公交系统信息化智能化建设及其发展.docx
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公交系统信息化智能化建设及其发展
公交系统信息化、智能化建设及其发展
作者：
史其信
近年来我国各大中城市又出现了新一轮的交通拥堵，而且有进一步发展和恶化的趋势。
为此，各地政府和相关主管部门都在研究和实施各种治理和应对交通拥堵的对策。
其中优先发展公共交通和建设BRT快速公交（BusRapidTransit）系统，已得到全社会的共识。
温家宝总理2004年6月明确指出：
“优先发展城市公共交通是符合中国实际的城市发展和交通发展的正确战略思想”。
智能交通系统（ITS）的发展无疑为“公交优先”战略的实施提供了先进的技术手段。
一、智能交通系统与公交信息化发展的时代背景
“公交优先”政策的执行，向来都是以先进的理念为指导，以先进的技术为支撑的。
回顾世界城市公共交通已经历了五个世纪的发展进程，从16世纪后期的“公共四轮马车”开始，经历了马拉轨道车、蒸汽动力轨道车辆、有轨电车、无轨电车、公共汽车、地铁到20世纪70年代以来的磁悬浮列车、BRT等，都体现了社会的发展及科学技术的进步，当今公共交通逐步向快速化、舒适化、多样化、环保化和智能化方向发展。
尤其是八十年代中叶以来，ITS（IntelligentTransportationSystems）作为将先进的信息技术，数据通信传输技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地运用于整个运输管理体系，使人、车、路密切地配合、和谐地统一，从而建立起一种在大范围内，全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统，已成为21世纪现代化交通运输体系的发展方向，也标志着智能交通系统推进城市公共交通进入信息化、智能化发展的阶段。
工业化国家中发展ITS的背景主要有以下时代特点：
1.汽车发展社会化
工业化国家在市场经济指导下，大都经历了经济的发展促使汽车的发展，而汽车产业的发展又刺激经济发展的过程，从而这些国家尽早实现了汽车化时代。
如美国1992年机动车拥有量已达1.9亿辆（其中家用汽车为1.4亿多辆，平均千人拥有746辆），日本1993年统计为机动车6.3千万辆（其中家用汽车为4.1千万辆，平均千人拥有511辆）。
汽车化社会带来的诸如交通阻塞、事故增多、能源浪费和环境污染等社会问题日趋恶化。
道路总长度630万公里的美国和道路密度超过3公里/平方公里的日本等国家，可以说道路设施十分发达，也不得不从以往只靠供给来满足需求的思维模式转向采取供、需两方面共同管理的技术和方法来改善日益尖锐的交通问题。
这些建立在汽车轮子上的工业化国家在探索即维护汽车化社会，又要缓解交通拥挤问题的办法过程中，旨在借助现代科技改善交通状况，达到“保障安全、提高效率、改善环境、节约能源”目的的ITS概念便逐步形成。
2.人类环境可续化
工业化国家在工业化、城市化发展进程中面临着日益严重的资源短缺与环境恶化问题，这一问题同样在发展中国家存在。
二十世纪五十年代以来，生存与发展问题成为人类社会面临的最紧迫的任务。
1972年联合国人类环境会议上通过了《人类环境宣言》。
城市化是生产力发展的一个必然结果，按世界经济发展的规律，城市化水平达到30％以上，将出现经济的飞速发展阶段。
美国、日本、英国等发达国家，1990年城市化水平已分别达到了75％，77％，89％。
这些国家针对交通发展对资源和环境的影响，逐步调整交通运输体系与结构。
这些国家都经历了为满足车辆发展的需求，而大力开发建设交通基础设施（如美国1944年规划的7万公里高速公路规划，经过50年已基本完成，但仍产生拥堵），在大量土地、燃油等资源占用和消耗的同时，不但交通需求没有完全满足，而且还造成汽车尾气由于道路拥挤排放量剧增，不仅经济造成巨大损失，而且给环境带来恶劣影响。
六、七十年代以来，由于石油危机及环境恶化，工业化国家开始采取以提高效率和节约能源为目的的交通系统管理（TSM）和交通需求管理（TDM）对策，同时大力发展大运量轨道交通及实施公交优先政策。
