城市公交車輛GPS定位調度管理系統(tǒng)方案

1、城市公交車輛GPS定位調度管理系統(tǒng)方案隨著我國國民經濟的飛速發(fā)展，城市建設日新月異，城市交通問題日益嚴重，已成為 嚴重影響許多大中城市發(fā)展的重點問題之一。許多大中城市政府部門每年都要投入大量的人力、物力，用以改善和解決城市交通擁擠的問題。國家已將智能交通建設列入十五”科技規(guī)劃予以重點支持。許多大中城市都在陸續(xù)申請建立城市智能交通示范基地。據了解，國家已批準，2個城市首批建立此種示范基地。由于城市公共交通與小汽車相比，具有客運量大、相對投資少、占有資源少、效率高、 污染相對較少、人均占用道路少等優(yōu)點。據有關專家測算：城市中公共交通的載客量為小汽車的30倍，承載著城市80%以上的客運量”。以常規(guī)公

2、交運輸占用道路面積為1計算，則運輸同樣多的乘客，自行車占用的道路面積為 5，小汽車為15”；按單位載客量計， 它的公里耗油量、尾汽排放量等指標與小汽車相比。均優(yōu)于小汽車10倍左右”。因此，近年來，各地政府領導及交通管理部門都逐漸形成這樣一些共識：發(fā)展公共交通是改善城市交通的戰(zhàn)略選擇”解決城市交通問題必須體現優(yōu)先發(fā)展城市公交的原則”。顯然，大力發(fā)展公共交通， 實現數字化、智能化城市公文管理，努力提高公共交通運營管理效率和社會服務水平，現已成為擺在各城市主管領導及交通管理部門面前的重要課 題，它是適合中國國情的現代化大中城市發(fā)展的必然要求。應該建立什么樣的公交智能化調度管理系統(tǒng)呢？公交智能管理系統(tǒng)

3、的基本要求及關鍵技術問題分析1、對系統(tǒng)的基本要求乘客對城市公交系統(tǒng)的基本要求：安全、舒適、方便、迅速、準點，及時了解所乘車 輛何時到站。管理部門對公交管理的基本要求：自動、準確、方便。實現城市公共交通數字化、現代化管理的核心問題是對運動中的不斷變化的公交車輛 運行情況的實時掌握和調度能力。建立一體化、數字化的先進管理系統(tǒng)將大大有利于管理效率的提高，更好的發(fā)揮人和 設備的潛力。建立有效的、準確的與廣告牌相結合的電子站牌系統(tǒng)，將大大有利于乘客及時了解本 線路車輛離到站的情況，縮短乘客與公交系統(tǒng)的距離”因而將成為現代公交管理系統(tǒng)的一個重要組成部分。2、關鍵技術問題的分析由于城市公共交通管理的一些特殊

4、性，要建立一個真正實用化的智能管理系統(tǒng)，必須妥善解決以下一些關鍵問題1）車輛準確定位問題車輛的準確定位是整個智能化管理系統(tǒng)的核心問題之一。由于公交車輛處于不停的運動狀態(tài)，如果管理部門不能隨時了解每一輛車的確切位置，就無法對之實現有效管理。因而，只有對移動中的每一車輛實時準確定位，才能準確地掌握運營線路的車輛運行動態(tài)，才能進行有效的監(jiān)控、指揮、調度與決策，才有可能自動生成各種準確的運行報表，也才可能 及時向各電子站牌發(fā)出準確的離到站信息。目前，可以采用的車輛定位系統(tǒng)有以下幾種：(1) 標志桿系統(tǒng)在汽車運營路線上，等距離設置一些標志桿。當汽車引駛到其附 近時，標志桿上的裝 置能識別出車輛的編碼，并

5、將其發(fā)送至調度中心，調度中心從而確定其位置。此種方案雖 可達到一定的定位精度，但其服務區(qū)域小，缺乏靈活性，數據傳輸困難。它是一種早期的 方法，目前已很少應用。(2) 無線電三角測量系統(tǒng)從三個無線電發(fā)射臺發(fā)射無線電波， 車載接收機收到后， 經計算機處理便可得到車輛的 當前位置信息。此種系統(tǒng)實際上足下面所述的易受電磁干擾。GPS 定位系統(tǒng)的初級階段，它的缺點是開發(fā)成本高，且(3) 航位推算系統(tǒng) (DR)利用陀螺確定汽車引駛方向， 利用里程表確定汽車行駛距離， 二者結合可以確定汽車當 前位置。 它的優(yōu)點是自主定位， 受外界環(huán)境影響小， 缺點是在范圍較大時， 累計誤差較大。(4) GPS 定位系統(tǒng)采用

