基于ITS的公共交通管理与运营

1/30智能交通系统基于ITS的公共交通管理与运营学院土木与交通学院专业交通工程姓名牟瑶学号200730171136提交日期2010年12月22日2/30基于ITS的公共交通管理与运营牟瑶土木与交通学院07交通工程200730171136【摘要】众所周知公共交通是一种高占有率且能耗低、污染少的交通方式，为了缓解目前大中城市普遍存在的交通拥堵问题和实现城市的可持续发展，需要大力发展公共交通。此外，随着科学技术的发展，以及传统的交通管理与运营的方式和手段与现有的交通问题之间的矛盾日益凸显，智能交通系统被提出并且发挥其优越的特性。本文阐述了公共交通的有关定义，并从几个方面介绍了智能交通系统（ITS）在公共交通管理与运营中的应用。本文重点在于公共交通的信息系统及公交信号优先控制策略，并简要介绍了国内外智能公共交通的发展状况，为我国的智能公交的发展提出了一些建议。【关键词】公共交通ITS信号控制信息系统公交优先一、公共交通公共交通(Masstransit)，或称公共运输(Publictransport)，泛指所有收费提供交通服务的运输方式，也有极少数免费服务。广义而言，公共运输包括民航、铁路、公路、水运等交通方式；狭义的公共交通是指城市范围内定线运营的公共汽车及轨道交通、渡轮、索道等交通方式。严格地讲，公共运输包括人员与货物运输两个方面，而公共交通则只是指人员运输方面，且限于都市区范围的人员运输，在一些场合中，公共交通同义于公共运输。1.1公共交通定义一般来说，我们所讲的公共交通，是指在城市及其所管辖区范围供公众出行乘用的、经济的、方便的各种客运交通方式的总称，包括公共汽车、电车、出租汽车（辅助公共交通工具）、轮渡、地铁、轻轨以及缆车、索道等客运交通方式。1.2公共交通系统公共交通系统由通路、交通工具、站点设施等物理要素构成。随着城市的发展，客流需求呈现多元化、多样化的趋势。根据了客流出行需求的不同服务层次，可将城市公共交通系统划分为3类。（1）快速公共交通。提供快速、大容量、可靠的公共交通服务，是城市客运交通的3/30骨架快速公交服务于城市主要客流走廊，或是连接是较重要的城镇。其实现形式可以是地铁、轻轨、现代电车和BRT等。（2）常规公共交通。公共交通系统中最为常规、最为基础的服务层次，以服务覆盖面广为主特征，服务中短距离公交出行。代表形式是常规地面公共汽车和电车，包括无轨电车和有轨电车。（3）辅助公共交通。在小范围内提供一端到门的服务，较高的可达性、便利性与灵活性——辅助公共交通的重要特征。典型方式有小公共汽车、接驳公交、响应式公交和出租车。图1.公共交通组成公共交通系统具有运量大、运送效率高、能源消耗低、相对污染少、运输成本低等项优点，在城市交通干线尤为明显。表1.客运方式人均占用道路面积比较单位：平方米客运方式公共交通小汽车自行车占用道路面积（动态）1~210~206~10占用道路面积（静态）1.5~24~61.5表2.各种交通方式的用地比较（每小时运送15000人次的占地宽度）交通方式车辆容量/(人/车）发车频率/(车次/h）占地宽度/m运能富余*/%小汽车在普通道路1.370017车道×3.5m无小汽车在高速道路1.318007车道×3.75m无普通公共汽车751004车道×3.5m无轻轨40050高架或地下或地面7.5m33快速轨道交通100010002540高架或地下或地面8m67167注：*为满足每小时运送15000人次后。表3.几种交通工具单位能耗估计值（克当量石油／公里）公共交通常规公交快速轨道其他公共汽车无轨电车有轨电车地铁轻轨郊区铁路中小巴轮渡、缆车单位通勤车4/30小汽车二轮摩托车郊区铁路公共汽车地铁电车902520202516由上面的比较可以看出，公共交通占用道路和停车用地最为经济。如果以每平方米每小时通行人数多少作为标准衡量道路的使用效率，公共汽车是小汽车的10~15倍。