基于公交的城市道路交通信息智能系統分析

杭箴良

（青島市運輸事業發展中心，山東 青島 266061）

0 引言

隨著我國機動車行業的蓬勃發展、城市機動化程度的增加以及人們對公共交通出行要求的提高，城市擁擠、阻塞、污染等問題漸漸被人們所關注。城市交通的現代化不但要求道路交通設施的現代化，更要求交通理念與技能的現代化[1]。西方國家的發展經歷也早已證實，單就汽車方面或道路交通方面的考察，已很難有效地處理日益嚴重的道路交通問題，綜合研究并利用最先進的智慧交通系統（ITS）技術，才是處理此類問題的最可行舉措。

交通出行應用系統（ATIS）是ITS 的關鍵部分，是發展ITS 系統的重要基礎與核心技術。ATIS 系統是創建在詳細的信息網絡基礎上，通過專用信息收集與智能管理系統得到的。經網絡信息中心管理后，利用公共信息發布系統及時向交通參與者發布提醒。出行者通過所收集的個人信息決定出行時間、出行方式、出行路徑，使整體出行流程更加快捷、安全、舒適、有效。目前，我國一些城市還未能形成交通數據收集和發布體系，這成為ITS 研發的重要阻力。怎樣根據當前情況，以很少的資金投入，迅速形成城市道路基本的數據收集和報告體系以解決城市道路難題，這是我國當前必須探索的重大問題。本文從這方面做一些嘗試性探討。

1 ATIS 的技術優勢

ATIS 系統在技術上的前瞻性，主要表現在以下幾個主要方面。

1.1 信息發布手段的視覺化

ATIS 除應用無線電、廣播等手段傳播道路交通信息之外，還利用網絡、智能手機、移動終端、車載終端、廣播電視系統和LED 誘導屏等各種信息手段來傳播信息，從而向出行者展示道路、停車、公共交通、氣象等交通資訊信息[2]。

1.2 先進通信技術的廣泛應用

傳統式的交通出行信息系統是信息實現子系統對出行者的單邊通信，如無線廣播、電視等。而ATIS大量地選用遠程數據傳輸方法，使子系統不但能向出行者公布實時交通信息，還可以獲得出行者本人的信息并實現儲存?，F代的無線電通信技術，除了使用傳統式的聲頻廣播節目外，還可以根據MPEG-4、H.264及H.265 和MPEG-2、ACC 等多種方式，把交通出行信息和資訊新聞等多種媒體信息傳送到手機，因此能夠更好地向在途駕駛人員通告實時交通信息，進而完成高效率的道路交通引導。

1.3 內容的豐富性

隨著GIS、GPS 和現代通信技術等的運用，ATIS能夠提供的信息也愈來愈充實。地圖數據庫使ATIS提供的信息更豐富、清楚和確切，具備了普遍的可利用性；云智能停車系統將各個地下停車場數據信息聚集至云計算中心進行統一管理，可以為政府部門、主管機構、經營單位提供遠程控制的泊車管控、數據分析；途徑誘導系統根據路網最新的交通流可視化數據進行路徑選擇，使路網交通流的總體提升變成可能。

2 城市交通信息系統結構框架

城市交通信息系統包括地貌和公路網信息、公交車信息、地鐵和輕軌等軌道交通信息（若有）、服務項目信息（轉乘、交通出行輔助、地下停車場、緊急救助）、道路交通信息、車輛安全輔助駕駛信息等。城市道路交通應用系統由每個信息技術子系統所組成；每一個信息技術子系統又分成數據采集系統、信息核心互聯網、信息發布系統、數據庫管理系統等，并且為上一互聯網給予信息網絡資源，其關聯組成架構如圖1 所示。

圖1 城市交通信息系統

系統的物理架構一般是分布式和集中式相結合，各子體系布局比較均衡，城市交通資訊中心具有大數據集成的共享信息服務能力。各子體系完成了信息收集、局部統一控制、共享大數據集成服務等工作，因此城市交通信息管理系統的工程建設應分期進行。條件比較完善的系統建設可優先建立示范性項目，以促進其各子體系與有關的各個單位的通力協作，完成信息系統的進一步優化構建和運營。系統建設中不但要看重系統核心的總體發展，還需注意與各個子管理體系間的交叉式合作與聯絡，共享是城市交通智能管理系統的生命。

