基于公交的城市道路交通信息智能系统分析

杭箴良

（青岛市运输事业发展中心，山东 青岛 266061）

0 引言

随着我国机动车行业的蓬勃发展、城市机动化程度的增加以及人们对公共交通出行要求的提高，城市拥挤、阻塞、污染等问题渐渐被人们所关注。城市交通的现代化不但要求道路交通设施的现代化，更要求交通理念与技能的现代化[1]。西方国家的发展经历也早已证实，单就汽车方面或道路交通方面的考察，已很难有效地处理日益严重的道路交通问题，综合研究并利用最先进的智慧交通系统（ITS）技术，才是处理此类问题的最可行举措。

交通出行应用系统（ATIS）是ITS 的关键部分，是发展ITS 系统的重要基础与核心技术。ATIS 系统是创建在详细的信息网络基础上，通过专用信息收集与智能管理系统得到的。经网络信息中心管理后，利用公共信息发布系统及时向交通参与者发布提醒。出行者通过所收集的个人信息决定出行时间、出行方式、出行路径，使整体出行流程更加快捷、安全、舒适、有效。目前，我国一些城市还未能形成交通数据收集和发布体系，这成为ITS 研发的重要阻力。怎样根据当前情况，以很少的资金投入，迅速形成城市道路基本的数据收集和报告体系以解决城市道路难题，这是我国当前必须探索的重大问题。本文从这方面做一些尝试性探讨。

1 ATIS 的技术优势

ATIS 系统在技术上的前瞻性，主要表现在以下几个主要方面。

1.1 信息发布手段的视觉化

ATIS 除应用无线电、广播等手段传播道路交通信息之外，还利用网络、智能手机、移动终端、车载终端、广播电视系统和LED 诱导屏等各种信息手段来传播信息，从而向出行者展示道路、停车、公共交通、气象等交通资讯信息[2]。

1.2 先进通信技术的广泛应用

传统式的交通出行信息系统是信息实现子系统对出行者的单边通信，如无线广播、电视等。而ATIS大量地选用远程数据传输方法，使子系统不但能向出行者公布实时交通信息，还可以获得出行者本人的信息并实现储存。现代的无线电通信技术，除了使用传统式的声频广播节目外，还可以根据MPEG-4、H.264及H.265 和MPEG-2、ACC 等多种方式，把交通出行信息和资讯新闻等多种媒体信息传送到手机，因此能够更好地向在途驾驶人员通告实时交通信息，进而完成高效率的道路交通引导。

1.3 内容的丰富性

随着GIS、GPS 和现代通信技术等的运用，ATIS能够提供的信息也愈来愈充实。地图数据库使ATIS提供的信息更丰富、清楚和确切，具备了普遍的可利用性；云智能停车系统将各个地下停车场数据信息聚集至云计算中心进行统一管理，可以为政府部门、主管机构、经营单位提供远程控制的泊车管控、数据分析；途径诱导系统根据路网最新的交通流可视化数据进行路径选择，使路网交通流的总体提升变成可能。

2 城市交通信息系统结构框架

城市交通信息系统包括地貌和公路网信息、公交车信息、地铁和轻轨等轨道交通信息（若有）、服务项目信息（转乘、交通出行辅助、地下停车场、紧急救助）、道路交通信息、车辆安全辅助驾驶信息等。城市道路交通应用系统由每个信息技术子系统所组成；每一个信息技术子系统又分成数据采集系统、信息核心互联网、信息发布系统、数据库管理系统等，并且为上一互联网给予信息网络资源，其关联组成架构如图1 所示。

图1 城市交通信息系统

系统的物理架构一般是分布式和集中式相结合，各子体系布局比较均衡，城市交通资讯中心具有大数据集成的共享信息服务能力。各子体系完成了信息收集、局部统一控制、共享大数据集成服务等工作，因此城市交通信息管理系统的工程建设应分期进行。条件比较完善的系统建设可优先建立示范性项目，以促进其各子体系与有关的各个单位的通力协作，完成信息系统的进一步优化构建和运营。系统建设中不但要看重系统核心的总体发展，还需注意与各个子管理体系间的交叉式合作与联络，共享是城市交通智能管理系统的生命。