在社会可持续发展的目标下调整运输结构，建立对能源均衡利用和环境保护最优化的交通运输体系。
ITS作为综合解决交通问题，保持社会经济可持续发展和与环境相协调的新一代交通运输系统，随着信息技术的迅速发展在发达国家酝育发展，九十年代以后成为世界范围内的重要发展趋势。
信息技术智能化
八十年代后期以来，世界范围内的冷战结束，工业化国家用于军事和国防领域的卫星导航系统，信息采集与提供系统，计算机控制与管理系统，电子与电子通信技术等高新技术转向民用化，同时将军事上的投入也大部分转移到民用技术的开发和应用上来。
与此同时，包括我国在内的广大发展中国家借助和平、稳定的国际环境加快本国的经济发展。
发展中国家经济的迅速发展促进了世界范围内产业结构发生巨大变化，工业化国家的传统工业领域由于劳动力密集型的产业向发展中国家集中而失去明显竞争优势，开始酝酿开辟高新技术含量的产业市场。
在这种国际环境的背景下，代表一场信息革命到来的信号，引起全球的极大关注，这就是”信息高速公路”。
信息技术得到飞速发展，尤其是国际信息网络“Internet”的建立，以它极大的魅力，将人类带入了“地球村”，并加快全球经济一体化的进程。
信息产业应运而生，ITS是以信息技术为先导，融其他相关技术应用到交通运输智能管理上有其广大市场，工业化国家和民营企业纷纷投入到这一新兴产业。
二、先进的公共交通系统是智能交通系统的重要组成部分
由于公交系统在整个城市交通系统中占有重要地位，因此世界各国都将智能公交系统列入了国家智能交通系统体系框架中，如：
美国的ITS体系框架包括7大服务领域、30项用户服务功能（见表1），我国ITS体系框架包括8大服务领域、34项用户服务功能（见表2），其中公共交通运营管理、车辆监视调度、安全运行、途中信息服务等均为ITS技术实现的用户服务功能。
表1：
美国的ITS体系框架的用户服务领域与功能
服务领域
用户服务功能
出行和运输管理
在途驾驶员信息；路线导行；旅行者服务信息；交通控制；偶发事件管理；排放测试与污染缓解；道路-铁路交叉口
出行需求管理
出行前旅行信息；合乘车匹配与预约；需求管理和运营
公共运输运营
公共运输管理；在途公交信息；
个人化公共交通；公共出行安全
电子付费服务
电子付费服务；
商用车辆运营
商用车电子结关；自动路边安全检查；车载安全监视；商用车行政管理；危险物品异常响应；商用车队管理
紧急事件管理
紧急事件通报与个人安全保障
紧急车辆管理
先进车辆控制与安全
纵向防撞；横向防撞；交叉口防撞；防撞视野强化；危险预警；撞前避伤；自动公路系统
表2：
中国的ITS体系框架的用户服务领域与功能
服务领域
用户服务功能
交通管理与规划
交通法规监督与执行；交通运输规划支持；基础设施的维护管理；交通控制；需求管理；紧急事件管理
出行者信息服务
出行前信息服务；行驶中驾驶员信息服务；途中公共交通信息服务；个性化信息服务；路径诱导及导航服务
运营管理
公交规划；公交运营管理；车辆监视；一般货物运输管理；特种运输的管理
电子收费
电子收费
车辆
视野的扩展；纵向防撞；横向防撞；交叉路口防撞；安全状况（检测）；碰撞前乘员保护
紧急事件和安全
紧急情况的确认及个人安全；紧急车辆管理；危险品及事故的通告；公共出行安全；易受伤害道路使用者的安全措施；交汇处安全服务
综合运输
客货运信息资源交换；提供旅客联运服务；提供货物联运服务
自动公路
自动公路
美国交通运输部1997年4月颁布的《公交运输系统ITS部署指南》（技术版）明确指出：
公交运输作为交通运输系统中的重要组成部分，ITS在公交运输系统的实施为用户提供高质量、高效率的服务。
1．ITS可为公交交通系统管理和使用者带来以下优点：
·改善出行舒适度
·提高安全性
·增加流动性
·提高运营效率和乘客量
·减少环境能源消费
·提高整体的经济效益
2，智能化的公共交通系统的主要技术：
·车辆自动定位
·车辆自动监控与运营调度
·电子收费
·出行信息服务系统
·交通信号优先等
三.公交系统信息化、智能化建设及其发展趋势
“公交优先”政策早在20世纪60年代提出，当时依靠汽车轮子发展起来的工业化国家已进入“汽车化社会”，如美国平均每个家庭拥有1-2辆汽车（见表3），在石油危机及环境恶化的背景下，采取实施公交优先政策及发展大运量轨道交通，以解决由于汽车化造成的道路拥堵及环境污染等社会问题。
