【正文】 物聯(lián)網(wǎng)智能公交運營管理系統(tǒng)總體設(shè)計方案神州數(shù)碼信息系統(tǒng)有限公司2012年4月16日70 / 71目 錄一、業(yè)務(wù)研究及軟件需求分析 總體設(shè)計及關(guān)鍵策略研究 2 2 3 4 5 6二、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計 7 7 7 實現(xiàn)了公交運營實時監(jiān)控和調(diào)度 8 “生成與選擇”模式下及遺傳禁忌混合策略在公交司售人員調(diào)度方面的研究 10 11 11 13 16 16 17 19 24 24 27 29 31 31 “智能公交搶修救援調(diào)度系統(tǒng)”軟件 33 36三、 軟件功能系統(tǒng) 41 41 41 50 56 61 65四、系統(tǒng)應(yīng)用效果對比與分析 67一、業(yè)務(wù)研究及軟件需求分析、總體設(shè)計及關(guān)鍵策略研究針對大型活動會特殊的公共交通服務(wù)需求，結(jié)合公交日常運營調(diào)度指揮需求，滿足智能公交管理與指揮調(diào)度的需要，對物聯(lián)網(wǎng)智能公交運營管理系統(tǒng)的需求進(jìn)行分析和研究，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行課題總體建設(shè)方案設(shè)計，確立智能公交運營管理系統(tǒng)的總體框架及技術(shù)方案建設(shè)內(nèi)容，形成對其他子任務(wù)研究的支持。具體研究內(nèi)容包括：針對大型活動及常規(guī)公交調(diào)度進(jìn)行需求分析形成物聯(lián)網(wǎng)智能公交運營管理系統(tǒng)建設(shè)的總體方案配合其他子任務(wù)進(jìn)行關(guān)鍵策略研究及科技攻關(guān)理論與方法研究1）專用線路與常規(guī)公交線路的混合運營計劃編制方法研究智能公交運輸和常規(guī)公交的雖然各有特點，但仍可進(jìn)行混合優(yōu)化調(diào)度，因此需要研究專用線路與常規(guī)公交線路的混合運營計劃和編制模型與算法。主要包含以下內(nèi)容：大型活動調(diào)度和普通調(diào)度的特點研究；時刻表編制適用模型與算法研究；車輛調(diào)度適用模型與算法研究；司售人員調(diào)度適用模型與算法研究；實時調(diào)度適用模型與算法研究；禁忌搜索算法，遺傳算法在調(diào)度中的應(yīng)用研究2）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法研究對線路行車計劃數(shù)據(jù)，實際發(fā)車記錄等數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并建立分析評價模型。主要包含以下內(nèi)容：統(tǒng)計方法研究；道路情況、客流、車輛配比、發(fā)車間隔的關(guān)聯(lián)度研究構(gòu)建系統(tǒng)平臺在以上理論研究的基礎(chǔ)上開發(fā)以下系統(tǒng)：1）公交運營計劃編制系統(tǒng)主要包含以下功能：客流調(diào)查，發(fā)車方案建立，計劃編制，勞動班次，假日換班，計劃審批，計劃安排，包專車，站務(wù)設(shè)施檢查，人員勞動排班，固定替班，管理備班管理及多種報表。2）公交車隊運營調(diào)度系統(tǒng)主要功能包括：實時調(diào)度（多種調(diào)度模式），行車日志，司售簽到，突發(fā)事件行車方案，異常到達(dá)電子路單，車輛實時地圖監(jiān)控，車輛數(shù)據(jù)的存儲和回放。GPS通信子系統(tǒng)（支持二級轉(zhuǎn)發(fā)功能）。支持轉(zhuǎn)發(fā)中心、轉(zhuǎn)發(fā)分中心、客戶端三級模式。3）數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析系統(tǒng)主要功能包括：電子路單、車隊車輛動態(tài)全日車次統(tǒng)計表、車隊運營指標(biāo)匯總表、車隊調(diào)度日報、車隊客流資料統(tǒng)計表、車輛動態(tài)明細(xì)表、客流分析、行車記錄、行車計劃匯總等。