3 基于城市公共交通建立交通信息系统的可行性分析

因为我国发展经济资源有限，城市道路交通基础设施建设又处在快速发展时期，开发建立完善的智能交通系统的条件还有很多的不足。要实现我国在未来的智慧交通系统概念与关键技术方面拥有自主知识产权，需要进行基础理论研究和实践研发，结合我国道路的特征，寻找智慧交通应用发展的突破口，重点是要建设道路交通网络系统。

按照国家道路与交通电子商务信息系统的构成框架，国家道路交通信息系统应当以发展现代化的地理资讯系统（GIS）信息技术、卫星定位信息技术、计算机系统、通信信息技术为基础，建设大规模的信息收集和发布电子商务信息系统硬件、发布数据处理应用、安装数据传输光缆。为发挥出系统的真实效用，需要对智慧交通各部分进行搭建，如出行与交通运输管理系统、先进道路与交通监测系统、先进机动车安全管理系统、商业汽车经营系统、城市公共运输系统、网络电子收费管理系统、应急系统等。

目前，国内信息收集硬件技术一般是以传感器式的电子探测器科技（如机械式、电光式、电气式、地磁式、超声式等）、视频型的图像捕获科技和数据通信科技（有线电视数据通信、无线数据通信、卫星数据通信、卫星定位等）。这些技术含量高、投入大、见效慢，需要进行长时间的工程建设，无法满足我国的城市化社会高速发展提出的需求，不能在短期内解决日益严重的城市交通难题，所以应积极探索投入小、见效快的城市道路交通数据收集、管理和更新制度。

根据我国道路特点，应依托公共交通建设道路网络系统进行可行性研究。在我国很多城市，居民日常生活大多依赖公共交通，公共交通总量大，运行时间稳定；公共交通汽车遍布在道路网中的主次干道上，并且分配相对均衡；公共交通营运线路与城市道路网络紧密联系；公共交通运行时间相对稳定；获得的数据信息用途广泛。另外，优先发展公共交通也是当前我国城市既定的发展策略，目前不少城市都已根据国家有关政府部门的政策规定进行了城市公交建设计划，不少城市的公交车配备了卫星定位系统，建设了公共交通调度网络，并设置了公共交通调度信息中心，这就为在道路上行驶的公共交通车辆的位置提供了必要的保证，也就为公共交通数据收集、管理和报告工作提供了依据。综合利用国家道路信息监控中心的技术基础和交通与城市道路交通的运行特点建设国家道路信息系统也是可行的，是我国ATIS 建设的突破口。

4 基于公交的城市交通信息系统

针对目前我国城市公交的发展现状，将采用在公交车上装备的卫星定位设备、公共交通IC 卡管理系统和移动支付系统及车载感应探测器等信息采集系统，智能收集公共交通车辆的数据运行状况资料，并采用现代的通信技术传送这些数据给公共交通信息中心，并将公共交通调度系统数据经过公交车的电子站牌、公共视频显示屏、城市交通监测设备等的数据采集、管理、传播等管理系统（如可变信息标志、广播诱导系统等）向全体公共交通参与者智能公布路面的公共交通数据，以实现公共交通出行高效、快捷、安全、舒心的服务目标。基于公交的城市交通信息系统结构，如图2 所示。

图2 基于公交的道路交通信息系统

4.1 公交信息智能采集

利用公交自身技术，可以搜集的基本信息包括：公共交通运营线网、卫星定位、公交车运输信息等。一些大中城市已基本建设了GIS 电子地形图，即完成互联网技术智能化公共交通运营线网；未基本建设GIS 的城市，则根据数字化方法将公共交通运营线网数字化。通过模仿和道路网的特征在智能化公共交通路线网里进行体现，与交通出行卫星定位智能管理系统结合后能及时智能化地进行反馈，如公共汽车行驶速度和遇阻状况。应用差分信号GPS 技术性，完成真实的交通出行定位系统。将汽车专用型终端设备（包括卫星定位接纳机、单片机设计、无线网络Modem、数据信息/语音通信广播电台等设备）置放在公交车上，可以在无影响的情况下自行完成对公交车的位置信息与精准定位信号传回，向调度系统递交信号。与此同时还可以预埋端口号，作为外置车载式信息显示。应用公共交通IC 卡、移动支付系统或其他搭车要求信号收集系统收集每辆公共交通汽车的真实客流量状况，为运输分析与预警给予数据信息。

