BRT智能调度系统的设计与实现

陈梦云，曹昌圣

（1.武汉邮电科学研究院 湖北 武汉 430074；2.武汉长江通信智联技术有限公司 湖北 武汉 430074）

BRT智能调度系统的设计与实现

陈梦云1，曹昌圣2

（1.武汉邮电科学研究院 湖北 武汉 430074；2.武汉长江通信智联技术有限公司 湖北 武汉 430074）

为了提高公交行业管理水平和服务质量，文中提出了一套BRT智能调度系统。该系统利用北斗/GPS双模定位采集车辆地理位置数据信息，利用DSRC技术辅助车辆定位，利用4G无线网络传输车载终端的音视频信息，利用公交信号优先算法实现对公交车辆进行优先控制。公交部门可以通过该系统实现对公交车辆的有效调配，保证线路公交车辆准点、匀衡、有序运行；同时也可以监督管理各种违规、违章和违纪行为来保证车辆安全运行，及时有效处理安全事故，为广大市民提供便捷安全的出行服务。

快速公交；智能调度；DSRC技术；公交信号优先；实时监控

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

随着城市人口的增多，交通工具的需求越来越大，而现有公交普遍存在着拥挤、低效等问题，再加上公交行业管理方式落后，运营服务质量差，城市拥挤问题越来越严重。针对公交行业管理落后和服务质量差这两个问题，本文提出一套BRT智能调度系统，提高公交行业管理和公交运营服务质量，为乘客提供便捷、安全服务的基本保障。

文中从数据管理、智能调度、车辆监控、紧急预案、客流量统计和线路规划这几个方面对BRT智能调度系统进行设计，对车辆行驶过程进行全面监控，并根据客流量和道路通行状况对车辆进行实时有效的智能调度[1]。

1 系统概述

BRT智能调度系统通过安装在公交车辆的车载终端实时采集车辆定位数据、投币机数据、音视频信息等数据，通过4G无线通信网络传到监控调度平台，政府、公交公司、车队可通过平台查询相关数据，公交公司、车队可对公交车辆进行实时调度，同时管理人员通过手机APP端登录到平台，对公交车辆进 行相应的一系列操作。

图1 系统整体框架图

1.1 系统逻辑架构

图2 系统逻辑架构框图

BRT智能调度系统的逻辑架构可分为3层：展示层、服务层及数据层，如图2所示。在Web层，使用成熟的Spring MVC框架，保证Web端的层间松耦合，使用TK-Filterd对传输的脚本、页面进行高效的压缩，可大幅提高页面的加载速度。服务层基于Hive+MapReduce的大数据分析处理技术、Netty框架、Kafka消息队列、Flume日志收集、ArcSDE等技术，实现数据的多样化处理和大数据应用。各基础服务由Dubbo分布式服务框架统一管理，为业务应用的实现提供服务支持。应用引擎部分采用HBase API、Coherence API、JPA、ArcSDE 分别与分布式数据库、内存数据库、Oracle数据库进行交互，实现数据的快速交互；应用组件采用CXF、WebSocket、Activiti5等技术，为应用提供完备的数据源的访问。展示层采用了JQuery技术，打造UI界面；使用HightCharts图表工具，添加具有交互性的图表[2]，通过 ArcGIS JavaScript API将各种地图资源嵌入到Web应用中。数据层采用Oracle数据库进行数据的存储。

1.2 车载调度终端

车载调度终端主要由北斗/GSP双模定位模块、4G无线通信模块、音视频模块和CAN总线模块等组成，如图3所示。

图3 车载调度终端

北斗/GSP双模定位模块用于获取车辆位置数据信息，实现车辆实时定位，CAN总线模块实现车辆位置、方位角和速度等运行状态、视频图像数据、车辆动力CAN总线数据、视频客流数据、开关量数据等多种数据的采集[3]。报警模块主要用于公交车辆发生异常状况或司机危险驾驶时，发出语音告警，并将告警信息推送到监控中心，监控中心可根据告警信息采取相关安全措施。公交优先控制模块主要用于公交车辆在交叉路口提出优先通行申请，让公交车辆优先通过交叉路口。音视频模块用于传递车内音频和视频信息，实现车辆监控。人机交互终端主要通过图形化界面等方式为司机直观显示各种状态信息，使司机能对终端进行更加方便快捷操作。4G无线通信网络实现同公交管理指挥中心的数据交互，实现智能化运营调度。

2 关键技术实现

2.1 DSRC技术

车辆在高架下方运行，卫星信号会被遮挡，现用定位方式是将差转台的接收天线安装于高架桥上层，来确保接收到卫星信号，再通过电路转发到桥下，在桥下的一片区域形成卫星信号的转播。能实现卫星定位，但是定位点的最小间距有限制，定位的精度很差，尤其是在桥面较窄的地方，差转的信号与桥外低角度的真实卫星信号产生干扰，导致定位失效，定位成功率低下。

