发展先进公交系统中的几项关键技术

发展先进公交系统的几项关键技术（上海智合电子科技有限公司ITS实验室彭守斌200233）摘要国内目前构建智能公交系统的方式有建设快速公交系统、规划公交专用道及公交信号优先系统以及改造提升现有公交运营系统；在这些建设模式中，有几项关键技术需要得到解决：其一、基于实时的客流人次采集及分析技术的公交运营调度技术；其二、基于实时道路交通流量采集及分析技术的公交信号优先和道路优先技术；其三、基于实时车辆行驶、候车安全检测及分析技术的公交安全监管技术；其四、实时公交信息服务技术。关键词智能公交、BRT、SCOOT、SCATS、先进公交系统AbstractAbstractAbstractAbstract：ThedevelopmentofadvancedpublictransportsystemisthenationalTenthFive-YearPlan,China'sdevelopmentgoalofintelligenttransportation,establishasecure,fast,comfortableandconvenientpublictransportsystemistheeaseofintelligenturbantrafficpressuretomeetthetravelneedsofresidents,animportantwaytoprotecttheurbanenvironment.Chinatobuildfromthecurrentpracticeofintelligenttransportationsystempointofview,thereisbusrapidtransitsystem,tofullydrawonrailtransitconstructionandmanagementmodels;Inadditiontherearebuslanesandtransitsignalprioritysystem;againistoreformandupgradetheexistingtransitoperatingsystem.Allofthesebus-buildingpattern,thereareseveralkeytechnologiesneedtobeaddressed:First,basedonpassengertrafficattimesreal-timecollectionandanalysisofbusoperationsschedulingtechniques;secondly,theroadtrafficflowbasedonreal-timecollectionandanalysisofbussignalpriorityandprioritytechnicalroad;thethree,basedonreal-timetraffic,waitingdetectionandanalysisofbussafetysupervisionandmanagementtechniques;thefour,real-timepublictransportinformationservicestechnology.KeyKeyKeyKeywordswordswordswords：Intelligentbus,BRT,SCOOT,SCATS,AdvancedPublicTransportationSystem自2000年开始，国家“十五计划”明确在近阶段中国智能交通的发展目标，开始实施“智能交通示范城市项目”，选定北京、天津、上海、广州、武汉、杭州、深圳、济南、青岛、中山十个城市为智能交通示范城市，实现“十五规划”制定的三个目标，其中有一个关键目标就是要发展先进的公交系统，实现公交速度提高15%的目标，智能公交也从此走进了大众的视野，于是，我们看见了政府层面的公交优先、行业层面的公交改革和公交重组、广大老百姓关注的公交出行。从大范围的城市公交系统看，公共交通是对应私车而言的，应该包括：公交巴士、地铁轻轨、出租汽车、城区轮渡水运、其它公共交通运输等；但是，对于中国绝大多数城市、广大居民出行而言，城区公交巴士出行仍然是最重要的出行方式选择，如何构建安全、快速、舒适、便捷的智能公交系统是缓解城市交通压力、满足居民出行需求、保护城市环境的重要途径。然而，从目前国内构建智能公交系统的实践来看，有厦门、上海、郑州、常州等城市拟在建的快速公交系统，充分借鉴轨道交通建设和管理模式；另外还有绝大数城市在进行的公交专用道及公交信号优先系统；再次就是在现有公交运营系统基础上，提高城市公交线路密度、增加及提升公交车辆数量和质量、改进完善公交候车环境、构建公交信息化指挥平台。在所有的这些公交建设的模式当中，有几项关键技术需要得到解决：其一、基于实时的客流人次采集及分析技术的公交运营调度技术；其二、基于实时道路交通流量采集及分析技术的公交信号优先和道路优先技术；其三、基于实时车辆行驶、候车安全检测及分析技术的公交安全监管技术；其四、实时公交信息服务技术。1、基于实时的客流人次采集及分析技术的公交运营调度技术提起公交运营调度技术，我们都不陌生；首先让我们仔细地分析一下目前公交调度运营技术的现状。目前，公交运营调度技术的核心是GIS技术、无线通信技术（GPRS/CDMA/3G）、GPS定位技术，通过对公交车辆的实时位置、公交线路信息进行采集，通过传统的排班表（路单）对公交车辆进行调度；此外，当发生客流剧增、车辆抛锚等其它例外事件时，通过车载终端设备（GPS设备）或者通信终端（手机）实现调度中心和司机之间的半自动调度。随着城市化、城乡一体化快速推进，居民生活半径逐渐加大；早晚上下班高峰对公交服务呈现越来越明显的交通需求的潮汐性；重点商业场所、行政机关、事业服务部门对客流的聚散呈现不确定性；重要的节假日、大型活动及比赛日、重要的交通集散地等时间和地点对客流也呈现出极大的离散性。