通過對各業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)的采集、交換、分析，實(shí)現(xiàn)對集團(tuán)運(yùn)營、安全、財(cái)務(wù)等情況的實(shí)時監(jiān)測。通過對各類歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，對融合后的主題域進(jìn)行挖掘分析，為管理者提供決策支持?jǐn)?shù)據(jù)。

3.3海量公交數(shù)據(jù)云存儲和數(shù)據(jù)融合方法

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)融合：基于數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)和中間件技術(shù)，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對各部門涉及到的數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)中心前置庫至融合庫整個過程多個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)抽取、清洗、轉(zhuǎn)換、比對和加載的管理;將已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的信息資源，以管理對象（組織機(jī)構(gòu)、人、車、線、站）為核心進(jìn)行融合;并將各部門（系統(tǒng)）共享數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

建設(shè)統(tǒng)一的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)服務(wù)：通過Web Service為調(diào)度、安全、服務(wù)等系統(tǒng)提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)信息，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)信息的交互共享。ODS（操作數(shù)據(jù)存儲）系統(tǒng)從匯集庫實(shí)時獲取增量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、校驗(yàn)、接人，校驗(yàn)的數(shù)據(jù)類型包括一般數(shù)據(jù)和預(yù)處理數(shù)據(jù)倆類，采用不同的策略進(jìn)行接入處理，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源的目的。

ETL（數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)）二次開發(fā)：系統(tǒng)以商用的ETL產(chǎn)品為基礎(chǔ)，并創(chuàng)新性地利用ETL產(chǎn)品的二次開發(fā)接口，實(shí)現(xiàn)了中心前置庫至融合庫整個過程多個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)抽取、清洗、轉(zhuǎn)換、比對和加載的管理。

3.4基于大數(shù)據(jù)快速檢索與可視化技術(shù)的公交運(yùn)營監(jiān)測方法

在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，對單級索引空間或者空間范圍進(jìn)行多級劃分，充分利用分布式服務(wù)器并行計(jì)算優(yōu)勢，通過對海量公交大數(shù)據(jù)進(jìn)行快速檢索和可視化顯示，實(shí)現(xiàn)了對公交企業(yè)運(yùn)營、加油加氣等情況的實(shí)時監(jiān)測，為管理者提供了準(zhǔn)確、及時、可靠的數(shù)據(jù)支持，使管理者能夠及時了解企業(yè)運(yùn)營、能耗的實(shí)時情況，推進(jìn)了企業(yè)信息化建設(shè)的進(jìn)程。

3.5基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的多維度交通綜合評估模型

為實(shí)現(xiàn)公交輔助決策支持，建立了集統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)、預(yù)測于一體的交通大數(shù)據(jù)分析和評估平臺，構(gòu)造多維度交通綜合評估模型，對各部門復(fù)雜多樣的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行了集成、整合、挖掘分析，形成了運(yùn)營分析主題、客流分析主題等分析主題，有效地輔助領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行科學(xué)決策。通過融合調(diào)度系統(tǒng)、技術(shù)系統(tǒng)、IC卡系統(tǒng)的車次、車型、客流數(shù)據(jù)，挖掘出計(jì)劃安排的運(yùn)力與實(shí)際客流的關(guān)系圖，為車輛調(diào)度計(jì)劃安排提供了準(zhǔn)確直觀的數(shù)據(jù)支持。

本研究實(shí)現(xiàn)了車輛實(shí)時位置、車身實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù)，及時掌握大多數(shù)突發(fā)情況的發(fā)生并根據(jù)預(yù)案和人工智能算法，及時、就近對事件進(jìn)行響應(yīng)。

創(chuàng)新提出公共交通領(lǐng)域的大數(shù)據(jù)管理模式 數(shù)據(jù)倉庫與大數(shù)據(jù)架構(gòu)融合技術(shù)，在北京市公交調(diào)度和管理系統(tǒng)中應(yīng)用，取得了良好的效果。

4主要應(yīng)用成效

（1）全面提升公交企業(yè)運(yùn)營調(diào)度指揮水平，提高人、車等資源的利用效率，通過資源的高效利用，在保障運(yùn)營情況下，智能調(diào)度系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)合理減少運(yùn)力，提高客運(yùn)量的效果。

（2）研究的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)技術(shù)對提高綜合服務(wù)能力，特別是定制化班車效益明顯提升定制目送客量增加'定制日發(fā)車班次明顯增長。

5結(jié)論

通過本研究實(shí)現(xiàn)了公交運(yùn)營相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析自動化，確保信息的及時性和正確性，實(shí)現(xiàn)企業(yè)精細(xì)化管理，提升企業(yè)經(jīng)營管理水平，用更少的投入換取了更高質(zhì)量的公交服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1]姚良群，智能交通技術(shù)應(yīng)用的改進(jìn)與提高[J]，交通與運(yùn)輸（學(xué)術(shù)版），2014.

[2]江志超;程廣濤;趙艷，淺談智能交通系統(tǒng)建設(shè)[N]，北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2010-12-28.

[3]蘇子毅;顧懷中，基于云計(jì)算技術(shù)的智能公交管理與應(yīng)用[J].中國公共安全，2013.