6、 GPS 定位接收機。接收 GPS 衛(wèi)星信號，車輛可實時確定自己的位置。這種系統(tǒng)的 優(yōu)點是費用低、 覆蓋面廣、 定位精度高， 但缺點是隧道、 高架路等對衛(wèi)星信號有遮擋作用， 導致瞬間定位誤差加大，甚至無法定位。綜上所述，采用 GPS定位系統(tǒng)和DR系統(tǒng)的組合系統(tǒng)，即在大范圍內用GPS作為主定位方式，而在GPS信號較差時，利用DR的小距離高精度作為輔助定位方式，這樣的組合系統(tǒng)可以作為相當理想的汽車定位系統(tǒng)，且目前這樣的系統(tǒng)已經完全實用化。當然，對許 多地面較為平坦的大中城市來說，僅僅采用GPS單一定位系統(tǒng)便可得到很好的效果。2) 無線數據傳輸問題移動車輛得到的定位數據必須實時傳送至調度管理中心，

7、經調度管理中心記錄并處理后 的電子站牌信息必須及時傳送至各電子站牌，這些都必需采用無線通信方式。另外，中心 站與各線路調度站之間的聯系也可能采用無線通信方式。由于車輛數很多，電子站牌數量也很多，而且它們與中心站之間的通信十分頻繁，基 本上是一天到晚需要不停的傳輸數據 (工作時間一般至少 12小時)，因而對無線通信系統(tǒng)提 出了很高的要求。常用的無線通信方式有二種：一種是基于 GSM 或 CDMA 的公眾移動網通信方式，另 一種是基于集群通信系統(tǒng)或常規(guī)無線電臺采用的專用網的方式。利用公眾移動通信網的短消息傳輸方式雖然比用話音信道傳輸要節(jié)省得多， 但發(fā)生的運行費用仍是任何一個公交公 司難于承受的。

8、(例如，一輛公交車，每 30 秒發(fā)一次定位數據，每發(fā)一次數據需 0.10元， 一天如工作 16小時，每天需交費 192 元，一年 365天需 7萬元。即使改為 1分鐘發(fā)一次 數據，每次數據收費 0.05 元，每一輛車一年也需要 1.75 萬元 )常規(guī)無線電臺需要申請頻點。 但由于車輛數太多， 每一輛車都經常不斷發(fā)出信息， 要使 之互相不干擾，需要申請很多的頻點，這給系統(tǒng)的建設帶來很大的麻煩。據了解，許多城 市的公交系統(tǒng)都面臨申請頻點的困難。 利用現有的集群無線通信系統(tǒng)。雖不需專門申請頻 點，但由于集群系統(tǒng)本身工作方式所限，每個頻道的利用率很低，實踐證明，很難滿足公 交系統(tǒng)需要的高數據量長時間占

9、用的要求， 因而系統(tǒng)能否用最少的頻點實現整個公交車輛 GPS信息傳送問題成為系統(tǒng)能否建成的一個關鍵問題。3) 電子站牌的設計問題。如何用電子站牌向乘客提供更多的信息， 讓電子站牌更好為乘客服務是電子站牌設計的 一個重要問題。目前一些城市的電子站牌能夠向乘客告知下一輛車還有多少時間可以到站， 這顯然對乘 客很有意義。但是，不少乘客看到這輛車較擁擠時，還想知道下一輛車大約何時能到達， 以決定是擠上這輛車還是等下一輛車?能否滿足乘客的這種要求呢 ?如何解決電子站牌信息傳輸問題，也是一個值得研究的問題。為了使電子站牌及時顯示車輛離到站的情況， 可采用二種方式： 一是分散發(fā)送方式， 二 是集中發(fā)送方式。

10、所謂分散發(fā)送方式，即每一輛車都向電子站牌發(fā)數據，如果發(fā)射功率適 當控制，只有臨近的站牌才能收到。因此當車快到某個站時，該站指示燈就亮，離開遠了 就滅。另一種是集中發(fā)送，即將每一條路線(或許多條路線 )的數據都集中起來，經由某一個發(fā)信站統(tǒng)一發(fā)送，各個站分別接收。前者的方法看起來似乎簡單，在單條線路或車輛數 少時，問題不大，但大量車輛同時應用，必然造成互相干擾。同時，這種方式也不能解決 讓乘客了解后面的車輛何時到達的問題。另外， 電子站牌數量較多， 需要投入較多的費用。 如果電子站牌和電子廣告相結合， 等 車乘客在等車的同時，還可以看到許多廣告信息，不僅對廣大乘客很有意義，而且廣告也 可產生經濟效

