城市公交车辆 GPS定位调度管理系统案例（）

城市公交车辆 GPS定位调度管理系统案例

随着我国国民经济的飞速发展，城市建设日新月异，城市交通问题日益严重，已成为严重影响许多大中城市发展的重点问题之一。许多大中城市政府部门每年都要投入大量的人力、物力，用以改善和解决城市交通拥挤的问题。国家已将智能交通建设列入“十五”科技规划予以重点支持。许多大中城市都在陆续申请建立城市智能交通示范基地。
据了解，国家已批准，2个城市首批建立此种示范基地。
由于城市公共交通与小汽车相比，具有客运量大、相对投资少、占有资源少、效率高、污染相对较少、人均占用道路少等优点。据有关专家测算：“城市中公共交通的载客量为小汽车的30倍，承载着城市80％以上的客运量”。“以常规公交运输占用道路面积为1计算，则运输同样多的乘客，自行车占用的道路面积为5，小汽车为15”；“按单位载客量计，它的公里耗油量、尾汽排放量等指标与小汽车相比。均优于小汽车10倍左右”。因此，近年来，各地政府领导及交通管理部门都逐渐形成这样一些共识：“发展公共交通是改善城市交通的战略选择”“解决城市交通问题必须体现优先发展城市公交的原则”。
显然，大力发展公共交通，实现数字化、智能化城市公文管理，努力提高公共交通运营管理效率和社会服务水平，现已成为摆在各城市主管领导及交通管理部门面前的重要课题，它是适合中国国情的现代化大中城市发展的必然要求。
应该建立什么样的公交智能化调度管理系统呢?
公交智能管理系统的基本要求及关键技术问题分析
1、对系统的基本要求
·乘客对城市公交系统的基本要求：安全、舒适、方便、迅速、准点，及时了解所乘车辆何时到站。
·管理部门对公交管理的基本要求：自动、准确、方便。
·实现城市公共交通数字化、现代化管理的核心问题是对运动中的不断变化的公交车辆运行情况的实时掌握和调度能力。
·建立一体化、数字化的先进管理系统将大大有利于管理效率的提高，更好的发挥人和设备的潜力。
·建立有效的、准确的与广告牌相结合的电子站牌系统，将大大有利于乘客及时了解本线路车辆离到站的情况，缩短乘客与公交系统的“距离”。因而将成为现代公交管理系统的一个重要组成部分。
2、关键技术问题的分析
　　由于城市公共交通管理的一些特殊性，要建立一个真正实用化的智能管理系统，必须妥善解决以下一些关键问题
1)车辆准确定位问题
车辆的准确定位是整个智能化管理系统的核心问题之一。由于公交车辆处于不停的运动状态，如果管理部门不能随时了解每一辆车的确切位置，就无法对之实现有效管理。因而，只有对移动中的每一车辆实时准确定位，才能准确地掌握运营线路的车辆运行动态，才能进行有效的监控、指挥、调度与决策，才有可能自动生成各种准确的运行报表，也才可能及时向各电子站牌发出准确的离到站信息。
　　目前，可以采用的车辆定位系统有以下几种：
(1)标志杆系统
在汽车运营路线上，等距离设置一些标志杆。当汽车引驶到其附 近时，标志杆上的装置能识别出车辆的编码，并将其发送至调度中心，调度中心从而确定其位置。此种方案虽可达到一定的定位精度，但其服务区域小，缺乏灵活性，数据传输困难。它是一种早期的方法，目前已很少应用。
(2)无线电三角测量系统
从三个无线电发射台发射无线电波，车载接收机收到后，经计算机处理便可得到车辆的当前位置信息。
此种系统实际上足下面所述的GPS定位系统的初级阶段，它的缺点是开发成本高，且易受电磁干扰。
(3)航位推算系统(DR)
利用陀螺确定汽车引驶方向，利用里程表确定汽车行驶距离，二者结合可以确定汽车当前位置。它的优点是自主定位，受外界环境影响小，缺点是在范围较大时，累计误差较大。
(4)GPS定位系统
采用GPS定位接收机。接收GPS卫星信号，车辆可实时确定自己的位置。这种系统的优点是费用低、覆盖面广、定位精度高，但缺点是隧道、高架路等对卫星信号有遮挡作用，导致瞬间定位误差加大，甚至无法定位。