根據(jù)需要，將統(tǒng)計報表進(jìn)行打印和導(dǎo)出操作。系統(tǒng)支持將報表導(dǎo)出為EXCEL、PDF、WORD等多種格式。理論與方法研究1）專用線路專用資源根據(jù)賽程變化動態(tài)調(diào)整研究公交線路類型的研究；公交線路車輛規(guī)模變化對運力影響研究；大型活動場館比賽時間與運送客流需求研究；大型活動線路車輛配置根據(jù)場館賽事變化動態(tài)調(diào)度方法研究；2）專用線路駐車模型研究以場站規(guī)模與專用運營計劃作為智能公交車輛駐車優(yōu)化的約束條件，提出智能公交車輛駐車的目標(biāo)規(guī)劃和雙層規(guī)劃模型和相應(yīng)的求解算法。主要包含以下內(nèi)容：大型活動線路的駐車需求研究；大型活動線路駐車的特點研究；公交原有的駐車地點和規(guī)模研究；大型活動新增的駐車地點和規(guī)模研究；車輛調(diào)度適用模型與算法研究；司售人員調(diào)度適用模型與算法研究；目標(biāo)規(guī)劃和雙層規(guī)劃的應(yīng)用研究；3）大型活動公交運力組織研究大型活動公交運力需求研究；大型活動公交運力組織方法研究；大型活動常規(guī)公交和智能公交混合組織模式研究。構(gòu)建系統(tǒng)平臺在以上理論研究的基礎(chǔ)上開發(fā)以下系統(tǒng)：1）公交駐車配置管理系統(tǒng)主要功能包括：場站實際地圖顯示，場站邏輯地圖顯示，場站分類顯示，場站屬性組合查詢，場站駐車實際地圖顯示，場站駐車邏輯地圖顯示。2）大型活動地面公交運力資源優(yōu)化配置系統(tǒng)主要功能包括：專用線路與常規(guī)公交線路的混合運營計劃編制、專用線路駐車和普通線路駐車管理等。理論與方法研究基于突發(fā)事件和動態(tài)路況的應(yīng)急預(yù)案自動響應(yīng)和聯(lián)動模型研究建立智能公交應(yīng)急預(yù)案完整的預(yù)案體系。包含總預(yù)案及總預(yù)案涉及的部門相應(yīng)的應(yīng)急處置預(yù)案。并確定聯(lián)動機制和響應(yīng)模型。主要包含以下內(nèi)容：智能公交突發(fā)事件的類型研究；智能公交應(yīng)急預(yù)案體系研究；系統(tǒng)聯(lián)動接口研究；系統(tǒng)聯(lián)動響應(yīng)模型研究；預(yù)案自動匹配模型研究；構(gòu)建系統(tǒng)平臺大型活動會等大型活動及突發(fā)事件應(yīng)急調(diào)度指揮系統(tǒng)該系統(tǒng)包含以下功能：預(yù)案管理、預(yù)案自動選取、聯(lián)動接口管理、應(yīng)急通訊系統(tǒng)管理、自動報警、應(yīng)急預(yù)案自動生成等功能。（1）場館對應(yīng)地面公交場站的分擔(dān)率預(yù)測方法研究需求預(yù)測是安排運營組織計劃的基礎(chǔ)，其結(jié)果對方案的客觀性、合理性起到關(guān)鍵作用。需求預(yù)測主要包括以下內(nèi)容： （2）公交站臺布置的適用性研究公交停靠站雖然只占城市道路很短的一段或整個場站的一部分，也只是公交線路上一個站點，公交站臺的布置形式直接影響到了公交車輛的進(jìn)出站時間，進(jìn)而影響公交車輛的運行效率。（3）場站交通組織設(shè)計的仿真優(yōu)化方法在大型活動比賽散場時，將有大量的觀眾涌向各個公交場站，有必要對觀眾進(jìn)行組織和引導(dǎo)，使觀眾能有序上下車，并保證乘客在公交站內(nèi)的安全和順利疏散，所以對站臺區(qū)域的行人交通組織方案的設(shè)計與優(yōu)化具有重要意義。同時公交車輛是否能順利的進(jìn)出站、正常運行也是場館地面公交系統(tǒng)中一個非常重要的問題。本部分研究如何利用仿真手段，測試行人和車輛混合系統(tǒng)的組織方案的設(shè)計和優(yōu)化方法。（4）場站行人交通評價方法研究本部分針對行人交通安全評價方法展開研究，建立評價安全性的指標(biāo)體系，并對安全性提出分級的量化指標(biāo)。（5）公交車輛動態(tài)運行方案及壓力測試方法研究公交車輛的動態(tài)調(diào)度方法旨在分析觀眾進(jìn)散場特性及時空分布的基礎(chǔ)之上，進(jìn)行動態(tài)的車輛調(diào)度，以充分滿足觀眾的出行需要。同時，在大型活動比賽時，由于比賽本身的特點、散場時間和觀眾的組織和管理等各種因素，觀眾對公交的需求可能會出現(xiàn)較大的波動。