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智能运输系统概论（第三版）普通高等教育“十一五”国家级规划教材21世纪交通版高等学校教材杨兆升于德新主编史其信高世廉主审智能运输系统概论目录第11章先进的公共交通系统第12章先进的交通管理系统第13章城市交通信号控制系统第14章电子收费系统第15章高速公路交通事件管理系统第16章应急指挥调度系统第17章智能车辆与自动驾驶系统第18章交通需求管理第19章智能运输系统标准化第20章ITS评价智能运输系统概论第11章先进的公共交通系统概述11.1智能化调度系统11.2公交信号优先系统11.3快速公交系统11.4智能化调度系统智能化调度系统智能化调度系统公交信号优先系统小结11.5智能运输系统概论11.1概述先进的公共交通系统（AdvancedPublicTransportationSystem，简称APTS），是利用系统工程的理论和方法，将现代通信、信息、电子、控制、计算机、网络、GPS、GIS等高新科技集成应用于公共交通系统，并通过建立公共交通智能化调度系统、信息服务系统、公交电子收费系统等，来吸引公交出行，缓解城市交通拥挤。APTS通过采集与处理动态交通信息和静态交通信息，以及通过多种媒体为出行者提供动态和静态公共交通信息，从而达到规划出行、最优路线选择、避免交通拥挤、节约出行时间的目的。智能运输系统概论11.1概述城市公共交通的地位：城市公共交通是国家综合运输网中的枢纽和节点，是城市客运交通体系的主体，是城市建设和发展的重要基础之一，是生产和生活必不可少的社会公共设施，也是城市投资环境和社会生产的基本物质条件，同时又是展示城市精神文明，反映城市国民经济、社会发展水平和市民道德思想风貌的窗口。城市公共交通主要优点：运载量大、运送效率高、能源消耗低、相对污染少、运输成本低目标与特征智能运输系统概论APTS的研究现状：自20世纪80年代以来，许多国家公共交通部门开始应用先进的信息与通信技术进行公交车辆定位、车辆监控、自动驾驶、计算机辅助调度及提供各种公共交通信息以提高公交服务水平。美国城市公共交通管理局（UMTA）已经启动了“AdvancedPublicTransportationSystem，即APTS”项目。主要研究基于动态公共交通信息的实时调度理论和实时信息发布理论，以及使用先进的电子、通信技术。11.1概述智能运输系统概论11.1概述日本APTS发展经历了3个阶段：20世纪70年代末开始应用公共汽车定位系统。80年代初开始应用公共交通运行管理系统，以及使用先进的电子、通信技术。进入90年代，东京都交通局开发了城市公共交通综合运输控制系统（CTCS)。氧化铁红欧洲通过实施公交优先政策，设立公交专用道，为公交车提供优先通行信号，布设智能公交监控与调度系统等措施。提高公交车辆运行速度和公交服务质量效地缓解了城市交通压力。智能运输系统概论11.1概述日本APTS发展经历了3个阶段：20世纪70年代末开始应用公共汽车定位系统。80年代初开始应用公共交通运行管理系统，以及使用先进的电子、通信技术。进入90年代，东京都交通局开发了城市公共交通综合运输控制系统（CTCS)。与欧美等国家相比，我国的公共交通事业还比较落后。目前，我国已经在杭州、上海、北京等地安装了电子站牌，车载GPS定位设备，实现了车辆的实时跟踪、定位、公交车与调度室的双向通信，以及电子站牌上实时显示下班车位置信息等功能。这些系统使中国城市交通迈入了公交智能化时代。