城市内的公共交通汽车公司可以建立基本信息档案，其数据项有汽车类型、运载功能（座位数与站位数）、车辆运龄、发动机状态、售票时间、开收班日期、行驶路径、起终点站和途经地点等。

4.2 道路交通信息智能处理与评价

交通智能采集平台收集的交通数据传送给公共交通信息中心，通过预先研究形成的道路数据实时处理模式和实时评价模型，能够对道路情况做出智能评估。这些模型包括：

公交客流分析的模型。通过对公交旅客需求分析的旅客数量流向情况，既可为动态公共交通调度体系提供数据，也可为公共交通出行者提供选择的信息数据。

道路交通状况评价模型。通过公共汽车的出发时刻、公共汽车的行驶情况、公共汽车营运线网信息，即可测算公共交通汽车的运营速度。通过对运营速度的测算结果，实现对道路系统交通状况的衡量，道路的交通状况可根据公共交通运营效率划分顺畅、稳定、拥堵、阻塞等状况。道路交通状况与公共交通运营效率有如下对应关系。

若某条高速公路i 的最高运行速度为车速Vi，则规定该公共管线的一段按照通行情况为拥堵、拥挤、安全、通畅的临界行驶速度分别为V0、V1、V2，即：

Vi≤V0则：路 段 交 通 状 况 为 拥 塞。V0＜Vi＜V1则：路段交通状况为拥挤。V1＜Vi＜V2则：路段交通状况为平稳。V2＜Vi则：路段交通状况为畅通。

确定整个城市道路网的交通状况/事故和应急事故的评估模式。通过路面上多辆公交车受阻时段的延长，通过预先设置的分析程序，能够判别道路上的异常情况，如出现车祸等。通过公共汽车运行状况、交通流模型以及机动车燃料耗费环境影响模拟，衡量整个城市的公共交通环境效率。

4.3 城市道路交通信息智能发布与应用

4.3.1 将公共交通信息中心管理的信息通过公共信息管理系统发布，并与城市监控管理系统的数据中心互联，应用城市监测管理系统的公共信息发布手段，实时智能地向城市交通参与者公布道路交通信息。

4.3.2 通过专用频段的交通广播实现道路情况即时发布，实现车流和人流的引导。

4.3.3 在公共交通的首末站以及换乘中心，设置电子显示屏或电子触摸屏实现公共交通的相关资讯发布，使公共交通出行者能做出最优化的出行选择。

4.3.4 建立公交电子站牌进行公交客流信息智能发布，进行公交乘客诱导。

4.3.5 公交车辆采集的数据在城市监测中，可以用于道路交通的管理。城市交通监控中心利用可变的信号发出信息给广大交通出行者。

5 ATIS 系统应用的保障措施

为增强ATIS 的公共信息服务功能，将在主要干道增设交通信号收集装置和信号发送装置。交通信号的收集装置主要有环形输入线圈、超声波观察仪、红外线监测仪、微波道路监视仪、影像汽车观察仪、智能卡口、卫星定位设备、电子产品数据库、便携式手机及电子产品警务设备等。对已设置交通数据收集装置的线路，没有开通的可正常开通；没有配置设施的道路，应安装相关设施以便于有效收集道路交通数据。公共信息传播系统可以利用道路交通诱导电子信息屏对出行人员实施群体性道路交通诱导，让出行人员按照诱导信号自发确定出游路线。在道路的上空，可安装可变的信号显示器，以绿、黄、红色分别显示道路通行、拥堵、封闭；还可采用图文+可变信息标志屏表示是否处在交通事故、施工、交通管制等情况下；也可采用动态图文LED 屏幕，提供前方道路的通行路况等内容。设置交通引导电子信息屏，须提前规定距离，多次设定，以起到引导的效果。针对爱用手机的出行者，还可以利用公共互联网平台以GIS+即时路况+即时交通事件的方式，公布道路的即时路况。

6 结语

智慧交通（ITS）是当今世界上交通运输的最高尖端技术，新型的交通运输信息系统也是ITS 的重要基石，政府和相关行业都必须全面重视并加以深入研究、发展和应用。本文根据当前城市道路的特征探讨了基于公交的道路信息智能体系的建设，力求借助已有的技术，用更低的成本推动ITS 的开发和应用。