本部分對公交調(diào)度方案進(jìn)行壓力測試，通過對觀眾散場特性及其影響因素進(jìn)行分析，從而得到觀眾散場時的彈性變化。通過仿真方法來對不同壓力條件下的公交調(diào)度方案進(jìn)行測試。（6）典型場館仿真測試分析在眾多大型活動比賽場館中，根據(jù)各賽場和賽事的特點，選擇代表性場館進(jìn)行仿真測試分析。所選擇的大型活動比賽場館主要包括：奧林匹克公園、五棵松場館群、工人體育場館、城市工業(yè)大學(xué)體育館。針對以上場館，建立周邊路網(wǎng)交通仿真平臺。仿真平臺覆蓋范圍應(yīng)至少涵蓋場館四周各個方向的一條主干路或更高等級道路，仿真對象應(yīng)包括仿真區(qū)域內(nèi)的道路和場站等。仿真測試中涉及的主要內(nèi)容有：1）場館周邊路網(wǎng)交通組織方案2）公交場站行人交通組織方案3）公交調(diào)度方案及壓力測試子任務(wù)“智能公交搶修救援調(diào)度”的主要研究內(nèi)容為：1. 研究智能公交搶修救援調(diào)度模式及實現(xiàn)技術(shù)(1) 提出智能公交搶修救援調(diào)度模式；(2) 進(jìn)行智能公交搶修救援調(diào)度實現(xiàn)技術(shù)研究。2. 開發(fā)具有集成功能的智能公交搶修救援調(diào)度軟件系統(tǒng)(1) 設(shè)計實現(xiàn)智能公交搶修救援調(diào)度軟件，能夠支持大型活動會期間全部公交運營、保障車輛的搶修救援任務(wù)；(2) 改進(jìn)、更新、擴展現(xiàn)有公交搶修救援?dāng)?shù)據(jù)庫，能夠支持大型活動會期間保障任務(wù)、搶修救援作業(yè)，能夠支持分布式運行方式，具備可靠性及一致性要求，更新響應(yīng)電子地圖數(shù)據(jù)及地圖顯示。3．大型活動期間公交搶修救援調(diào)度系統(tǒng)運行保障(1) 在大型活動搶修救援分中心及公交搶修救援調(diào)度總中心安裝、實施“智能公交搶修救援調(diào)度軟件系統(tǒng)”，并按照大型活動會的要求進(jìn)行演練。(2) 大型活動會期間“智能公交搶修救援調(diào)度軟件系統(tǒng)”的現(xiàn)場技術(shù)保障。4．與智能公交運營調(diào)度系統(tǒng)接續(xù)銜接接口軟件的開發(fā)及實施(1) 按照課題總體組要求，確定公交搶修救援的后應(yīng)急聯(lián)動接續(xù)銜接方案，制定數(shù)據(jù)傳遞協(xié)議；(2) 開發(fā)“公交搶修救援應(yīng)急聯(lián)動接續(xù)銜接接口”軟件，并與智能公交運營調(diào)度系統(tǒng)集成。二、系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計基于智能公交線路調(diào)度的構(gòu)成、涉及的問題、基本措施等特點分析研究，進(jìn)行了車輛調(diào)度適用模型與算法研究，在此基礎(chǔ)上，對面向大型活動的專用線路與常規(guī)公交線路的集成化混合運營計劃編制方法進(jìn)行了模型研究，并采用雙向競拍算法、拉格朗日啟發(fā)式算法結(jié)合遺傳算法求解了算法，實現(xiàn)了智能公交運輸和常規(guī)公交的混合優(yōu)化調(diào)度，合理有效地利用了公交資源。集成化混合運營計劃編制方法的主要模型設(shè)計如下：首先對問題作如下約定：(1) 只考慮一個車場的問題，所有車輛都是相同的；(2) 班次成本＝員工成本＋車輛成本；(3) 連續(xù)駕駛段的合法性只受最小和最大持續(xù)時間的限制。其次，建立公交線路集成化調(diào)度模型，如下： 其中： K ——全部班次集合；——班次的成本；——對的懲罰，反映的有效性E——車次間非載客駕駛段的集合，包括停站待發(fā)駕駛段——載客駕駛段的集合；——覆蓋了載客駕駛段p的的班次的集合，；——覆蓋了非載客駕駛段的班次的集合，；——決策變量，表示班次k是否被選中；——決策變量，表示一輛車是否完成了車次i后又將開始車次j。求解集成化的車輛駕駛員調(diào)度問題主要步驟歸納如下：1) 基于行車時刻表，利用雙向競拍算法求解車輛靜態(tài)調(diào)度的準(zhǔn)分配問題，得到行車計劃；2) 基于(1)中得到的行車計劃，利用拉格朗日啟發(fā)式算法結(jié)合遺傳算法求解駕駛員調(diào)度的集合覆蓋問題，得到班次計劃；3) 以(2)中的班次計劃為初始列集合，利用拉格朗日啟發(fā)式算法估計集成化調(diào)度問題的下界，并生成相應(yīng)的行車計劃；4) 基于(3)中得到的行車計劃，再次利用拉氏啟發(fā)式算法結(jié)合遺傳算法求解駕駛員調(diào)度的集合覆蓋問題。 