智能公交调度系统设计

■ 邝井国 俞华铭 于立志 温远新



智能公交调度系统设计

■ 邝井国 俞华铭 于立志 温远新

公交调度系统承载了公交运营数据的采集、通信功能，是企业智能公交管理系统的核心系统，本文阐述了企业智能公交管理系统中的核心系统-智能公交调度系统的需求分析以及架构设计，定义了服务模块间通信方式。

智能公交运用先进的GPS/北斗定位技术、3G/4G通信技术、GIS地理信息系统技术，结合公交车辆的运行特点，由调度中心对车辆进行智能排班、智能调度、自动化统计，以电子化方式管理公交车辆运营；智能公交实现了对公交运营车辆的实时监控和可视化调度，可提高车辆的满载率和公交系统的运输能力，从而提高公交企业的效益，进一步可以提升整个城市的信息化和智能化；目前一线城市以及部分省会城市已实现公交智能化或半智能化运营，但在众多中西部地区城市，智能公交调度系统基本处空白或者起步阶段，公交企业仍然依赖传统的纸质路单、到站人工签单调度，不具备实时调度指挥能力。

图 1：智能公交调度系统需求分析

智能公交调度系统需求分析

智能公交调度系统需求可分为如下几大类：

（1）基础数据

基础数据管理是对智能公交调度系统运行所依赖的基础数据的录入编辑管理，包括：

人事管理：公交企业内部人员信息的录入，包括驾驶员、乘务员、调度员的个人信息；

车辆管理：公交企业所有公交车辆的基本信息录入，包括车牌号、车辆自编号、车辆安装终端编号、车型、所属公交线路等；

线路管理：公交企业所有公交线路基本信息录入，包括：线路标识、线路名称、线路类型、线路包含站点、单程距离、首末班时间、大间隔和串车距离等；

站点管理：公交企业所有公交站点基本信息录入，包括：站点标识、站点名称、站点经纬度等；

场站管理：公交企业所有公交场站基本信息录入，包括：场站标识、场站名称、场站类型、场站经纬度、场站半径等；

用户管理：软件登录用户基本信息录入，包括：用户名、密码、使用期限、用户权限等；

（2）行车计划

运营概况：线路计划范围内运营基本信息，包括：首末班时间、各时间段单程时间、所需班型、所需班型数量等；

计划生成：根据线路运营概况生成的行车计划；

（3）人车排班

翻班规则：排班过程中人车和班次之间的轮换规则，包括：轮班规则、休息规则、替班规则等；

排班设置：排班信息，包括：不出派人员车辆信息、日排班表、月排班表；

历史排班：历史排班信息，包括：历史排班表、人员出勤信息、车辆出勤信息；

（4）监控调度

实时定位：通过电子地图定位线路下运行车辆；

轨迹回放：查看历史行车轨迹；

线路模拟：通过模拟线路展现形式显示线路下行驶车辆；

实时调度：系统根据排班自动调度车辆发车，也可人工实时调整车辆与司机发车计划

事件接受：平台接收车辆上传的特殊事件，包括：报警信息、违规信息、司机请求等；

消息收发：车辆和平台之间消息互动，包括：信息上传、消息下发；

（5）报表统计

里程统计：统计运营过程中产生的里程，包括：车辆里程、线路里程、司机里程等；

路单统计：车辆运营后产生的行驶数据，包括：线路、车辆、发车时间、到站时间、起点站、终点站、司机、准点等；

考勤统计：统计司机出勤情况，包括：出勤日报、出勤月报、打卡信息等；

准点统计：统计车辆运营准点情况，包括：起点和终点的准点时间、大站考核点准点时间；

执行率统计：统计车辆时间段内的执行情况；

违规统计：统计司机违规情况，包括：超速、偏离线路、无指令发车、人为越站、中途掉头等；

异常统计：统计车辆在运行过程出现的异常，包括：故障、事故、纠纷等；

图2：智能公交调度系统组成

智能公交调度系统架构设计

（一）系统组成