11、益。這無論對乘客，還是對公交公司都是十分有益的。4) 分級調度管理問題 目前大多數大中城市公交公司， 都實行三級管理。 總公司并不直接管理所有公交線路的 日常車輛運營調度問題。許多運營報表也都在線路調度中心完成。因此， 除去中心調度管理系統(tǒng)外， 還必須設立若干個線路調度管理分系統(tǒng)。 線路調度分 系統(tǒng)如何建立 ?功能有哪些 ?它和中心站之間數據通信如何實現 ?如何采用經濟有效、又適 合本地的特點的方式 ?等等，這些問題都必須很好的考慮解決。5) 及時合理調度及自動生成統(tǒng)計報表問題 管理部門要能及時合理調度， 必要的條件是對情況的準確及時的了解。 除了車輛所在位 置外，還需要了解車輛上客流輛變化情

12、況。更加重要的是，要及時了解車輛運行過程中發(fā) 生的非正常情況， 如 “車輛故障 ”、“道路堵塞 ”、“交通事故 ”、“服務糾紛 ”、“乘客滯留 ”、“報 警求助 ”等等，如何才能實現此項功能 ?公交公司的一項重要而繁瑣的工作是要每天生成各種統(tǒng)計報表， 這些報表目前大都靠人 工統(tǒng)計生成，不僅要花費大量人力，而且往往不準確，有 “水分 ”。如何才能較好地解決這 個問題 ?6) 費用問題 經費問題往往是一個系統(tǒng)能否真正建成的制約性問題。因此，必須很好進行經濟分析， 找尋既技術上先進可行，在經濟上又是節(jié)省、實惠的實施方案。上面這些問題的解決需要一個全面的綜合考慮，因此必須要有一個總體解決方案。3、系統(tǒng)

13、總體解決方案框圖 滿足上述各項要求的一個比較理想的城市公交智能調度管理系統(tǒng)CIPTS ，其總體框圖如圖 1 所示。它由五個分系統(tǒng)組成(1)GPS 車載終端分系統(tǒng) (2)中心調度管理分系統(tǒng) (3) 電子站牌分系統(tǒng) (4)線路調度管理分 系統(tǒng) (5)行車及廣告信息發(fā)布分系統(tǒng)4、CIPTS 型系統(tǒng)的主要功能該系統(tǒng)具有以下主要功能1) 車輛實時定位功能本系統(tǒng)中的每一輛公交車上都裝置有一臺高性能多功能的車載 GPS 定位終端。該系統(tǒng) 應具有強大的定位和傳輸功能，采用差分修正措施以后，其定位精度可達到 5 米或更高。該終端除了能按系統(tǒng)要求的時間間隔準確發(fā)送定位信息 （經度、緯度、速度等 ），還能同 時將車

14、號，司機工號（IC卡號）以及車上發(fā)生的一些非正常情況 （如交通事故”、道路堵塞”、 “車輛故障 ”、 “乘客滯留 ”、 “服務糾紛 ”“報警求助 ”等）同時傳送給調度中心 （或線路調度中 心 ），因而十分有利于管理者決策和調度。該車輛終端的一個非常突出的優(yōu)點是： 通過利用先進的數字調制技術， 實現無線電頻率 資源的充分利用。 它可以做到每秒每個頻點傳輸 3060 輛車的數據， 因而大大提高了頻率 資源的利用率，大大減輕了公交部門申請無線電頻率資源的困難，能較好地解決大量實時 數據傳輸問題。2）地圖顯示和查詢功能電子地圖包含下列信息：街道、機關、學校、大型商店、賓館、旅游場所等的位置、 名稱。并

15、按實際經緯度準確標記。電子地圖可根據需要單獨顯示一條公交線路或多條公交線路，標明它的走向以及它每 一個站的準確位置和名稱；可同時顯示公交車輛實際運行的情況，并留下運動軌跡。電子地圖具有無級縮放功能，可任意放大某一個局部，也可將圖形縮小以觀察城市全貌。電子地圖可以具有多種查詢功能，使用十分方便例如可以進行區(qū)域查詢，可進行移動目標 （公交車 ）的當前位置查詢、行車軌跡查詢、地 名或單位名稱查詢、模糊查詢等。支持大屏幕投影儀?？蓪崟r跟蹤一個或多個移動目標，具有多窗口、多屏幕功能。用戶要求的其他功能。3）車輛運營管理功能針對集中管理和分級 （三級）管理的不同做法，可以有不同的系統(tǒng)配置方案。鑒于大多數