综上所述，采用GPS定位系统和DR系统的组合系统，即在大范围内用GPS作为主定位方式，而在GPS信号较差时，利用DR的小距离高精度作为辅助定位方式，这样的组合系统可以作为相当理想的汽车定位系统，且目前这样的系统已经完全实用化。当然，对许多地面较为平坦的大中城市来说，仅仅采用GPS单一定位系统便可得到很好的效果。
2)无线数据传输问题
移动车辆得到的定位数据必须实时传送至调度管理中心，经调度管理中心记录并处理后的电子站牌信息必须及时传送至各电子站牌，这些都必需采用无线通信方式。另外，中心站与各线路调度站之间的联系也可能采用无线通信方式。
由于车辆数很多，电子站牌数量也很多，而且它们与中心站之间的通信十分频繁，基本上是一天到晚需要不停的传输数据(工作时间一般至少12小时)，因而对无线通信系统提出了很高的要求。
常用的无线通信方式有二种：一种是基于GSM或CDMA的公众移动网通信方式，另一种是基于集群通信系统或常规无线电台采用的专用网的方式。利用公众移动通信网的短消息传输方式虽然比用话音信道传输要节省得多，但发生的运行费用仍是任何一个公交公司难于承受的。(例如，一辆公交车，每30秒发一次定位数据，每发一次数据需0.10元，一天如工作16小时，每天需交费192元，一年365天需7万元。即使改为1分钟发一次数据，每次数据收费0.05元，每一辆车一年也需要1.75万元)
常规无线电台需要申请频点。但由于车辆数太多，每一辆车都经常不断发出信息，要使之互相不干扰，需要申请很多的频点，这给系统的建设带来很大的麻烦。据了解，许多城市的公交系统都面临申请频点的困难。利用现有的集群无线通信系统。虽不需专门申请频点，但由于集群系统本身工作方式所限，每个频道的利用率很低，实践证明，很难满足公交系统需要的高数据量长时间占用的要求，因而系统能否用最少的频点实现整个公交车辆GPS信息传送问题成为系统能否建成的一个关键问题。
3)电子站牌的设计问题。
如何用电子站牌向乘客提供更多的信息，让电子站牌更好为乘客服务是电子站牌设计的一个重要问题。
目前一些城市的电子站牌能够向乘客告知下一辆车还有多少时间可以到站，这显然对乘客很有意义。但是，不少乘客看到这辆车较拥挤时，还想知道下一辆车大约何时能到达，以决定是挤上这辆车还是等下一辆车?能否满足乘客的这种要求呢?
如何解决电子站牌信息传输问题，也是一个值得研究的问题
为了使电子站牌及时显示车辆离到站的情况，可采用二种方式：一是分散发送方式，二是集中发送方式。所谓分散发送方式，即每一辆车都向电子站牌发数据，如果发射功率适当控制，只有临近的站牌才能收到。因此当车快到某个站时，该站指示灯就亮，离开远了就灭。另一种是集中发送，即将每一条路线(或许多条路线)的数据都集中起来，经由某一个发信站统一发送，各个站分别接收。前者的方法看起来似乎简单，在单条线路或车辆数少时，问题不大，但大量车辆同时应用，必然造成互相干扰。同时，这种方式也不能解决让乘客了解后面的车辆何时到达的问题。
另外，电子站牌数量较多，需要投入较多的费用。如果电子站牌和电子广告相结合，等车乘客在等车的同时，还可以看到许多广告信息，不仅对广大乘客很有意义，而且广告也可产生经济效益。这无论对乘客，还是对公交公司都是十分有益的。
4)分级调度管理问题
目前大多数大中城市公交公司，都实行三级管理。总公司并不直接管理所有公交线路的日常车辆运营调度问题。许多运营报表也都在线路调度中心完成。
因此，除去中心调度管理系统外，还必须设立若干个线路调度管理分系统。线路调度分系统如何建立?功能有哪些?它和中心站之间数据通信如何实现?如何采用经济有效、又适合本地的特点的方式?等等，这些问题都必须很好的考虑解决。
5)及时合理调度及自动生成统计报表问题
管理部门要能及时合理调度，必要的条件是对情况的准确及时的了解。除了车辆所在位置外，还需要了解车辆上客流辆变化情况。更加重要的是，要及时了解车辆运行过程中发生的非正常情况，如“车辆故障”、“道路堵塞”、“交通事故”、“服务纠纷”、“乘客滞留”、“报警求助”等等，如何才能实现此项功能?