智能公交调度系统组成包括三部分：前端子系统、网络传输子系统、智能公交调度平台，结构图如图2：

（1）前端子系统

负责车内自动报站，采集并上报GPS、上报到离站信息、与中心双向通讯，主要由智能公交信息屏、车载LCD显示屏、语音对讲盒及配套的线缆和配件构成；

（2）网络传输子系统

利用国内三大运营商无线通讯网络，实现定位数据、控制命令、双向通讯及其他相关数据传输到中心监控平台，一般采用2G网络即可；

（3）中心调度平台

中心调度平台由平台软件模块搭载的服务器和客户端软件组成，接入智能公交信息屏，提供公交基础数据管理，电子地图上显示车辆实时位置、回放车辆历史轨迹、下发调度指令，统计车辆运营数据等功能；

（二）智能公交调度平台架构

平台逻辑架构图如下图所示，可分为三大部分：智能公交信息终端、平台服务器集群、客户端软件，平台的核心是服务器集群部分。

图3：智能公交调度平台逻辑架构

（三）服务器功能

各服务器功能划分如下：

设备接入服务器：设备接入服务器作为终端连入平台的唯一入口，承担了和智能公交信息终端的所有通信任务，接收终端的主动上线请求、心跳保活、报警信息、GPS等通知消息，向终端下发各类控制命令，包括：调度指令、消息下发、参数配置等；

客户端接入服务器：负责与客户端软件直接通信，接收客户端的登录请求、客户端各类控制命令，向客户端主动上告GPS、报警、通知消息等；

消息队列服务器：消息队列支持两种模式通信：点对点模式和发布/订阅模式，在本平台中仅利用消息队列服务器的发布/订阅者模式，将设备主动上告的报警、GPS等信息广播给各个订阅端；

内存缓存服务器：存储各服务模块需要共享的数据，比如上线终端与设备接入服务器的对应关系、上线客户端与客户端接入服务器的对应关系、车辆当日发车调度计划表等；

存储服务器：将设备主动上告的通知消息，如GPS、进出场、进出站、报警、事件上告存储到数据库，该组件直接与数据库服务器连接，负责数据库写入；

排班服务器：从数据库周期性读取排班模板，按照排班策略翻班，并将排班结果写入数据库，该组件与数据库服务器直连读写；

调度服务器：从数据库周期性读取排班数据，同时接收来自客户端软件的调度指令，按照调度策略，自动向终端下发调度指令，该组件与数据库服务器直连读写；

报表服务器：周期性计算数据库中的运营数据，生成统计报表，该组件与数据库服务器直连读写；

Web服务器：提供用户访问平台web页面的入口，提供基础数据（人、车、线、站、场）的增删改查，同时提供外部访问接口；

（四）数据通讯

系统内不同组件间的数据通信分为四种类型：

（1）通知消息

设备向接入服务器主动发送的消息，包括：终端注册、终端注销、终端定位信息、到离站、进出场、考勤、终端消息上报、终端报警、终端故障上告等，这类数据采用私有协议方式传输；

（2）控制指令

由客户端主动下发的指令，包括：调度指令、消息下发、车辆点名、参数设置等，这类数据采用私有协议传输；

（3）RPC调用

服务器之间的接口调用以及客户端从web服务器的资源下载采用RPC方式通信，实现上可以采用成熟的WebService、JSON-RPC、RESTful规范接口等

（4）数据存取

服务器和数据库之间的通信以及服务器和内存缓存服务器之间的通信，采用标准API调用完成。

结语

智能公交调度系统设计容量需达到十万辆公交车的接入，良好的架构设计可保证系统的可扩展性，深入设计还需要考虑数据库存储的故障转移与备份机制，并通过服务器的负载均衡集群设计提高系统运行的高可靠性。

作者单位：杭州海康威视系统技术有限公司

刘雪莉青岛海信网络科技股份有限公司副总经理