3 基于城市公共交通建立交通信息系統的可行性分析

因為我國發展經濟資源有限，城市道路交通基礎設施建設又處在快速發展時期，開發建立完善的智能交通系統的條件還有很多的不足。要實現我國在未來的智慧交通系統概念與關鍵技術方面擁有自主知識產權，需要進行基礎理論研究和實踐研發，結合我國道路的特征，尋找智慧交通應用發展的突破口，重點是要建設道路交通網絡系統。

按照國家道路與交通電子商務信息系統的構成框架，國家道路交通信息系統應當以發展現代化的地理資訊系統（GIS）信息技術、衛星定位信息技術、計算機系統、通信信息技術為基礎，建設大規模的信息收集和發布電子商務信息系統硬件、發布數據處理應用、安裝數據傳輸光纜。為發揮出系統的真實效用，需要對智慧交通各部分進行搭建，如出行與交通運輸管理系統、先進道路與交通監測系統、先進機動車安全管理系統、商業汽車經營系統、城市公共運輸系統、網絡電子收費管理系統、應急系統等。

目前，國內信息收集硬件技術一般是以傳感器式的電子探測器科技（如機械式、電光式、電氣式、地磁式、超聲式等）、視頻型的圖像捕獲科技和數據通信科技（有線電視數據通信、無線數據通信、衛星數據通信、衛星定位等）。這些技術含量高、投入大、見效慢，需要進行長時間的工程建設，無法滿足我國的城市化社會高速發展提出的需求，不能在短期內解決日益嚴重的城市交通難題，所以應積極探索投入小、見效快的城市道路交通數據收集、管理和更新制度。

根據我國道路特點，應依托公共交通建設道路網絡系統進行可行性研究。在我國很多城市，居民日常生活大多依賴公共交通，公共交通總量大，運行時間穩定；公共交通汽車遍布在道路網中的主次干道上，并且分配相對均衡；公共交通營運線路與城市道路網絡緊密聯系；公共交通運行時間相對穩定；獲得的數據信息用途廣泛。另外，優先發展公共交通也是當前我國城市既定的發展策略，目前不少城市都已根據國家有關政府部門的政策規定進行了城市公交建設計劃，不少城市的公交車配備了衛星定位系統，建設了公共交通調度網絡，并設置了公共交通調度信息中心，這就為在道路上行駛的公共交通車輛的位置提供了必要的保證，也就為公共交通數據收集、管理和報告工作提供了依據。綜合利用國家道路信息監控中心的技術基礎和交通與城市道路交通的運行特點建設國家道路信息系統也是可行的，是我國ATIS 建設的突破口。

4 基于公交的城市交通信息系統

針對目前我國城市公交的發展現狀，將采用在公交車上裝備的衛星定位設備、公共交通IC 卡管理系統和移動支付系統及車載感應探測器等信息采集系統，智能收集公共交通車輛的數據運行狀況資料，并采用現代的通信技術傳送這些數據給公共交通信息中心，并將公共交通調度系統數據經過公交車的電子站牌、公共視頻顯示屏、城市交通監測設備等的數據采集、管理、傳播等管理系統（如可變信息標志、廣播誘導系統等）向全體公共交通參與者智能公布路面的公共交通數據，以實現公共交通出行高效、快捷、安全、舒心的服務目標?；诠坏某鞘薪煌ㄐ畔⑾到y結構，如圖2 所示。

圖2 基于公交的道路交通信息系統

4.1 公交信息智能采集

利用公交自身技術，可以搜集的基本信息包括：公共交通運營線網、衛星定位、公交車運輸信息等。一些大中城市已基本建設了GIS 電子地形圖，即完成互聯網技術智能化公共交通運營線網；未基本建設GIS 的城市，則根據數字化方法將公共交通運營線網數字化。通過模仿和道路網的特征在智能化公共交通路線網里進行體現，與交通出行衛星定位智能管理系統結合后能及時智能化地進行反饋，如公共汽車行駛速度和遇阻狀況。應用差分信號GPS 技術性，完成真實的交通出行定位系統。將汽車專用型終端設備（包括衛星定位接納機、單片機設計、無線網絡Modem、數據信息/語音通信廣播電臺等設備）置放在公交車上，可以在無影響的情況下自行完成對公交車的位置信息與精準定位信號傳回，向調度系統遞交信號。與此同時還可以預埋端口號，作為外置車載式信息顯示。應用公共交通IC 卡、移動支付系統或其他搭車要求信號收集系統收集每輛公共交通汽車的真實客流量狀況，為運輸分析與預警給予數據信息。

