智能公共交通系统实施方案 及其关键技术研究

1、分类号 密 级 U D C 编 号 10486 武 汉 大 学工程硕士专业学位论文智能公共交通系统实施方案及其关键技术研究研 究 生 姓 名：张 宁指导教师姓名、职称：李莉、副教授学科专业名称：软 件 工 程研 究 方 向：电 子 政 务 二七年四月.武 汉 大 学 硕 士 学 位 论 文59Research on the Implementary Scheme and Its Key Techniques of Intelligent Public Transportation System Zhang NingMarch , 2007郑重声明 本人的学位论文是在导师指导下独立撰写并完成的，

2、学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权行为，本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此郑重声明。 学位论文作者（签名）： 年 月 日摘 要先进的公共交通系统是智能交通系统的重要组成部分，本文的研究内容是智能公共交通系统在我国的应用和发展，在对比了世界各国智能公共交通系统研究现状的基础上，提出了适合我国国情的智能公共交通系统的框架和实施方案，以及建立智能公共交通信息平台的重要性。并给出了智能公共交通系统的关键理论与技术问题的解决方案。本文着重论述了数据采集和处理技术、智能公共交通优化理论与方法、智能公共交通调度系统理论与方法、智能公共交通信息服务实现方法等。在4.1节“

3、智能公共交通系统数据采集和处理技术”中，主要是提出了管理海量数据的技术，引入了数据仓库、数据融合和数据挖掘概念。在4.2节“智能公共交通优化理论与方法”中，主要介绍了公交网络的优化理论与技术。在4.3节“智能公共交通调度系统理论与技术”中，主要介绍了两种算法：一是运用遗传算法来解决公交运营调度问题，二是运用蚁群算法来解决应急调度问题；在4.4节“智能公共交通信息服务实现方法”中主要是优化了计算电子站牌显示预测时间算法。最后，在第五章中，举出了“顺德区智能公共交通安全监控系统”的框架和实施方案”的实例。本文的主要成果是：提出了基于数据仓库技术的智能公共交通信息平台的体系结构，构造了数据融合技术、

4、数据挖掘技术在智能公共交通信息平台应用的体系结构，探讨了它们在信息平台上的具体应用。这对于智能公共交通系统的未来发展有较好的参考价值。关键词：智能公共交通; 实施框架; 信息平台;数据仓库; 数据融合; 数据挖掘 AbstractAdvanced Public Transportation System (APTS) is an important component of Intelligent Transportation Systems (ITS), the research project mentioned in this paper is the application and d

5、evelopment of APTS in China. Based on the research on comparison of the actuality of APTS in other countries in the world, the frame work and the implementary scheme of intelligent public transportation system that suitable for the situation of China and the importance of the establishment the intel

6、ligent public transportation information platform is proposed in this paper. Key theories and the solution techniques of intelligent public transportation system are also given. Data gathering and management techniques, optimization theories and methods for intelligent public transportation, the the

7、ories and methods for intelligent public transportation dispatch system, the realization methods for information service of intelligent public transportation, and so on are mainly discussed in this paper. In Section 4.1, data gathering and management techniques of intelligent public transportation,

8、the management technique of mass-data is mainly proposed; the conceptions of data warehouse, data fusion, and data mining are introduced. In Section 4.2, optimization theories and methods for intelligent public transportation, optimization theory and technique for public transportation network is ma

9、inly introduced. In Section 4.3, the theories and techniques for intelligent public transportation dispatch system, two algorithms are introduced: (a) Genetic algorithm for solving the problem of scheduling of public traffic vehicles dispatch; (b) Ant colony algorithm for solving the jury-dispatch p

10、roblem. In Section 4.4, The algorithm for time to recast that displayed by LED is optimized. Finally, an example, the framework and implementary scheme for “intelligent public transportation security inspect-control system for Shun De Section” is given. The important achievements of this paper are:T

11、he system structure of intelligent public transportation information platform that based on data warehouse technique is proposed. The system structure for the application of data fusion and data mining in intelligent public transportation information platform is constructed, and the concrete applica

12、tion of which in the information platform is discussed. These are rather valuable for the future development of the public transportation systems.Key words: Intelligent public transportation; Framework; Information Platform;Data warehouse; Data fusion; Data mining目 录摘 要IAbstractI目 录I第一章 引言11.1 智能公共交

