新型城市公共交通智能调度系统设计

刘冬

河南省交通通信中心 河南 郑州 450000

引言

城市公共交通作为城市交通的主要组成部分，随着全国各省市相继执行限制机动车尾号政策，据不完全统计，笔者工作所在的郑州市已在多年中的部分时间执行每天单双号限行政策，同时河南省总工会为职工办理工会会员卡，对于乘坐公共交通提供补贴等，由此可见各种政策的推行都在号召广大城市居民乘坐公共交通。充分发挥各种交通方式的优势并合理规划好资源配置，提高居民对公共交通服务的满意程度，这就需要一套智能化的城市公共交通调度系统。

1 发展现状

在20世纪90年代我国已经开始着手对于公路交通进行研究，对于城市公共交通的调度也提出了多种解决办法，结合计算机技术、通信技术、传感器技术和自动化控制技术等，先后提出基于GIS、GPS的城市公共交通监控与实时控制系统[1]，分析城市公交网络特征和运营方式特点，构建公交运营监测和实时控制调度系统；基于换乘系统经济效益最优的公共交通调度问题研究[2]，从经济效益最大化的角度建立常规公交与城市轨道交通换乘系统总经济效益模型，并在此模型上得到车辆调度最优化的建议。

进入21世纪后，城市共同交通已经由单一的公交车为主变为地铁、出租车、网约车、共享车、公交车多种交通方式并存的新型城市公共交通。在缺少其他交通方式数据的支持的情况下，公交车调度系统虽然可用，但通过调度模型得到的方案就不再是最佳方案，这就需要结合所有交通方式进行大数据，利用算法进行计算，实时规划好城市中所有交通方式的最优调度方案。

2 需求分析

进入信息时代后，数据伴随着我们的生活，同时也无时无刻不在产生着，从海量的数据中获取到有价值的数据不断改善生活质量，全国各省市分别成立大数据管理局，建立新型城市公共交通智能调度系统需要各类交通方式的数据，通过大数据管理局协调不同交通方式的基础性、全局性数据。由于影响出行的因素有很多，天气、工作日、节假日、重大活动、交通意外、道路维护等等都会对交通出行产生较大影响，新型城市公共交通调度系统需要综合考虑各类可能的因素，并根据实时变化的各类条件产生实时最优调度方案。

3 智能调度系统设计

3.1 系统结构

智能调度系统架构分为三层，最底层的是数据层，如图1所示，由于各类交通方式的数据格式、种类、协议等等存在多样性，例如公交车数据包含运行线路、核载人数、站点位置、行驶速度，车辆数量、平均等待时间等等，而共享车辆数据包含车辆闲置率、行驶轨迹、位置信息等等，这些数据相对容易产生变化，为了确保数据的相对准确性，数据取样频率需要根据变化规律进行提高；而对于城铁、地铁等时间、模式较为固定的公共交通方式，数据取样的侧重点也需要进行相对偏移，重点对不同时段的客流量和各站点的客流量等数据进行精细化取样。

由于各类公共能交通所产生的数据存在很大差异性，通过建立数据适配器对数据进行归一化处理，同时为适应数据分析和计算算法，对非结构化数据进行结构化处理，增加相应的属性字段，为提高计算效率和准确率对处理后的冗余数据进行清洗和去噪，存储在数据仓库中。

图1 交通数据处理

第二层是数据处理层，在数据的基础上，以算法为驱动，通过搭建的交通系统Hadoop等计算技术的云平台提取数据仓库中的分布式数据为算法提供节点数据，采用机器学习、模式匹配、神经网络等智能算法对公共交通进行实时数据监测和交通车辆、设施及道路情况进行预测，以达到合理分配和提前预警的功能；第三层是轻应用层，通过对数据的分析计算，为用户提供各类轻应用的数据支持和服务接口，为城市交通管理指挥部门提供智能调度系统，为广大城市居民提供公共交通信息服务系统，同时为国家应急部门提供应急管理系统，系统结构图如图2所示。