城市內的公共交通汽車公司可以建立基本信息檔案，其數據項有汽車類型、運載功能（座位數與站位數）、車輛運齡、發動機狀態、售票時間、開收班日期、行駛路徑、起終點站和途經地點等。

4.2 道路交通信息智能處理與評價

交通智能采集平臺收集的交通數據傳送給公共交通信息中心，通過預先研究形成的道路數據實時處理模式和實時評價模型，能夠對道路情況做出智能評估。這些模型包括：

公交客流分析的模型。通過對公交旅客需求分析的旅客數量流向情況，既可為動態公共交通調度體系提供數據，也可為公共交通出行者提供選擇的信息數據。

道路交通狀況評價模型。通過公共汽車的出發時刻、公共汽車的行駛情況、公共汽車營運線網信息，即可測算公共交通汽車的運營速度。通過對運營速度的測算結果，實現對道路系統交通狀況的衡量，道路的交通狀況可根據公共交通運營效率劃分順暢、穩定、擁堵、阻塞等狀況。道路交通狀況與公共交通運營效率有如下對應關系。

若某條高速公路i 的最高運行速度為車速Vi，則規定該公共管線的一段按照通行情況為擁堵、擁擠、安全、通暢的臨界行駛速度分別為V0、V1、V2，即：

Vi≤V0則：路 段 交 通 狀 況 為 擁 塞。V0＜Vi＜V1則：路段交通狀況為擁擠。V1＜Vi＜V2則：路段交通狀況為平穩。V2＜Vi則：路段交通狀況為暢通。

確定整個城市道路網的交通狀況/事故和應急事故的評估模式。通過路面上多輛公交車受阻時段的延長，通過預先設置的分析程序，能夠判別道路上的異常情況，如出現車禍等。通過公共汽車運行狀況、交通流模型以及機動車燃料耗費環境影響模擬，衡量整個城市的公共交通環境效率。

4.3 城市道路交通信息智能發布與應用

4.3.1 將公共交通信息中心管理的信息通過公共信息管理系統發布，并與城市監控管理系統的數據中心互聯，應用城市監測管理系統的公共信息發布手段，實時智能地向城市交通參與者公布道路交通信息。

4.3.2 通過專用頻段的交通廣播實現道路情況即時發布，實現車流和人流的引導。

4.3.3 在公共交通的首末站以及換乘中心，設置電子顯示屏或電子觸摸屏實現公共交通的相關資訊發布，使公共交通出行者能做出最優化的出行選擇。

4.3.4 建立公交電子站牌進行公交客流信息智能發布，進行公交乘客誘導。

4.3.5 公交車輛采集的數據在城市監測中，可以用于道路交通的管理。城市交通監控中心利用可變的信號發出信息給廣大交通出行者。

5 ATIS 系統應用的保障措施

為增強ATIS 的公共信息服務功能，將在主要干道增設交通信號收集裝置和信號發送裝置。交通信號的收集裝置主要有環形輸入線圈、超聲波觀察儀、紅外線監測儀、微波道路監視儀、影像汽車觀察儀、智能卡口、衛星定位設備、電子產品數據庫、便攜式手機及電子產品警務設備等。對已設置交通數據收集裝置的線路，沒有開通的可正常開通；沒有配置設施的道路，應安裝相關設施以便于有效收集道路交通數據。公共信息傳播系統可以利用道路交通誘導電子信息屏對出行人員實施群體性道路交通誘導，讓出行人員按照誘導信號自發確定出游路線。在道路的上空，可安裝可變的信號顯示器，以綠、黃、紅色分別顯示道路通行、擁堵、封閉；還可采用圖文+可變信息標志屏表示是否處在交通事故、施工、交通管制等情況下；也可采用動態圖文LED 屏幕，提供前方道路的通行路況等內容。設置交通引導電子信息屏，須提前規定距離，多次設定，以起到引導的效果。針對愛用手機的出行者，還可以利用公共互聯網平臺以GIS+即時路況+即時交通事件的方式，公布道路的即時路況。

6 結語

智慧交通（ITS）是當今世界上交通運輸的最高尖端技術，新型的交通運輸信息系統也是ITS 的重要基石，政府和相關行業都必須全面重視并加以深入研究、發展和應用。本文根據當前城市道路的特征探討了基于公交的道路信息智能體系的建設，力求借助已有的技術，用更低的成本推動ITS 的開發和應用。