运送同样数量的乘客，公共交通（包括公共电汽车、地铁、轻轨等）方式与私人小汽车相比，分别节省土地资源3/4、建筑材料4/5，投资5/6；私人小汽车产生的废气是公共汽车的10倍；耗油量是公共汽车的2~3倍；交通事故的发生率更比公共交通高出100倍。由此，要解决大、中城市目前普遍存在的交通拥挤、交通事故频发和环境严重污染等问题，应特别重视优先发展城市公共交通。优先发展公共交通已经被世界各国公认为是解决大、中城市交通问题的最佳策略，它是城市可持续发展的必由之路。1.3公共交通目标各种公共交通方式的不同服务范围和特征为城市不同客流响度和分布及出行目的提供了交通供应和系统结构的基础。各种公共交通方式应有机结合成一个完整的城市公共交通客运体系，这个系统具有强大的综合客运能力；在中心城区，尤其在中心商业区，应充分利用地下或地上空间的灵活性和适应性，避免地面交通的拥挤；提供多种交通方式选择，满足居民多层次、多样化的出行需求；既有骨干交通，又有支线和补充交通，形成主次层次分明的交通系统；网络布设合理，覆盖率高，各种交通方式换乘方便。一般来说，我们将公共交通的目标分为三个层次：直接目标、间接目标和派生目标。（1）直接目标：直接目标：减少出行时间；减轻准时出行的心理负担；提高公共交通利用程度；减少投资和建设周期，达到实际效果；改善空气与环境质量。（2）间接目标：有利于城市布局优化，调整；有利于城市人口疏散，引导城市发展。（3）派生目标：提高和改进车辆性能；提高交通控制和管理水平。具体到我国“十二五”期间，公共交通的目标分为总体目标和具体目标。1．总体目标建立政府主导、文明规范、诚信可靠、保障有力的城市公共交通系统，为人民群众提供快捷、安全、方便、舒适的公共交通服务，使广大群众愿意乘公交，更多乘公交。到2015年，基本确立公共交通在城市交通系统中的主体地位，公共交通的服务能力和服务质量明显提高，行业可持续发展能力显著增强，推进城市交通向更便捷、更清洁、更和谐的方向发展。2.具体目标5/30（1）300万人口以上城市。到“十二五”末，建成以轨道交通为骨干、以城市公共汽电车为主体的城市公共交通服务网络，公共交通出行分担率达到35%以上。公共汽电车平均营运时速达到15公里以上，公共交通准点率较2010年提高20%，万人公共交通车辆拥有量达到15标台以上。1000万人口以上的城市基本建成城市轨道交通网络，公共交通出行分担率达到40%以上。（2）100-300万人口城市。到“十二五”末，基本建成以公共汽电车为主体，轨道交通和快速公交（BRT）适度发展的公共交通服务网络，公共交通出行分担率达到25%以上。公交车辆平均营运时速达到20公里以上，公共交通准点率较2010年提高20%，万人公共交通车辆拥有量达到12标台以上。（3）100万人口以下城市。到“十二五”末，建立完善的以公共汽电车为主体的城市公共交通服务网络，公共交通出行分担率达到15%以上，公交车辆平均营运时速达到25公里以上，万人公共交通车辆拥有量达到10标台以上。表4.“十二五”期间公共交通具体目标城市人口（万）出行分担率（%）公共汽电车平均营运时速（公里）准点率较2010年提高（%）万人公共交通车辆拥有量（标台）≥30035152015100-30025202012≤1001525—10一般来说，在公共交通系统规划与调整优化的过程中，通常选择直观、可量化的指标作为系统目标。例如，上海城市公共交通发展的总体目标，是坚持“以人为本、公交优先”，形成一个多种交通方式协调发展，衔接便捷的一体化公共交通体系，最大限度的满足广大居民的出行需求。到2015年，上海公共交通将实现“5050”目标——即在中心城和郊区新城，公众选择除慢行交通外的公共交通出行比重由目前的35%提高到50%；在公共交通方式中，轨道交通占总客运量的比重由目前的31.2%提高到50%。二、智能交通系统随着我国经济的发展和城市化进程的加快，各种车辆迅速增长，导致了道路交通供需矛盾十分紧张，由此引发了交通事故上升，运输效率下降，交通环境恶化等一系列的问题，传统的交通管理运营方式已经不能解决这些问题，于是，智能交通运输系统（Intelligent6/30TransportSystem,简称ITS）就应运而生。