智能运输系统概论先进的公共交通系统的体系结构本章主要参考吉林大学杨兆升教授的著作《城市智能公共交通系统理论与方法》并结合国内外研究现状，将APTS的研究内容划分为以下几个方面：公交系统优化与设计；公交智能化调度系统；公交信息服务系统；公交信号优先系统；快速公交系统（BRT0)；公交服务水平评价；11.1概述智能运输系统概论第11章先进的公共交通系统智能化调度系统智能化调度系统智能化调度系统公交信号优先系统概述11.1智能化调度系统11.2公交信号优先系统11.3快速公交系统11.4小结11.5智能运输系统概论11.2智能化调度系统智能化调度系统的定义：公共交通智能化调度系统是在对公交车辆实时调度理论和方法研究的基础上，综合运用通信、信息、控制、计算机网络、GPS/GIS等现代高新技术，根据实时的客流信息、车辆位置信息、交通状态信息等，通过对公交车辆的实时监控、调度指挥，实现对公交车辆的智能化管理，从而使公交车辆运行有序、平稳、高效、协调，实现资源的合理配置，提高公交企业的经济效益和社会效益。智能运输系统概论研究现状公交车辆调度是公交企业最基础、最重要的运营工作，包括公交线路的发车间隔和发车方式。目前，我国绝大部分城市还是采用传统的调度方法。模式为：首先根据客流调查基础数据、时间、季节等因素，凭借调度人员的经验，划定客流高峰、平峰和低峰期，在各个时间段内，采用定点发车的方法调度车辆。11.2.1研究现状智能运输系统概论11.2.1研究现状每天每辆车有一份小路单，车辆在始发站和终点站由调度人员人工签单，记录发车、到达、晚点、司乘人员、维修等数据。当天营运结束后，由统计员统计成大路单交给车队。中国一些大城市已经注意到城市公共交通智能化调度系统的重要性，开始逐步开发和实施类似系统。智能运输系统概论11.2.1研究现状应用实例杭州市公交总公司在公交线路上安装了电子站牌，并在公交车上安装了定位设备实现了车辆的实时跟踪、定位、公交车与调度室的双向通信，使调度实现了计算机辅助管理，提高了车辆运行正点率和服务水平。北京市调度中心大楼工程已基本完工，示范线路已经安装了GPS接收设备。上海、大连、宁波等城市的部分线路上也安装有电子站牌，实现了智能化调度。智能运输系统概论公交智能化调度系统主要组成部分包括：11.2.2系统构成公交调度中心公交调度中心主要由信息服务系统、地理信息系统、大屏幕显示系统、协调调度系统和紧急情况处理系统组成。信息服务系统负责向用户提供公交信息。地理信息系统接收定位数据，完成车辆信息的地图映射。大屏幕显示系统主要是实时显示车辆运行状况。当出现紧急情况时，协调调度系统向分调度中心发出指令，合理调配车辆。系统组成如图11-1所示。智能运输系统概论11.2.2系统构成图11-1公交调度中心框图图图智能运输系统概论分调度中心分调度中心由车辆定位与调度系统、地理信息系统两部分组成。车辆定位系统负责完成本调度中心所辖车辆的定位与监控，与车辆间的双向通信，向车辆发送调度指令，向电子站牌发送数据等功能。地理信息系统与调度中心中地理信息系统功能相同，只是范围要小些。系统框图如11-2所示。11.2.2系统构成智能运输系统概论11.2.2系统构成图11-2分调度中心系统框图智能运输系统概论11.2.2系统构成车载移动站采用差分GPS定位技术，车载专用终端机安装于移动的公交车辆上，可以在无人干预的情况下自动完成运动车辆的定位和定位信息的回传。必要时，可以向分调度中心提供短信息。如果需要可以口留出接口用于外接车载显示设备。如图11-3所示。图11-3移动站框图智能运输系统概论11.2.2系统构成电子站牌电子站牌负责接收和显示下班车到站信息和服务信息，由一套MODEM/电台、单片机、电子显示站牌组成，如图11-4所示。单片机的作用是接收信息，将其处理后送到电子站牌上显示。电子站牌除了显示车辆运行信息外，还可以显示其他信息，如日期、时间、气象预报等。图11-4电子站牌系统框图智能运输系统概论智能化调度方法是相对于传统调度方法而言的，二者的区别在于智能化调度方法是根据实时客流信息和交通状态，在无人参与的情况下自动给出发车间隔和调度形式的一种全新的调度方法。而传统调度方法是调度人员根据公交线路客流到达规律，凭借经验确定发车间隔和发车形式的一种调度方法。智能化调度分为车辆调度形式、实时放车调度、紧急情况实时调度3个方面。