基于GIS、GPS的城市公共交通监控与实时控制系统

李楠,陈超

(河北联合大学 资源与环境学院,河北唐山 063009)

0 引 言

随着城市经济的快速发展和城市化进程的加快,城市的交通状况也日趋紧张,在很大程度上影响着城市经济的进一步发展及人民生活水平的提高。大力发展道路利用率很高的城市公交,提高公交出行比例,以减轻道路交通压力,缓解交通紧张局面是解决城市交通紧张的主要途径。

专家们将交通未来的发展方向定位在利用先进高科技技术来改善公交系统的状况。公交中涉及的各种各样的信息除了具有信息量大、动态、不确定、复杂、非线性、时态等特征外,还具有明显的地理特征。所以,把地理信息系统(GIS,Geographic Information System)应用于公共交通是非常有必要的。

针对唐山市公交网络和运营模式特点,运用GIS系统对运营过程进行模拟,从而构建基于GIS和GPS的公交监测与实施控制模型。通过对城市公交智能监控与实时调度系统的实现,从内部讲,将提高公交运营管理的集约化水平,实现公交车辆的动态监控和实时调度;从外部讲,将提高公共交通的社会服务质量,提高公共交通的吸引力,从而有利于缓解城市交通拥挤问题。

以唐山市公共交通为背景,通过对公交网络运营监控方法的研究,在W INDOWS XP系统环境下,运用V isual C++和A rcGIS技术可以实现公交智能调度系统,该系统将直观、准确地反映公交的运营状况,为公交调度人员提供一个可视化的操作平台。从而更准确得对车辆实施调度,提高公交的服务质量,提高公交的吸引力。

1 唐山市公交网络和公交运营模式特点

1.1 唐山市公交系统的发展及现状

唐山市的公交系统主要以公共汽车为主,从20世纪80年代初期的18条线路,发展到现在114条线路,逐渐形成了一个覆盖比较全面的公交线网,目前拥有营运车辆1942部,运营线路总长度1613公里,日客运量70～80万人次,承担着唐山市区60%以上的客运交通任务。随着近几年唐山市公共交通体系的逐步完善和公共交通运营模式的改革,城市公共交通的服务水平和服务质量都得到了非常大的提高,保障了社会的和谐稳定和经济的平稳运行。

2003年28、36、37、42等部分线路安装了电子调度系统,成为省内首个实施电子调度系统的公交线路; 2005年唐山市公交线路仅有50条,但经过近五年的发展,唐山市公交线路增加到114条。在原先的基础上增加的游1路,K 1、K 2、K 3路,不仅加快了出行速度,而且构建了以市中心区线网为骨干,古冶、丰润、丰南区域线网为补充,连接城乡、布局合理的公共交通网络。

1.2 唐山市公交运营的模式特点及不足

从目前公交线网的实际运营状况看,和其他公交较发达的城市比较,唐山市的公共交通体系还存在着以下不足:

(1)公交线网布局不合理。

由于城市布局规划的变化调整和居民出行需求的变化,导致现有公交线网存在着诸如线路重叠过大、运营速度慢、运营线路过长,以及换乘不便等问题。

(2)运营管理手段落后。

先进的管理手段是提高效率的倍增器,唐山市公交系统的运营硬件设施的质量较高,如果辅助以高效的运营、调度系统,可以极大地提高运营效率,提高现有设施、设备的利用率。

(3)没有完善的车辆调度系统

公共汽车的调度完全凭工作人员的历史经验,而没有考虑到城市交通不断变化的特点。运营管理主要靠人力,总体技术手段落后,信息实时性不强,基本上没有新技术的应用。公交车辆与调度车辆及调度部门缺乏必要的信息沟通,车辆从始发站出发后,就与调度部门失去联系,调度人员也无法知道车辆在道路上的运行状况,驾驶员也不知道前方道路的拥挤状况,乘客也无法确定最佳路线。

由以上分析可以看出,发展唐山公交,建立基于GIS、GPS的城市公共交通监控与实时控制模型是非常有必要的。

2 智能监控与实时调度系统

公交车辆网络与运营智能监控与实时调度系统如图1所示。由图可知,系统分为四部分。

图1 智能监控与实时调度模型

2.1 车辆数据接收系统

车辆数据接收系统,主要由GPS接收机以及无线电通讯网络组成。通过这个系统的完成,可以实时接收车辆的位置信息,同时驾驶员把行驶在该线路上的交通信息也可以一并传回,如道路拥挤状况、站点人员停留信息、乘客上下人数信息。将这些信息发送到调度监控中心,为调度中心调度决策提供基础数据。

2.2 车辆位置显示系统

GIS的主要功能是提供对地理空间数据精确方便的输入输出,并对其进行编辑、存储、管理、分析和可视化表现。一方面,GIS系统可以分散收集的各种空间、非空间信息输入到集成的计算机系统中,建立起相互联系的数据库,从而实现了对数据的有效管理。另一方面,可以利用GIS高效的提取公交系统各个不同侧面、不同层次的空间和时间特征,快速的模拟实际过程,为监控中心提供准确直观的数据,从而实现车辆的实时调度。

图2 基于GIS的电子地图制作流程

2.3 车辆调度系统

车辆调度系统是在调度监控中心在接收到车辆实时数据并在电子地图上显示出来,发现存在异常情况时,为车辆制定调度计划,然后将调度计划下达给需要调度的车辆,完成调度计划。

图3 公交车辆动态调度实施方案

2.4 监控调度中心

监控调度中心是城市公共汽车实时调度管理系统的核心部分,它完成对车辆的监控、导航与调度,而且能实时可靠地接收定位信息,并在电子地图上显示车辆当前的位置。

图4 监控中心组成

3 结 论

基于GIS、GPS的城市公共交通监控与实时控制模型是一个极具研究意义和研究价值的领域,它提高了城市公交系统的管理水平和管理的技术手段。预计项目研究成果的应用,可以使中等城市公交运营成本下降5%～10%,服务质量提高20%以上。

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