图2 系统结构

3.2 智能调度

智能调度应用于城市交通调度指挥大厅，通过大屏监控实时交通状态，又智能调度系统根据实时变化对各类交通设施进行智能化、统一化调度，合理分配各类资源，结合城市区域出行特点，针对大学城、医院等人员出行较多区域自动增加公交车、出租车及共享车的数量。针对大型活动，如演唱会、运动会开幕式等，由调度值班人员录入相关信息，由调度系统自动规划活动区域交通出行方式，避免出现大规模拥堵现象。

影响出行方式的重要因素是工作时间和天气，从历史数据中挖掘城市居民工作时间及乘坐公共交通出行时间点，结合天气条件中的温度、雨雪情况、风力、PM2.5值等等因素，形成模式匹配的条件属性，为符合算法计算规则，将数据进行统一处理，样本数据如表1所示。

表1 公共交通部分出行数据

对所有数据建立条件属性和决策属性，采用SVM、粗糙集等高效数据挖掘算法生成组成分析模型的众多规则，根据智能调度系统利用大数据建立的模型进行对当前数据进行模式匹配，以预测未来一段时间内各类公共交通的运行情况，为提高城市居民的出行体验，通过减少居民选择性少的交通方式，提高其他交通方式的覆盖半径和频次等措施，保障能够满足居民的出行需求，同时做到资源利用的最大化。

在对于城市公共交通方式的调度基础上，智能调度系统同时能够实现实时监控道路情况的功能，结合百度地图、高德地图的数据，当出现道路拥堵等现象时，系统可实现对于潮汐车道和重要路口红绿灯时间的控制，通过控制车道和红绿灯时间来控制车流量，保障道路出行通畅。

3.3 信息服务

城市公共交通的使用者是城市居民，将智能调度信息让居民实时了解掌握是促进调度工作的另外一个手段。如图3所示，信息服务系统通过在互联网主流社交平台上建立服务平台，实时发布交通出行变动信息及智能推荐服务，让城市居民在智能终端可随时查询到交通信息，并根据自身需求选择交通方式，为居民提供一个被动服务功能。在城市中有众多的交通载体，信息服务系统通过站点显示屏主动投放交通信息和路况情况，同时利用公交电视和地铁传媒等传播手段提供查询和查看功能，大屏带动小屏的方式为居民提供便捷的交通信息服务；联合本地交通广播，及时播报重点位置路况信息以提醒司机朋友选择正确的道路，综合各类共享车辆服务信息，为居民智能推荐就近车辆。

图3 信息服务系统

为居民提供自定义服务，输入上下班时间、工作单位及家庭住址位置等信息，信息服务系统的智能推荐终端根据输入信息智能推荐出行方式及时间，同时根据不同天气情况等因素提醒注意事项，在大数据的支持下保证上班不迟到，下班不堵车，缩短在路上的时间，从交通层面不断提高城市居民的幸福感。

3.4 应急管理

现在的城市的人口在不断增多，城市规模在不断扩大，城市道路资源变得尤为紧俏，特别是在发生突发事故的情况下。在和平年代，最宝贵的是人的生命，互联网上、电视上等各大媒体上报道的由于道路拥堵消防车、救护车无法及时达到事故现场导致悲剧的发生，这无一令人痛心疾首，新型城市公共交通智能调度系统将应急管理纳入进来，建立城市应急管理系统，在发生重大突发事故时，如图4所示，由调度系统对道路交通进行分流，通过红绿灯等方式限制其他车辆运行，为事故发生地打开一条生命的通道，以保证救援车辆能够以最快的速度达到现场实施救援，为生命争取每一秒钟；同时与本地应急指挥部和交警部门联合，根据路况信息及时调度不同方式的出警交通工具，借助应急广播平台向广大居民进行广播传送应急消息。

图4 应急情况处理

4 结束语

在城市公共交通飞速发展的今天，多种公共交通方式的出现对调度系统提出了新的需求，本文通过对公共交通调度的发展史和当下公共交通调度情况及需求的分析，结合大数据、数据挖掘、人工智能等先进技术设计新型城市公共交通智能调度系统，以数据为基础，搭建智能调度、信息服务和应急管理三个子系统，通过对数据中有价值信息的提取和对居民出行规律的学习，在交通调度层面合理地优化公共交通资源，最大程度提高公共交通利用率，减少城市拥堵和汽车尾气排放，提高了城市居住幸福度。