DSRC是一种高效的短距离无线通信技术，在小范围区域内可以对高速运动下的移动目标进行识别和建立双向通信，实现信息传递，将车辆和道路有机连接。DSRC通信过程可分为3部分：首先车载单元和路侧单元建立通信连接，其次车载单元和路侧单元利用专用通信链路交换信息，最后完成信息交换后释放连接[4-5]。

DSRC技术辅助车辆定位的原理是通过无线电测量距离估算出路侧设备到车的距离，利用距离和已知路侧设备的位置数据计算出车辆位置[6]。当车辆进入信号有效区域后，车载RFID设备和安装在路侧的路侧标签建立通信，获取有效经纬度并传送给车载定位设备，完成辅助定位功能。

2.2 公交信号优先技术

公交优先是一种效率优先的交通理念，是指在不扰乱交通次序的情况下，在交叉路口为公交车辆提供优先通行信号，减少公交车辆的路口等待时间，降低线路行程时间，提高公交运行效率[7]。

公交信号优先控制是让主要由车辆信息检测、优先申请接入、信号状态调整3部分组成。

车辆信息检测：通过射频识别技术检测车辆信息，获取公交的车牌标识，车辆类型、车辆的优先等级等尽可能全面的信息。

优先申请接入：对获取的车辆信息正确性进行检验，并根据设置的标准判断该优先请求信息是否符合提交条件，如果不满足条件则不改变信号状态；如果满足条件，优先申请接入部分首先根据交通信号控制系统提供的车辆信息，对路网的交通状况、等待排队长度，实施优先期间到达的车辆数进行估计。其次检测当前交叉路口信号状态信息，获取当前信号控制交叉口的信号灯配置基本信息。然后根据公交车辆信息以及交叉路口的信号灯的状态信息，选择最合适的优先信号控制策略。最后根据获取的路网交通状况信息、信号状态信息、公交车辆信息在选择的优先信号控制策略基础之上，利用合适的目标函数进行优化求解，确定各个性能指标的权重。根据性能指标的计算结果，结合设置的参数，决定是否给与提供优先服务以及何时给予优先服务、如何服务以及何时撤销服务[8]。

信号状态调整：执行信息告知信号控制器，对信号控制系统进行冲突检测，保障最短绿灯时间约束、确定最大绿灯时间约束，同时并调用信号过渡方案，利用黄闪，红闪等灯色来告知信号状态改变。

3 系统主要功能

3.1 数据管理

数据管理主要是对公交车辆信息、人员信息、站点信息和设备终端信息等基础的静态数据进行有效的收集、存储和处理等操作，该系统实现对指定类型信息的查询、添加、修改、删除以及打印报表等功能。通过对这些静态的基础信息的有效管理，实现了公交行业基础设施一体化智能管理与维护。

3.2 行车排班计划

系统根据公交车辆的基础数据及前一天的行车计划等数据，自动的生成新的车辆行车计划。系统以先进先出、顺序优先为原则，并根据实时路况和车辆运营情况对制定好的发车计划自行进行整。管理人员对行车计划进行审核，并根据实际情况对行车计划进行调整，包括车辆变更，调整发车时间间隔等[9]。通过审核的行车计划将会自动下达，并根据计划时间自动派车，实现均匀合理的行车间隔，公交车辆跨线路营运，最大化的利用线路间的资源。

系统根据车辆运行计划及人员基础信息自动的生成排班计划，按照轮班规则和轮休规则自动生成与车辆运行计划相匹配的排班计划表。管理人员可根据实际情况可对排班计划表进行人工调整计划。排班计划通过审核后，计划将会自动下达，根据计划时间自动用短信通知司乘人员及时发车。

3.3 智能调度

日常调度：日常调度主要采用加车、减车、短线和快车等调度手段，对公交车辆进行调度。在采用这些调度手段时，发车时间及站点选择是视具体交通状况决定的，与即时发生的如交通堵塞、交通事故、暴雨及客流突变原因和地点有关。

自动调度：自动调度主要是通过对车辆进行实时监控，动态的获取车辆运行信息和客流量等数据，然后根据车辆运行信息、客流量、线路营运计划和调度规则等数据，自动提供动态的车辆发车时间表，编排司机排班计划表，保证公交运营车辆按计划排班运营[10]。

异常调度：由于路况、客流和天气等多种因素的干扰，会出现很多突发状况，在发生调度异常情况时，系统自动执行相应的应急预案，自动发出最新的调度指令，在执行过程中可手动修改相应流程。

在BRT系统中，主要是通过发送短报文、语音调度指令或免提通话来完成对车辆的调度。调度员与司机可进行双向通话，按单车发送方式或者群发方式对车辆发送加速或减速等语音短信来调度车辆。支持语音GSM通话和IP对讲通话，车载一体机可以通过拨号实时向调度中心通话，调度中心也可以拨打车载一体机进行通话。通话业务，受后台控制，定制的电话本功能，一键拨号，可与限定围内的人限时通话。