16、大中型城市公交系統(tǒng)都實行分級管理的情況。 本系統(tǒng)中所述的運行管理功能將分別在中心 站和若干線路調度站實現。具體有：車輛實時運行調度管理功能管理部門根據實時收到的各運行車輛的定位數據以及狀態(tài)信息（包括路號、車號、司機工號等一般信息以及 “交通事故 ”、“道路堵塞 ”、“車輛故障 ”、“乘客滯留 ”、“服務糾紛 ”、“報 警求助 ”等非正常信息 ），可以很快作出即時的調度。統(tǒng)計、匯總各種運營數據、制表功能系統(tǒng)將自動記錄并貯存每一條線路上、 每個車牌號、 每一個司機 （通過司機 IC 卡刷卡實 現）所駕駛的公交車輛到達每一站的時間 （包括預定到達時間和實際到達時間 ），因而可以很 容易生成所需的各種

17、運營報表。 所有的統(tǒng)計和分析都由計算機自動完成， 避免了人為誤差， 大大減輕了勞動強度。本文附錄 “車輛日運行流水記錄表 （例） ”即為系統(tǒng)自動生成的基本統(tǒng)計報表之一，它可長 時間 （例如一個月 ）保存在數據庫中，以便隨時調用打印。駕駛員一卡通管理功能駕駛員只需一張 IC 卡，便可進行考勤、加油，領料，就餐及工資領取等自動化管理， 可節(jié)省大量人力。乘客流量統(tǒng)計功能通過設立在車上的上車和下車乘客流量探測、 統(tǒng)計設備， 可將車上的乘客流量發(fā)送到調 度管理站，以便隨時進行乘客流量的統(tǒng)計。乘客IC卡收費統(tǒng)計功能：上車乘客 IC 卡收費總金額可通過車載臺往中心管理系統(tǒng)無線傳送（可在每天運行結束后，匯總傳

18、出 ），免除了每輛車人工采集收費金額的麻煩。4）廣告及行車信息發(fā)布功能。在每個車站設立一塊電子站牌， 它由一塊廣告信息顯示屏和 2-3 個行車信息顯示屏組成 （也可以在一些比較集中的大站，設立一塊大型電子站牌）。還可以在每輛公交車內設置小型信息顯示屏，滾動顯示行車信息和廣告信息。電子站牌將向乘客實時顯示該條公交線路每一趟車離到站的情況，不僅顯示到達所在 站的情況，還同時顯示前面幾個站的離到站情況，使乘客有更多的 “知情權 ”，等車做到心 中有數。電子站牌設有廣告信息顯示屏，可以充分發(fā)揮它的廣告價值。通過無線接收方式接收由廣 告部門發(fā)出的廣告信息，并可將它們貯存 （最多可貯存幾 十條或更多的廣告

19、信息 ）?？梢砸詽L動或其他方式顯示廣告，每條廣告播發(fā)次數以及停留時間均可遙控設定。公交公司可以通過它發(fā)布通告。具有時間顯示屏，準確顯示北京標準時間 （誤差 10”以內 ）電子站牌由 LED 燈顯示，亮度足夠，白天和晚上均可清楚顯示。5、系統(tǒng)組成及配置1）車載終端分系統(tǒng)該系統(tǒng)配置如下部件抗遮擋、高靈敏度并行 8通道（或12通道）GPS接收機GPS 天線控制器 （包括控制電路及軟件 ）司機 IC 卡接收器 （不接觸式 ）數傳電臺及天線客流統(tǒng)計子系統(tǒng)車內信息顯示屏2）電子站牌分系統(tǒng)多功能電子站牌分系統(tǒng)的外觀及結構示意圖如附圖2所示。該系統(tǒng)包括廣告信息接收設備LED 廣告信息顯示設備行車信息接收設備行

20、車信息顯示設備北京標準時間顯示設備3）中心調度管理系統(tǒng)中心調度管理分系統(tǒng)由下列子系統(tǒng)組成中心收發(fā)單元 （包括天饋線，天線塔等 ）中心處理單元管理平臺子系統(tǒng)電子地圖子系統(tǒng)差分基準站子系統(tǒng)4）線路調度管理分系統(tǒng)按照多數大中城市公交三級管理的現狀， 將大部分的實時調度管理及對司乘人員管理的 設備配置在該分系統(tǒng)中。主要包括信息交換子系統(tǒng)設備（如采用無線傳輸方式，可采用2.4GHz擴頻通信設備，它不需要申請頻點；如采用有線通信方式，則可采用路由器等設備 ）線路調度管理子系統(tǒng)（配有計算機和相應的管理軟件、打印機等）一卡通管理子系統(tǒng)。（根據需要可設置多個管理機，分別管理考勤，就餐、加油、領料、工資發(fā)放等事項 ）5）行車及廣告信息發(fā)布分系統(tǒng)該分系統(tǒng)可以采用不同的無線通信方