基于物联网技术的城市公交服务管理模式研究

容明扬，张雪军，刘俞彤，高旭东，邢耀鲁

(山东交通学院 a.管理学院;b.信息与电气科学学院;c.交通与物流工程学院，山东 济南 250357)

社会经济的飞速发展和城市规模的不断扩大，给城市的公共交通带来了巨大的压力，公交车辆拥堵、低效、等候时间长等问题严重制约了我国公交优先战略的实施。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》中提出：“实施公共交通优先发展战略，大力发展城市公共交通系统”，让人民群众“出行更便捷、乘坐更舒适、换乘更方便、运营更安全”。因此，建立快捷的公共交通系统对城市经济的发展具有重要的意义。

1 国内外城市公交管理现状分析

1)我国城市公交存在的主要问题

近年来，随着我国城市化进程的加快，城市规模不断扩大，机动车拥有量及道路交通流量急剧增加，特别是大城市，公交车辆增加、线路延长、车次增多，交通拥挤现象仍十分严重，且有日益加重的趋势。据2012年中国国际物联网(传感网)博览会高峰论坛上，交通运输部公路科学研究院总工程师王笑京表示,国内外实践经验表明，解决城市交通问题的重要途径就是发展公共交通，建立先进的公共交通系统(Advanced Public Traffic System，APTS)，提高道路通行能力和公交车辆运营管理水平。

目前，各大城市普遍存在公交车辆的行车速度下降、行车间隔不均衡，时常出现“串车”、“大间隔”现象，严重影响了公交客运的服务质量。由于缺乏现代化的服务管理模式，公交车辆运营过程处于“看不见、听不着”的落后现状，具有较大的盲目性和滞后性。尤其是对于公交乘客，乘坐的公交车等候时间长、行驶速度慢，车辆运行、线路信息不能确切及时的提供给乘客。对于政府部门，无法获取公交公司实际运营情况，也无法实现有效监管。对于公安部门来说，对公交实时监控能力不强，无法做到事前预警和事后取证。对于公交企业本身来讲，营运数据不准确、处理周期长，无法提供运营分析和决策支持。因此，建立一个实时信息传递、车辆互联、视频互联、智能分析、智慧查询、交流互动的服务平台是十分必要的。[1]

2)国内外发展状况

美、欧、日是世界上经济成长程度最高的国度和地域，也是世界上智能交通系统(Intelligent Transport System，ITS)开发利用的最好国度。ITS已不限于解决交通拥堵、交通混乱、交通污染等问题，也成为缓解能源缺乏、培养新兴产业、加强国际竞争力、提升城市出行平安的良好办法。

国际上具代表性的智能交通系统有美国智能车辆道路系统(IVHS)、欧洲高效安全交通计划(PROMETHEUS)、欧洲车辆安全道路结构计划(DRIVE)和日本的ITS。其中，日本的ITS经过几十年的发展，覆盖范围遍及全国，在解决交通问题上发挥着重要作用。其特点是：将先进的信息技术、计算机技术、数据通信技术、传感技术、电子控制技术、自动控制理论、运筹学、人工智能等有效地综合运用于整个交通服务、管理与控制，从而建立起一种大范围、全方位发挥作用的实时、准确、高效的运输综合管理系统，解决日趋恶化的道路交通拥挤、交通事故和环境污染。[3-4]

中国ITS起步较晚，与发达国家还存在较大差距。1988年北京市从意大利引进了2套电子监控装备，首创了我国城市交通应用电子监控装备的先河。20世纪90年代中期以来，在科技部、交通部的组织下，我国交通运输界的科学家和工程技术人员开始跟踪ITS技术，并取得长足进步。1999年11月国家科学技术部批准成立了国家智能交通系统工程技术研究中心，在交通部、科技部的组织下，该中心完成了“九五”国家重点科技攻关项目“中国智能交通系统体系框架”、国家基础性科研项目“中国ITS标准体系框架研究”、交通部重点科研项目“智能运输发展战略研究”等一系列关系中国ITS发展的重点项目，为我国顺利实施ITS 打下了良好基础。我国与美国、欧洲、日本的智能交通系统发展对比见表1。

表1 我国与美国、欧洲、日本的智能交通系统发展情况对比

进一步落实优先发展城市公共交通政策，推动智能公共交通系统的发展，将进一步提高公交行业的科技水平和服务质量。同时能够准确获取公交企业运营成本和效益，以便政府给予补贴和补偿。优先发展城市公共交通政策是缓解城市交通拥堵的有效措施，可以改善城市人居环境、促进城市可持续发展。[5]

2 智慧公交服务管理方案

智慧公交管理模式是指以物联网技术为基础，通过感知、传输、应用3个层次逐步推进，由智能公交向智慧公交转化的创新服务管理模式。该模式为公交公司与公交乘客之间建立新型的互动服务平台，将公交服务的内容建设成可知、可视、可控的管理模式。建立居民智慧出行的新途径，通过车辆、车站、互联网、移动互联网、无线射频识别、手机、乘客、信息处理平台等要素组合成物联网环境下的智慧公交，通过这一平台提供出行、换乘、时间计算、线路选择、服务质量评价、客流分析、乘运效率分析、车内安防、报警联动等服务内容。智慧公交服务管理模式见图1。智慧公交系统结构见图2。

图1 智慧公交服务管理模式简图

图2 智慧公交系统结构图

2.1 车联网信息系统

车联网是物联网应用领域的一个分支，是指安装在机动车上的电子设备利用无线射频识别(RFID) 标签进行自动识别的技术，通过网络信息平台实现对过往车辆的工作状态(静、动)和属性特征等信息的提取与采集，交通管理部门根据需求对过往车辆进行有效的监督、调控与管理。