公交公司的一项重要而繁琐的工作是要每天生成各种统计报表，这些报表目前大都靠人工统计生成，不仅要花费大量人力，而且往往不准确，有“水分”。如何才能较好地解决这个问题?
6)费用问题
经费问题往往是一个系统能否真正建成的制约性问题。因此，必须很好进行经济分析，找寻既技术上先进可行，在经济上又是节省、实惠的实施方案。
　　上面这些问题的解决需要一个全面的综合考虑，因此必须要有一个总体解决方案。
　　3、系统总体解决方案框图
满足上述各项要求的一个比较理想的城市公交智能调度管理系统CIPTS，其总体框图如图1所示。它由五个分系统组成
(1)GPS车载终端分系统(2)中心调度管理分系统(3)电子站牌分系统(4)线路调度管理分系统(5)行车及广告信息发布分系统 。
　　4、CIPTS型系统的主要功能
该系统具有以下主要功能
1)车辆实时定位功能
本系统中的每一辆公交车上都装置有一台高性能多功能的车载GPS定位终端。该系统应具有强大的定位和传输功能，采用差分修正措施以后，其定位精度可达到5米或更高。
该终端除了能按系统要求的时间间隔准确发送定位信息(经度、纬度、速度等)，还能同时将车号，司机工号(IC卡号)以及车上发生的一些非正常情况(如“交通事故”、“道路堵塞”、“车辆故障”、“乘客滞留”、“服务纠纷”“报警求助”等)同时传送给调度中心(或线路调度中心)，因而十分有利于管理者决策和调度。
该车辆终端的一个非常突出的优点是：通过利用先进的数字调制技术，实现无线电频率资源的充分利用。它可以做到每秒每个频点传输30~60辆车的数据，因而大大提高了频率资源的利用率，大大减轻了公交部门申请无线电频率资源的困难，能较好地解决大量实时数据传输问题。
2)地图显示和查询功能
·电子地图包含下列信息：街道、机关、学校、大型商店、宾馆、旅游场所等的位置、名称。并按实际经纬度准确标记。
·电子地图可根据需要单独显示一条公交线路或多条公交线路，标明它的走向以及它每一个站的准确位置和名称；可同时显示公交车辆实际运行的情况，并留下运动轨迹。
·电子地图具有无级缩放功能，可任意放大某一个局部，也可将图形缩小以观察城市全貌。
·电子地图可以具有多种查询功能，使用十分方便
例如可以进行区域查询，可进行移动目标(公交车)的当前位置查询、行车轨迹查询、地名或单位名称查询、模糊查询等。
·支持大屏幕投影仪。
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·用户要求的其他功能。
3)车辆运营管理功能
针对集中管理和分级(三级)管理的不同做法，可以有不同的系统配置方案。鉴于大多数大中型城市公交系统都实行分级管理的情况。本系统中所述的运行管理功能将分别在中心站和若干线路调度站实现。
具体有：
·车辆实时运行调度管理功能
管理部门根据实时收到的各运行车辆的定位数据以及状态信息(包括路号、车号、司机工号等一般信息以及“交通事故”、“道路堵塞”、“车辆故障”、“乘客滞留”、“服务纠纷”、“报警求助”等非正常信息)，可以很快作出即时的调度。
·统计、汇总各种运营数据、制表功能
系统将自动记录并贮存每一条线路上、每个车牌号、每一个司机(通过司机IC卡刷卡实现)所驾驶的公交车辆到达每一站的时间(包括预定到达时间和实际到达时间)，因而可以很容易生成所需的各种运营报表。所有的统计和分析都由计算机自动完成，避免了人为误差，大大减轻了劳动强度。
本文附录“车辆日运行流水记录表(例)”即为系统自动生成的基本统计报表之一，它可长时间(例如一个月)保存在数据库中，以便随时调用打印。
·驾驶员一卡通管理功能
驾驶员只需一张IC卡，便可进行考勤、加油，领料，就餐及工资领取等自动化管理，可节省大量人力。
·乘客流量统计功能
通过设立在车上的上车和下车乘客流量探测、统计设备，可将车上的乘客流量发送到调度管理站，以便随时进行乘客流量的统计。
·乘客IC卡收费统计功能：