随着“信息化社会”的到来，信息技术及相关高新技术得到开发并应用于交通系统的管理，为“公交优先”政策的实施提供了先进的技术手段。
可以说：
智能交通系统（ITS）的发展无疑标示着公交系统管理信息化、智能化将成为21世纪的发展方向。
表3：
美国汽车化的交通发展与对策
年代
交通发展概况
时代背景
交通治理对策
1960年代
美国520辆汽车/千人（汽车化）道路堵塞、环境污染
石油危机
交通综合治理、计算机信号控制、公交优先、轨道交通、研究交通与环境问题
1970年代
美国600辆汽车/千人
1972年“人类环境会议”召开
轨道交通、环境保护、交通需求管理（TDM）和系统管理（TSM）
1980年代
美国670辆汽车/千人
冷战结束、军用技术转向民用
交通科学化、智能化管理
1990年代
美国750辆汽车/千人
社会信息化
大力开发ITS技术产品
从当前发展的情况来看，国外公共交通的发展趋势呈现出以下几个特征：
1．大运量、快速化特征
由于交通容量大，载客量大的轨道交通系统大都采用与地面隔离的线路设备，因而运行准点性好，速度快，被各大城市所广泛采用。
在美国，为了推动轨道交通系统的建设和现有系统的延伸，1998年夏，美国克林顿总统签署的《21世纪交通平衡法》中，一项新的启动计划将在6年内提供82亿美元的资金，要求美国交通部对全国191个新的轨道交通启动项目进行评定，再行资助。
值得关注的是美国在大量从事轨道交通系统投资的同时，努力改进公共巴士的服务质量，提高运行速度和舒适度，以吸引更多的乘客，改善城市交通环境。
近年来，在美国一些大城市实施的快速公共汽车交通（BusRapidTransit——BRT）就是美国为改进公共巴士服务质量所进行的大规模的工作。
美国各大中城市波士顿、夏洛特、丹佛、哈特福德、火奴鲁鲁、迈阿密、奥尔巴尼、芝加哥、洛杉矶、路易维尔、匹兹堡等地方都开始实施这个项目。
BRT系统是一种介于轻轨交通（LightRailTransit,简称LRT）与常规公交（NormalBus,简称NB）之间的新型运营系统，它利用现代公交技术配合智能交通和运营管理，使传统的公交系统达到LRT的基本功能和服务水平，其投资及运营成本又较LRT低（见表4），除发达国家城市外，许多发展中国家也都纷纷规划、建设BRT系统（见表5）。
表4：
BRT系统与轨道交通、常规公交的基本情况对照
项目
方式
系统
运送车速
（公里/小时）
容量
（万人/小时）
造价
（亿元/公里）
建设周期
（年）
RT
（轨道）
LRT
25～30
0.8～2
1～2
3～5
HRT
30～40
2～5
2～7
—
CRT
40～60
1～5
—
—
BRT
（快速公交）
Busway
30～60
1～2
0.2～1
1～2
Buslane
20～25
0.8～1.2
—
—
与HOV
合用道
20～40
0.8～1
—
—
NB
（常规公交）
Bus
10～20
0.4～1
—
—
Trolleybus
10～15
0.3～0.8
—
—
表5：
目前世界范围已建BRT系统的城市
LatinAmerica拉丁美洲
BeloHorizonte
贝乐郝日臧特
Bogota波哥大
（哥伦比亚首都）
Campinas凯姆彼娜斯
Curiba库里提巴（巴西）
Goiania高依安尼亚
PortoAlegre波多艾里格利
（巴西）
Quito基多（厄瓜多尔首都）
Recife累西腓
（巴西东北部港市）
SaoPaulo圣保罗（巴西）
Europe欧洲
Bescacon柏斯克康
Bradford布莱德方
ClaremontFerrand
克莱尔芒费让德
Dijon第戎（法国）
Eindhoven埃德侯温
Essen埃森（德国）
Grenoble格勒诺布尔
（法国）
Ipswich依普斯威
Leeds利兹（英国）
Limoges利牟
（法国城市）
Lyon里昂
（法国城市）
Montpellier蒙彼利埃
（法国）
Nancy南希
Kennes雷恩
（法国西北部城市）
Rouen罗恩
Strasbourg斯特拉斯
堡（法国
BRT系统的主要特点：
1）路权专有：