潮汐性、不确定性、离散性这三个典型特点给传统的基于3G技术的运营调度技术带来了很大的困难。公交运营调度技术如何从传统的车-线路调度技术发展到人-车-线路调度技术，这是一个重要的跨越，将使公交运营调度及大地适应不断变化的交通流需求。基于传统的车-线路调度技术，M=M0+F(x,△y)，其中M代表实时的调度方案，M0代表公交公司路单调度方案，x代表车辆数，△y代表同一线路车辆间隔的偏移，表现为同一线路内各营运车辆间的距离。在这个调度技术方案中，我们能做的就是根据我们日常运营方案，综合能调用的车辆和车间间隔，来实现调度方案，实现的是滞后调度。而基于人-车-路调度技术，M=M0+F(x,△y,△z)，其中△z代表站站之间公交车内客流差。通过对每个站点的客流次数的变化，对传统车-线路调度方案进行修正，使得调度技术能够反应客流的变化，实现预先分析、同步调度。目前实现客流人次采集的方法有许多，最常用的方法：公交卡数据聚类统计分析、踏板式客流统计、红外客流统计、视频客流统计。这些技术各有优缺点，从发展趋势来看，采用公交卡数据聚类统计分析和视频客流统计相结合的方法会逐步成为行业主流技术。2、基于实时交通流量采集及分析技术的公交信号优先和道路优先技术所谓交通信号优先系统，是指交通信号优先控制系统在公交车辆通过交叉口时，让交通信号（提前）变成绿灯，从而让车辆更快通过交叉口；这种技术很早就已用于救护车的信号优先控制；在公交优先技术中，在信号交叉口让公交车或轨道交通优先通行，可以保证其调度运行的准时性。70年代，美国对各种公交优先技术进行了大量的实验。这些系统通过手动方式（平时为连续信号系统，公交车辆通过交叉口时由司机控制）实现公交优先。90年代以来，技术水平大大提高。目前，交通信号优先系统通常作为车辆自动定位（AVL）系统的一部分，有选择地实施公交优先，如仅对偏离计划时间的公交车辆实行优先等。所谓公交道路优先技术，是指我们大家非常耳熟能详的公交专用道，即道路中央的公交专用道，在标定的时间内，只允许公交车行驶。例如，根据中国交通技术网公布的2007年9月24日至9月28日，对上海市公交专用道的公交平均运送车速进行调查的数据，浦西公交专用道高峰期公交平均运送车速为14－15km/h，平峰期公交平均运送车速为17－19km/h；浦东主要干道高峰期公交平均运送车速为13－19km/h，平峰期公交平均运送车速为18－20km/h。与同类未实行公交专用道的线路的行驶速度相比，平均速度提高约12%。目前，公交信号优先和公交专用道优先两个系统在我们国内绝大多数城市是无关联的，只是在BRT系统中，才有类似的简单融合；但是建设BRT系统，需要耗费太多原本就非常紧张的道路资源、而且建设营运费用和传统公交系统相比要大得多，大面积构建BRT系统是不可能的。在发展先进公交系统中，如何解决传统公交优先系统中时间优先和空间优先的协调，尤其是如何按照实时道路交通流对公交时间和空间优先的影响建立交通优先协调模型是一项非常重要的前沿技术。在通用的交通信号控制系统中，实时交通流检测是实现智能交通信号控制系统的重要手段，最具有代表意义的是SCOOT和SCATS系统，但是包括SCOOT和SCATS等著名的交通控制系统在内，我国的交通控制实际中尚没有实现公交优先控制的功能。因此，在公交专用道上行驶的车辆所占信号周期如何和同一方向社会车辆车道共享信号周期，是否要设定专用信号相位，公交优先相位如何满足公交车的响应，在饱和交通流情况下如何实现公交的信号优先，等等都需要大量的实践。公交信号优先涉及到控制系统的设计、控制策略的优化、控制模型的求解以及社会交通流和公共交通流效益的均衡等多方面的内容；特别是在我国公交系统流量大，网络复杂，可靠性差和背景交通拥挤严重，对信号协调要求较高等一系列特征下，公交优先信号控制系统必然要依靠完备的公交优先控制理论体系作为支撑，运用先进的计算机和信息技术，以中国城市交通状况和公交系统的特征作为研究对象，提供离线优化计算和在线优化计算的两大公交优先控制功能，来分别对应被动优先和主动优先两种优先控制策略，根据实时采集的公交车辆与社会车辆的状态信息，优化调整并输出考虑公交优先的最优配时方案。3、基于实时车辆行驶、候车安全检测及分析技术的公交安全监管技术公交车辆作为交通运输工具，需要关注的是其交通特性，让公交车运行的效率提高是其不变的主题；然而，公交车辆作为移动的公共场所，发展先进的公交系统，必须要花大力气去研究公交安全监管的问题。在固定的公共场所，我们可以通过城市的网格化管理手段，让城市公共场所安全监管无盲点；在地铁、航空、长途运输、水运等其它公交场所，我们可以依靠站场安检，聚散点安检来实现安全监管；然而，对于最为广泛的、最为薄弱的公交车辆的安全问题如何监管，是一个关键的问题。在我国，公交车发生自燃起火、携带危险品爆炸等恶性事件也频频出现，而且，对于这类安全隐患，我们并没有系统的监管技术，在北京奥运会期间，我们曾经有过尝试，就是让涉奥公交车辆全部安装视频监控系统，将车辆内的图像传输到指挥中心；在新疆“7·5事件”后，对乌鲁木齐公交车则采取了类似固定公共场所安全监管的模式进行监管。这两种监管模式，一类是事前监管，预防突发事件；另一类是事后监管，防止类似事件再次发生。在公交车辆行驶过程中，存在大量的安全隐患，例如：车辆超速、带速开门、违章变道等司机违章驾驶行为引起的；发生在公交车的偷盗、斗殴等治安事件引起的；携带易燃、易爆、化学危险品乘车引起的；在公交站点，由于人多、车辆多，发生安全事故的隐患也异常突出；林林总总的安全隐患的监管是发展先进公交系统的必然要求，目前，用于安全监管的技术手段也很有限，一方面是由于公交特殊性决定，另一方面，用于其它场所的监管技术移植到公交车辆也是在摸索中。最常用的技术手段有视频图像监控技术、GPS及行车记录仪技术。这类技术对传统安全隐患还能起到一定的作用，但是对于应对“上海黄兴路的842路公交车携带违禁物品上车发生爆炸”这类的安全隐患就很难起到作用。如何基于实时车辆行驶、候车