3.4 车辆监控

在该系统中，主要是利用视频监控、模拟监控和GIS电子地图监控3种方式，对营运车辆的运行情况进行全面、实时、直观的监控。3种监控方式如下：

1）视频监控：通过调取车载视频，对车辆、乘客、驾驶员状况进行实时监控。通过视频监控，展示公交营运车辆内部和外部状况的图像、声音以及发生时间，包括驾驶员动作、上下门、车厢内乘客情况等，同时可提供3G/4G/WIFI通信无线上传，可实现视频点播和查询回放等功能[11]。

2）模拟监控：公交线路以直线或折线的形式表示，形成线路运行模拟图；线路上的各个站点根据其各自相对的距离与位置，系统进行换算自动在线路模拟图上标注[12]。模拟监控以线路模拟图为基础，根据运行于BRT专用车道内车辆GPS数据和报站数据，可在图上实时显示进入BRT专用车道内所有车辆在线路上的运行位置，便于调度人员在日常营运调度的过程中，从总体上清楚直观地掌握线路上车辆运行情况。

3）GIS电子地图监控：系统提供电子地图显示，地图上显示BRT线路以及各站点等相关图层的同时，在地图上实时显示所有进入BRT专用车道内车辆的位置、车辆行驶方向等信息[13]。系统支持多个监控窗口跟踪不同的目标或区域，并显示车辆运行的相关信息。

3.5 客流量分析

客流量数据的收集与分析在公共交通建设、运营与管理等方面，发挥着显著的作用。通过对投币机、公交IC卡和客流统计器3方面的数据进行统计分析，获取公交运营决策的公交客流量信，并这些信息深入挖掘，获得居民公交出行特征，为公交管理者提供可靠的公交运营决策依据，为公交线路规划者提供可靠的线路规划依据[14]。

3.6 线路规划

线路规划是力求公交出行服务的效率达到最大化，利用最小的资源获取最大的产出[15]。系统提供线路评估和线路规划功能，公交企业通过系统收集的客流量数据、线路站点重复率数据等，评估线路通行能力，并根据该相关数据提出优化调整方案，如调整线路服务时间、改变线路走向、增减站点、调整线路车辆配置等，最大化提升公交运力。行业管理部门可以根据系统提供客流量数据和线路通行能力，规划新线路。

4 结 论

本方案是结合业务需求特点，按照实用性、先进性、可靠性、安全性、可扩展等五项原则进行设计考虑，以满足系统可平滑扩展、系统可对接以及软件实用等关键需求。该系统可为公交公司提供智能化营运管理，实现公交资源最优配置，提高公交企业服务水平，为线路调整与规划方面提供更可靠、更科学的数据依据。

[1]李建东，彭春霞.智能公交调度在公交企业运营管理的应用[J].物流工程与管理，2012（6）:102-104.

[2]屈展，李婵.JSON在Ajax数据交换中的应用研究[J].西安石油大学学报：自然科学版，2011，26（12601）:95-98.

[3]韩冬.基于CAN总线的信号采集与传输的研究[D].哈尔滨：东北农业大学，2010.

[4]刘江，蔡伯根，王云鹏.基于GNSS/DSRC融合的协同车辆定位方法[J].交通运输工程学报，2014，14（4）:116-126.

[5]范庆彬，孙健淞，牟红光.DSRC技术及其通信机制的研究[J].电信科学，2010（6）:99-101.

[6]周卢，张晓霞.专用短程通信（DSRC）协议通信原理的研究[J].数字技术与应用，2013（2）:37-38.

[7]杜鹏程.交叉口公交信号优先控制策略以及优化模型研究[D].长春：吉林大学，2013.

[8]刘春荣.基于RFID的快速公交路口优化设计与信号优先控制方法研究[D].长春：吉林大学，2012.

[9]肖华.智能化公交运营调度管理系统的研究[D].杭州：浙江工业大学，2014.

[10]黄贞勇.智能公交调度系统软件的设计与实现[D].杭州：浙江工业大学，2012.

[11]鲍骏.基于北斗定位的车辆监控系统的研究[D].南京：南京大学，2014.

[12]王玲.基于GIS的智能公交管理系统的应用研究[D].重庆：重庆交通大学，2012.

[13]林朝飞.GPS与GIS在车载导航监控系统中的研究与应用[D].成都：电子科技大学，2015.

[14]刘文芳.基于成都市公交IC卡数据的公交客流量分析[D].成都：西南交通大学，2015.

[15]刘毅.城市制定公交线路规划及发展评价研究[D].西安：西安建筑科技大学，2015.

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稿件编号201608124

陈梦云（1990—），女，湖北荆门人，硕士研究生。研究方向：Web研发。