智能交通系统是将信息与通信技术有效地集成运用于整个交通运输管理体系，而建立起的一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合运输和管理系统。它通过人、车、路的和谐、密切配合提高交通运输效率，缓解交通阻塞，提高路网通过能力，较少交通事故，降低能源消耗，减轻环境污染。图2.智能交通系统作用2.1我国ITS框架我国智能交通系统主要由组织层、运输层和通信层三层组成。各组成部分的关系是：组织层向运输层提出目标要求，运输层给出相应的解决方案。运输层与通信层之间以接口相连。图3.我国ITS框架2.1.1组织层交通参与者交通设施交通工具调整交通需求提高服务能力信息与通信技术安全性/效率性/舒适提高，环境明显改善7/30组织层由中央政府、地方政府、咨询机构、企业、公司和用户组成，如图所示。中央政府提供部分财政支持，给予战略指导，传达有关政策法规。咨询机构向中央政府提供政策咨询，协助其制定标准，负责为企业、地方政府提供技术依托，培训ITS专业技术人才。地方政府也提供部分财政支持，积极与企业合作完成ITS项目及相关产品的开发与生产。用户则向地方政府和企业提出ITS研究及产品服务的要求与建议。图4.组织层2.1.2通信层通信层的主要功能是建立运输层各组成部分之间、运输层与用户之间的通信联系，如图所示。其中交换式电话网和专线常用于固定点间的通信。现有通信线可以为交通管控中心提供传感器/检测器和交通设施的控制命令。光缆和微波通信可提供从城市道路或高速公路传感器到交通管控中心的高容量数据通信或视频通信，同时还可以把这些信息传输给其它中心。当直接的传送不能实现时，扩频通信网可用于把传感器的数据传送到光缆网络上。调频副载波使用现有的电台完成出行信息的播放任务，车辆定位可通过立体声广播的导频信号实现，而通过差分GPS定位技术可以使得车辆定位更加精确。当地的调频广播或安装在路边的短波信标能够提供车内信息和公路咨询广播（HAR），而射频（RF）系统（通常指蜂窝数据通信和数据网络）可以提供紧急呼救服务（MAYDAY）和出行前咨询信息。车队调度使用主干无线通信系统完成商用车辆、公交车辆、紧急车辆的调度。8/30图5.通信层2.1.3运输层运输层由公路与城市道路系统、铁路系统、航空系统及水运系统构成。各系统之间既相互独立发展，又应该紧密联系，构成完整的、协调发展的交通运输体系。2.2城市道路ITS框架城市道路系统概括起来是由人、车、路及环境几部分组成，因此可以把城市ITS研究内容相应的分为交通管理与控制系统、智能公共交通系统、电子收费系统、车辆诱导系统、紧急救援系统、安全保障系统和环境监控系统等，如图所示。图6.城市道路ITS框架本文主要探讨的智能公共交通系统就包含在城市道路ITS框架中。通常情况下，我们将9/30智能公共交通系统划分为四个层次：智能公共交通信息服务子系统、智能公共交通优化子系统、智能公共交通调度子系统和智能公共交通评价子系统。在这里，我们主要研究公交运行、信息系统和公交信号优先三个方面。图7.智能公共交通系统的结构框架三、公共交通运营调度公共交通运营调度是指根据线路客流、车辆和道路的实际情况，管理车辆、行车人员，确定车辆的行驶方案，保证线路正常、高效率运行，并使出行者能够通过电子站牌了解车辆的到达时刻，从而节约出行者等车时间。公共交通运营调度系统是智能公共交通的基本组成部分，包括：车辆、站台实时监测和控制；地图引擎（数字地图处理）；自动排班引擎，如车辆/驾驶员自动排班、实时调度等；以及根据采集数据分析运营状况、改善网络资源规划。公交线路通常有三级运营线路：一条线路的调度站，设在具有调度业务功能的车站；调度室（调度分中心），管理区域内若干条线路；中心调度室，负责整个线网的调度管理。调度分静态调度和动态调度：1．静态调度确定线路人力、车辆、发车计划，其目标是在运能