11.2.3智能化调度方法智能运输系统概论11.2.3智能化调度方法车辆调度形式车辆调度形式是指营运调度措施计划中所采取的运输组织形式，基本上可有两种分类方法：（1）按车辆工作时间的长短与类型，分为正班车、加班车与夜班车；（2）按车辆运行与停站方式，可分为全程车、区间车、快车、定班车、跨线车等。UTMS子系统智能运输系统概论11.2.3智能化调度方法实时放车调度实时放车调度问题（Real-timeDeadheadingProblem，简称RTDP）是目前国际上调度理论方面研究的热点。它是指车辆空车从始发站出发，经过数个公交站点后，开始按站点次序依次停车的调度形式。放车调度形式的根本出发点就是减少停靠站点上候车乘客的等车时间，但放车调度形式延长了车辆所越过的站点上乘客的等车时间。因此，确定是否采取放车调度形式需要权衡利弊，这就需要建立实时放车调度模型的目标函数。智能运输系统概论11.2.3智能化调度方法紧急情况实时调度当公交车在运营过程中遇到交通事故、重大事件等紧急情况时，会出现客流突然增加的情况，致使某班公交车出现拥挤而产生延误。如图11-5所示，第i辆公交车由于客流突然增加造成初始延误。面对这种情况，可以采取以下几种调度方案：方案1：前车加大站点停靠时间法。这样不但可以解决后面站点乘客等车时间延长的问题，而且可以使整个车队运行趋于平稳。智能运输系统概论11.2.3智能化调度方法方案2：前车减速方法。调度人员同样可以通知前几班车减速，这样也可以使后面站点乘客等车时间缩短，而且到达终点站时，间隔趋于平稳。方案3：后车加速方法。与方案2效果相同。方案4：后车缩短站点停车时间方法。与方案1效果相同。方案5：放车调度方法。如果紧急事件发生地点与始发站距离很近，可以临时调度一班空车，直接行驶到事件发生地点，缓解客流拥挤的情况。智能运输系统概论11.2.3智能化调度方法由于客流突然增加造成初始延误ii+1i+2i+3i+4终点站站点时间由于乘客过多造成的延误实际延误051015202530354045505555间隔过大图11-5由于某站点客流突然增加造成延误的公交车运行图智能运输系统概论第11章先进的公共交通系统智能化调度系统智能化调度系统智能化调度系统公交信号优先系统概述11.1智能化调度系统11.2公交信号优先系统11.3快速公交系统11.4小结11.5智能运输系统概论11.3公交信号优先系统公交信号优先系统贯穿于公交车辆、公交车辆调度与管理系统、交通管理与控制系统，并与之有紧密的联系，通过在这几个模块之间进行信息交互，实现对公交车辆的优先信号控制。这几个子系统在以下组成元素之间实现信息通信和交互：智能运输系统概论11.3.1公交信号优先系统组成公交车辆检测系统（busdetectorsystem）：优先请求发生器（priorityrequestgenerator，简称PRG）：优先请求服务器（priorityrequestserver，简称PRS）：通信系统（communicationsystem）：交通信号控制器（trafficcontroller）：交通信号控制软件（trafficsoftware）：公交优先管理系统：智能运输系统概论11.3.2公交信号优先控制策略信号优先策略是指交通信号绿灯延长或比预定方案启动提前，以便某些特定车辆迅速通过交叉口。公共交通信号优先策略有其自己特定的内容。主要包括两个方面。1）被动优先控制策略；2）主动优先控制策略；智能运输系统概论11.3.2公交信号优先控制策略1被动优先控制策略被动优先控制策略的实施是根据公交线路公交车辆的发车频率、行车速度等历史数据设计和协调路网内交叉口的信号配时，同时降低交叉口信号周期长度以减少公交车辆的停车和延误。主要包括以下几个方面：（1）网络化配时规划（2）信号周期调整（3）增加相位时间（4）相位分割（5）限制转弯智能运输系统概论11.3.2公交信号优先控制策略2）主动优先控制策略相对于被动优先，主动优先控制策略具有更强的适应性。主动优先控制策略一般有以下几种控制形式：（1）绿灯延长（2）绿灯提前/红灯早断（3）相位插入