實現(xiàn)了公交運營實時監(jiān)控和調(diào)度大型活動會的舉辦，對于公交系統(tǒng)提出了新的要求?；趯χ悄芄徽{(diào)度構(gòu)成、智能公交調(diào)度涉及的問題、基本措施和發(fā)展方向等方面的分析，提出開展實時調(diào)度是滿足智能公交出行需求，應(yīng)對公交系統(tǒng)突發(fā)狀況，維護正常運行秩序，確保及時運送乘客的重要手段。針對傳統(tǒng)公共交通運營靜態(tài)調(diào)度的不足，結(jié)合大型活動實際需求和公交日常運營中的主要問題，課題基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立了公交智能實時調(diào)度模型，即由智能實時調(diào)度系統(tǒng)模型擔(dān)當(dāng)知識工程師的任務(wù)，將GPS數(shù)據(jù)與歷史行車數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)知識，利用車輛智能調(diào)度算法，進(jìn)行基于運行時間預(yù)測的提前調(diào)度，實現(xiàn)了一般情況下的調(diào)度及智能調(diào)度的算法。其主要模型如圖23所示。圖23 公交智能實時調(diào)度模型公交智能實時調(diào)度模型主要分為三個主要模塊：（1）數(shù)據(jù)處理分析模塊：公交智能實時調(diào)度模型的基礎(chǔ)模塊，數(shù)據(jù)來源兩個部分，一是公交歷史行車數(shù)據(jù)，這包括車輛發(fā)車時刻、運營時客流、天氣等數(shù)據(jù)；二是GPS定位系統(tǒng)采集的實時數(shù)據(jù)，主要是各個時刻實時采集的車輛運行信息。該模塊根據(jù)下一個預(yù)測模型的需要，選擇合適輸入數(shù)據(jù)，并且對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。（2）預(yù)測模型模塊：通過對現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分析、預(yù)測，得到車輛到達(dá)調(diào)度站的運行時間預(yù)測結(jié)果?；贐P神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，課題建立了車輛運行時間預(yù)測模型。（3）智能實時調(diào)度模塊：輸入預(yù)測模型得到的車輛運行時間結(jié)果，結(jié)合調(diào)度站的運營調(diào)度數(shù)據(jù)，通過多種不同類型的智能調(diào)度算法，解決不同調(diào)度問題，提出解決措施，下達(dá)調(diào)度指令。在此基礎(chǔ)上，基于GIS系統(tǒng)，實現(xiàn)了公交車隊面向行車計劃的實時執(zhí)行和監(jiān)控。智能公交實時調(diào)度系統(tǒng)是一個以公交日常調(diào)度管理模塊、GPS信息模塊、GIS地圖顯示模塊、數(shù)據(jù)庫模塊為支撐，集合了BP網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型、智能實時調(diào)度算法的智能系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅滿足了公交企業(yè)日常的調(diào)度管理作業(yè)需求，也利用高效的數(shù)據(jù)分析、預(yù)測技術(shù)對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行了知識挖掘，給予了調(diào)度員更多的輔助決策信息，從而提高了公共運營管理的“實時性”和處理突發(fā)事件的能力。 “生成與選擇”模式下及遺傳禁忌混合策略在公交司售人員調(diào)度方面的研究公交駕駛員調(diào)度問題是一個復(fù)雜的組合優(yōu)化問題，具有多目標(biāo)、大規(guī)模、約束條件眾多等復(fù)雜因素制約。針對大型