　　上车乘客IC卡收费总金额可通过车载台往中心管理系统无线传送(可在每天运行结束后，汇总传出)，免除了每辆车人工采集收费金额的麻烦。
　　4)广告及行车信息发布功能。
在每个车站设立一块电子站牌，它由一块广告信息显示屏和2-3个行车信息显示屏组成(也可以在一些比较集中的大站，设立一块大型电子站牌)。还可以在每辆公交车内设置小型信息显示屏，滚动显示行车信息和广告信息。
·电子站牌将向乘客实时显示该条公交线路每一趟车离到站的情况，不仅显示到达所在站的情况，还同时显示前面几个站的离到站情况，使乘客有更多的“知情权”，等车做到心中有数。
·电子站牌设有广告信息显示屏，可以充分发挥它的广告价值。
·通过无线接收方式接收由广 告部门发出的广告信息，并可将它们贮存(最多可贮存几十条或更多的广告信息)。
·可以以滚动或其他方式显示广告，每条广告播发次数以及停留时间均可遥控设定。
·公交公司可以通过它发布通告。
·具有时间显示屏，准确显示北京标准时间(误差10”以内)
·电子站牌由LED灯显示，亮度足够，白天和晚上均可清楚显示。
5、系统组成及配置
1)车载终端分系统
该系统配置如下部件
·抗遮挡、高灵敏度并行8通道(或12通道)GPS接收机
·GPS天线
·控制器(包括控制电路及软件)
·司机IC卡接收器(不接触式)
·数传电台及天线
·客流统计子系统
·车内信息显示屏
2)电子站牌分系统多功能电子站牌分系统的外观。
　　该系统包括
　　·广告信息接收设备
　　·LED广告信息显示设备
　　·行车信息接收设备
　　·行车信息显示设备
　　·北京标准时间显示设备
　　3)中心调度管理系统
　　中心调度管理分系统由下列子系统组成
　　·中心收发单元(包括天馈线，天线塔等)
　　·中心处理单元
　　·管理平台子系统
　　·电子地图子系统
　　·差分基准站子系统
　　4)线路调度管理分系统
按照多数大中城市公交三级管理的现状，将大部分的实时调度管理及对司乘人员管理的设备配置在该分系统中。
主要包括
　　·信息交换子系统设备(如采用无线传输方式，可采用2.4GHz扩频通信设备，它不需要申请频点；如采用有线通信方式，则可采用路由器等设备)
　　·线路调度管理子系统(配有计算机和相应的管理软件、打印机等)
　　·一卡通管理子系统。(根据需要可设置多个管理机，分别管理考勤，就餐、加油、领料、工资发放等事项)
　　5)行车及广告信息发布分系统
　　该分系统可以采用不同的无线通信方式来实现。本方案采用独特的最为经济有效的BP寻呼系统来实现
　　该分系统由下列各部分组成
　　·专用(或通用)无线寻呼电台发射设备(包括发射机、馈线、天线及天线塔等)
　　·行车信息传输设备
　　用于实现中心调度管理分系统与无线寻呼发射设备之间的信息传输，可根据不同的情况，分别采用无线或有线传输方式。
　　·广告制作软件
　　·广告信息传送设备
　　用于将制作的广告传送到发射电台的传输系统，采用无线传输或有线传输方式均可。
　　6、系统主要技术指标
　　·车辆定位精度：约5米，(采用差分修正后)约15米(不采用差分修正)
·单基站作用距离：约20km(车载台功率为2W时)；约30km(车载台发射功率为15W时)(如作用距离增加可采用多基站系统)
·每秒每个频点可传输30~60辆车的数据
·车载设备环境条件要求 工作温度-20~C~+60℃，工作湿度95％
·车载电台工作频率：230MHz，350MHz，或450MHz频段
　　注：系统主要功能及主要技术指标摘自西安航天恒星科技股份公司的“CITS-01型公交车GPS定位调度管理系统”产品的有关内容说明：1、该表为车辆号为6562的公交车的运行流水记录表。(11：50-13：10)
　　2、T7u表示当日第7趟上行到达该站时间，D7u表示到达该站时间与计划到达时间的误差，“+”表示延迟，“—”表示早到，T8d表示第8趟下行到站时间，D8d表示该趟车下车到达延误时间
　　3、括号中的字母D表示6种非正常状态之一，(D)表示“乘客滞留”。本例表示该趟车从第12站开始乘客多、拥挤。