通过采用封闭或相对封闭的公交专用线或公交专用道（分为路中央与路缘两种）使公交系统获得专有路权，提高了公交系统的独立性，保证了系统的快速运营的服务标准。
2）现代化的大容量车辆：
采用单绞接或双绞接大容量客车，总长度为18－25米，载客200－300人，使用先进的悬挂系统，具有安全、舒适、环保、人性化的特点。
3）水平乘降：
采用低底盘单绞接或与高站台相配套的双绞接公交车辆，使乘客快速平稳上下车，缩短运营时间，方便老幼病残疾人乘车。
4）车外售票：
售票系统设置于公交候车站台内，采用自动化或半自动化电子收费系统，在公交车辆进站前完成收费过程，提高运营速度。
5）先进的智能化管理：
利用信息技术及时掌握车辆运营动态，采用智能化、数据化、信息化管理，对车辆在运行过程中实施动态实时调度指挥。
2．智能化特征
近年来，随着智能交通系统的发展，人们开始用智能化改造传统公共交通，智能公共交通系统APTS（AdvancedPublicTransportationSystem）应运而生。
根据ITS公交智能化的思路，围绕运营管理者和乘客等用户，分别有以下技术手段来实现公交的智能化：
1）公交运营调度和车队管理的智能化
近年来，美国在公共交通的车队管理方面，以车辆、提高服务（供给）效率与质量和乘客安全为核心，积极吸取各种基于车辆的APTS技术以及车辆和车队调度营运的新理念，提高公共交通的有效性和可靠性，使公交方式对潜在的乘客和服务区更具吸引力。
·地理信息系统
地理信息系统（GIS）是一种特殊的计算机数据管理系统，近年来GIS在公共交通中的应用越来越广泛。
最常见的应用是在城市公交路线管理、调度管理及相应的信息、传送等，此外还用于路线服务质量评价、线路调整优化和路线规划等领域。
随着可获得的（公共或个人）数据资料的不断增多，GIS在公共交通领域的应用也将越来越广泛。
毫无疑问，当计算技术和通讯能力进一步提高、获得的空间数据更加精确时，GIS在公共运输系统中的应用和影响将会更为广泛和深刻，尤其是对特殊运输方式和有特殊交通需求的地区。
·车辆自动定位系统
车辆自动定位（AVL）系统（有时也称作“车辆自动监控系统”或“车辆自动定位控制系统”）以计算机为依托，广泛地应用于公共客运、货运、警车和救护车等各种民用和军用车辆的定位与控制。
随着AVL应用的不断推广，给各个部门带来了可观的效益。
车辆自动定位系统监测每辆车的实时位置，并把信息传送到控制中心。
在这一过程中，根据公交系统的需要和技术选择的不同，采用不同的监测和信息传送技术，包括（可能采用其中一种或同时采用多种技术）：
陆基无线电技术、路标技术、里程表技术和全球定位系统（GPS）等。
根据1998年《美国智能公交系统发展》报告透露：
该年美国共有86个公交企业正在运行、实施或规划／试验／检测车辆自动定位（AVL）系统。
·乘客自动计数系统
乘客自动计数（APC）系统是自动收集乘客上下车时间和地点数据的有效方式。
乘客自动计数系统的基本组成是：
乘客数统计的方法、定位技术和数据管理系统。
计数系统最常见的类型是踏板感应式和红外线式。
APC数据可应用于在公交系统的实时和后期管理工作中，如：
辅助作出合理的发车计划、实时乘客信息系统、全国范围的公交运营数据统计报告、调度规划、站点规划、车队管理计划等方面。
可以预见，在不远的将来，APC系统还将发挥更多的作用，通过该系统可以减少数据采集费用，获得更多种多样、更为广泛的数据，减少地理数据信息的处理时间，制定更合理的运营计划，提高营运效率。
APC系统第一代产品的开发始于25年前。
虽然大部分设备已经更新，其中部分系统目前仍在使用。
90年代以来，各公交企业更倾向于将APC系统做为AVL系统的部分，由于AVL系统本身已采集了车辆位置信息，并具有强大的数据传送技术和能力，因而可以大大减少APC系统的投资，经济可行性大为提高。
美国在《智能公共运输系统发展》报告中列出了31个正在计划、安装或运行APC系统的固定路线公交系统。
·自动收费系统
自动电子收费系统的基本特点是使用电子收费卡。
一般地说，电子收费卡用于两种系统：
“开放”系统（可使用多种电子卡和提供多种服务）和“封闭”系统（只能用一种电子收费卡）。
目前大多采用的是封闭系统。