利用车联网信息系统，可监测每辆车的实时位置、车辆间距、乘员情况，并把信息传送到调度中心并在GIS上显示。根据系统需要可选择不同的技术，包括RFID、路标技术、里程表技术和全球定位系统(GPS)等。车联网信息系统如图3所示。

图3 车联网信息系统

2.2 智能车站服务系统

通过车站的触摸屏、电子显示等媒介为公交乘客提供信息，包括根据乘客起点、终点位置进行车次选择的智能分析，根据车辆运行情况选择最佳线路，根据车辆乘员情况对车站乘客进行预报等。[6]

通过触摸屏等终端进行服务质量信息反馈、乘客意见反馈、乘车满意度反馈等信息收集，同时提供公交车辆实时到站预报、多语种信息发布、移动智能监控以及盲人电子语音导乘等多种社会服务功能，实时监控公交站台及周边客流、车流和治安等状况。智能车站服务系统如图4所示。

图4 智能车站服务系统

2.3 互联网、移动互联网服务系统

用户可以通过电脑、手机，随时随地查询本市各公交车辆的实时位置、上下行方向等信息，方便用户适时安排自己的乘车计划，从而大大提高出行效率[7]。在服务系统中同样可以加入乘客满意度、服务质量评价反馈等内容。互联网信息系统见图5，互联网设备应用系统见图6。

2.4 乘客信息收集系统

该系统可以通过车站、互联网、公交IC卡3个渠道实现信息收集，其中，公交IC卡与无线射频识别技术结合，可以对乘客进行准确的流量分析、定点分析，准确统计乘客线路、距离、时段，为公交整体运营、调整、调度提供科学依据[8-9]。乘客信息收集系统见图7。

图5 互联网信息系统

图6 互联网设备应用系统

图7 乘客信息收集系统

2.5 视联网与车内安防系统

视联网与车内安防系统如图8所示。

2.5.1 公交车站视联网系统

系统根据需要实时对各个车站的图像进行调用、检索、回放等操作，对分布在各个区域的前端设备进行集中管理和控制，还可对分布在各区域的存储终端设备进行远程的集中管理，对各个区域不同的用户，可以根据指定的权限对系统进行操作。

2.5.2 公交车视联网系统

公交车视联网系统的功能为：视频采集端设备将公交车运行途中的视频图像通过传输系统传至视频信息管理控制平台；视频信息通过无线通讯方式，借助电视墙、多媒体大屏幕、PC终端等信息显示设备，实现视频监控信息的远程调用或回放。

图8 视联网与车内安防系统

2.5.3 报警联动系统

一旦遇有紧急险情(如抛锚、火警、治安事件等)，司机马上按动应急报警按钮，系统自动向后台中心报警，后台中心立刻通知相关单位处理。管理人员可以在地图屏幕上锁定且高亮显示报警车辆位置，并自动进行追踪显示，同时自动打开远程车内视频通信，便于管理人员远程监视车内视频，并开始远程录制视频。

智慧公交系统是对整个公共交通运输管理体系使用信息技术、人工智能、GPS 技术、电子通信和控制技术等进行综合有效地管理，达到人、路、车协调统一的配合，从而提高交通运输率，缓解交通堵塞。

3 结语

公交线路上建成智慧公交服务管理系统，并安装智慧站牌、车联网设备，实现对车辆的实时跟踪和定位、公交车与调度室的双向通讯、智慧站牌实时显示下趟班车位置信息等功能。对于政府部门，提高了监督执法水平；对运营公司，优化资源配置，降低运营成本，提高服务质量，提升企业的形象；对营运站场，提高了站场的利用率；对于群众(驾驶人员、司售人员以及乘客)，保证他们的生命安全，为乘客提供了更方便的导乘信息，同时，提高了车辆运行正步率和服务水平，吸引了大量客流。达到政府受益、企业获利、群众满意的三赢效果。

智慧公交管理模式提出以物联网技术为基础，5大系统协同运作的的理论性构想。智慧公交系统的研究可以有效解决城市公共交通的问题，达到人、路、车协调统一的配合，提高了交通运输率，缓解了交通堵塞。由于本文对系统管理模式的研究处于初期阶段，很多内容和技术需要进一步探索。随着科技的发展，智能设备进一步更新，为智慧公交系统解决城市交通问题的实现提供了更广阔的发展空间，今后对该领域的研究将会更加深化、完善并走向实用化。

参考文献：

[1]陈宇峰，向郑涛，陈 利，等.智能交通系统中的交通信息采集技术研究进展[J].湖北汽车工业学院学报, 2010，24(2)：30-36.

[2]石建军,李晓莉．交通信息云计算及其应用研究[J].交通运输系统工程与信息， 2011，11(1):179-184．

[3]边婷婷.智能交通信号控制系统的研究与实现[D].沈阳：沈阳航空工业学院, 2009.

[4]陆化普.智能运输系统[M].背景：人民交通出版社，2002.

[5]李野, 王晶波,董利波，等.物联网在智能交通中的应用研究[J].移动通信, 2010(15)30-34.

[6]陆键，项乔君，马永锋，等.智能运输系统(ITS)规划方法与应用[M].南京：江苏科学技术出版社，2008.

[7]真虹，刘红，张婕姝，等.信息流与交通运输相关理论[M].北京：人民交通出版社,2000.

[8]中国电子信息产业网.智能交通未来的发展方向[EB/OL].(2010-12-22)[2011-11-01]. http://labs.chinamobile.com/mblog/652731_74866.

[9]eNet硅谷动力.车联网的关键技术及发展趋势[EB/OL].(2011-10-01)[2011-11-01]. http://www.enet.com.cn/ article/2011/1017 /A20111017924992.shtml