目前美国的交通管理部门采用的电子收费卡有信用卡、磁卡和IC卡3种类型。
其中IC卡又分为接触式、非接触式和组合式3种。
近年来，各种电子收费技术发展迅速，“电子货币贸易”已成为世界范围内流行的发展趋势。
金融、邮电、通讯等部门的发展促进了这种智能技术的迅速进步。
智能卡技术使电子收费方式更容易被接受和实施。
目前，世界许多国家已开始实施多交通方式联合收费。
·公交运营软件系统
通过公交运营软件系统可以实现多种公交方式和多种公交运输功能的自动化、流水线化和一体化运营。
运营管理中计算机的应用，如计算机辅助调度服务监控、管理控制和数据采集（以及提供数据的APTS技术）等，能够使营运调度、线路规划、乘客服务等部门具有更高的效率，发挥更大的作用。
·交通信号优先系统
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。
2）公交出行信息系统
公交出行信息系统旨在为出行者在出行前或出行中，选择交通方式和路径提供准确而及时的信息，无论在家里、办公室、交通控制中心和公交车站，还是在公交车上都可以获得这些信息。
与自动车辆定位系统结合，出行信息系统还能提供公交系统的实时信息，如车辆到达时间、离开时间和延误时间等。
出行者可通过不同的媒介获得和利用这些信息。
·出行前公交信息系统
出行前信息系统是提高公交方式出行可靠性的有效途径。
在乘客出行前为其提供准确和及时的信息，使乘客可以根据这些信息进行决策，选择出行路线和出行时间。
出行前的信息涵盖广泛，包括了公交路线、地图、发车时间表、票价、停车换乘站的位置、途经重要地点和天气状况等各种信息。
这些信息可提供任意两地间可能包括的多种交通方式的出行全过程资料，有助于确定出行计划。
许多公交企业通过触摸式电话、国际互联网、信息查询亭、便携式通讯设备等多种媒体提供出行时间表。
特别是近年来，通过互联网查询出行信息的次数迅猛增长。
每个公交机构，不论大小，几乎都建立了自己的网页。
其它越来越普遍的方式还有个人主页、便携式通讯设备和闭路电视等。
此外还有实时交通信息系统和区域公交信息系统（可提供区域内多家公交运营服务的信息）。
·车站／路边的公交信息系统
车站／路边乘客信息系统通过电子信号、闭路电视等媒介为公交方式出行乘客提供信息，包括实时车辆到离信息，也包括传统的静态服务信息。
美国《96’智能公共交通系统的技术与发展》出版以来，APTS技术，特别是可用于采集全路线信息的AVL技术的计划与应用显著推进，APTS技术可提高系统信息的广泛性和准确性，增加信息种类。
车站／路边信息系统为视觉障碍人群设计、规划或评估了至少三个项目。
一些轨道系统运营部门在努力提供可靠的实时车辆到离信息的同时，还提供实时信息。
近年来，建立公交车站／中间站实时信息系统的计划越来越多，整合各种信息，可进一步建立智能出行计划系统。
此外，与国际互联网络的连接也为出行信息技术提供广阔的发展前景。
几个新项目正在积极吸引私人投资者，通过广告和其它途径使这些系统实现经济上的自负营亏。
·车上公交信息系统
建立车上交通信息系统的主要目的是：
为乘客提供有用的全线路信息；并实现美国1991年“残疾人法”（DisabilitiesAct）中的有关条款，为交通弱者提供帮助。
目前许多公交线路都提供下一站、主要交叉口的视觉或听觉综合信息，以及换乘点信息。
其中使用的两个主要设备是自动信号设备和车内信息显示设备。
与车站／路边乘客信息系统结合，通过车辆自动定位系统实现车上信号的自动显示，可以使司机集中精力驾驶，减少事故隐患。
另一个发展方向是将公交车站信息系统和AVL系统相结合，以保证路边候车乘客获得正确的信息，特别是对多条路线通过道路或有多个分支的路线。
此外，一些公交公司致力于强化其车队管理系统，使乘客在车上就能提出换乘要求并预定公交路线。
·综合乘客信息系统
综合乘客信息系统的特点是集合一个或多个服务系统的实时或静态数据，并通过多种方式收集、合并、校正和传送这些信息。
综合的乘客信息系统通常包括了上述的出行前信息系统、车站／路边信息系统和车上信息系统。
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