13、通系统的发展现状11.1.1 国外智能公共交通系统的发展11.1.2 我国智能公共交通系统的发展11.2 本文研究的意义11.3 本文的研究工作和组织结构11.3.1 本文的研究工作11.3.2 本文的组织结构1第二章 智能公共交通系统的基本理论概述12.1 GPS-全球卫星定位技术12.2 GSM移动通讯技术12.3 中国移动GPRS技术12.3.1 GPRS系统的分层模型12.3.2 GPRS系统的工作原理及数据流程12.4 GIS地理信息处理技术1第三章 智能公共交通系统的构成和实施框架13.1 智能公共交通系统的构成13.2 智能公共交通系统的实施框架13.3 智能公共交通系统信息平台

14、1第四章 关键理论与技术问题解决方案14.1 数据采集与处理技术14.1.1 智能公共交通中的数据处理技术14.1.2 数据仓库技术在智能公共交通系统中的应用14.1.3 数据融合技术在智能公共交通系统中的应用14.1.4 数据挖掘技术在智能公共交通系统中的应用14.2 智能公共交通优化理论与方法14.2.1 智能公共交通优化理论基础14.2.2公交网络的优化理论与方法14.3 智能公共交通调度系统理论与技术14.3.1用遗传算法来解决公交车辆运营调度问题14.3.2用蚁群算法解决应急调度时道路最短路径问题14.4 智能公共交通信息服务实现方法14.4.1智能公交电子站牌显示时间预测方法14.

15、5 智能公共交通评价方法1第五章 顺德区公共智能交通安全监控系统15.1 顺德区发展智能公共的必要性15.2 顺德区智能公共交通安全监控系统框架15.2.1 智能公交线网规划管理子系统15.2.2 智能公交调度运营管理子系统15.2.3 出租车监控调度管理子系统15.2.4 智能公交信息服务子系统15.3 顺德区智能公共交通安全监控系统实施方案15.4 顺德区智能公共交通安全监控系统的总结和展望1第六章 总结和展望1参考文献1致 谢1第一章 引言智能交通系统 (Intelligent Transportation System,简称ITS) 是将先进的信息技术、数据通讯传输技术、电子传感技术、

16、电子控制技术及计算机处理技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统而建立的一种大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统，是国内近两年来发展起来的一个课题。城市公交作为交通系统的一个重要组成部分，它的智能化发展也逐渐引起了人们的重视。随着经济的发展和城市的扩大，一些城市交通拥堵、出行不便等问题日益突出，严重影响了市民的正常生活和城市的发展。2005年，国务院办公厅转发建设部等部门关于优先发展城市公共交通意见中提出在“公交优先”的基础上 “推动智能公共交通系统发展”，并要求各地增加科研资金投入，加强城市公交的科学基础和应用研究，以现代通讯、信息技术为依托，建设信息化、智能

17、化、社会化的新型城市公共交通系统。由此可见，国家非常重视智能交通的应用推广，而怎样规划和实施一个实用可行的智能公共交通系统成为人们关注的问题。1.1 智能公共交通系统的发展现状1.1.1 国外智能公共交通系统的发展自八十年代以来，许多国家交通部门开始应用先进的信息与通信技术进行公交车辆定位、车辆监控、自动驾驶、计算机辅助调度及提供各种公共信息以提高公交服务水平。美国城市公共交通管理局（UMTA）已经启动了智能公共交通系统项目“Advanced Public Transportation Systems (APTS)”。经过现场试验，UMTA关于APTS的评价是：“APTS可以显著提高公共交通服

18、务水平，吸引更多乘客采用公交和合伙乘车的出行模式，从而带来减少交通拥挤、空气污染和能源消耗等一系列社会效益”。1998年，美国的APTS主要研究基于动态公共交通信息的实时调度理论和实时信息发布理论，以及使用先进的电子、通讯技术提高公交效率和服务水平的实施技术。具体包括车队管理、出行者信息、电子收费和交通需求管理等几方面的研究。其中车队管理主要研究通信系统、地理信息系统、自动车辆定位系统、自动乘客计数、公交运营软件和交通信号优先。出行者信息主要研究出行前、在途信息服务系统和多种出行方式接驳信息服务系统。日本城市公共交通智能化的发展经历了3个阶段1：70年代未开始应用公共汽车定位系统公共汽车接近显

19、示系统；80年代初开始应用公共交通运行管理系统，其中包括乘客自动统计，运行监视和运行控制；进入90年代，由于机动车数量的增长和严重交通拥挤的影响，要保持正常的行车速度是十分困难的，由此引起了公共交通的不便性和不可靠性导致乘客数量的急剧减少。东京都交通局开发了城市公共交通综合运输控制系统 (CTCS)，旨在改进公共汽车服务，重新赢得乘客。在CTCS中，公共交通运营管理系统是一个基本的框架，其目的是通过掌握运行情况以及积累乘客数据实现精确平稳的公共交通运营服务。它将运营中的公共汽车和控制室之间建设信息交换，并利用诱导和双向通讯的方法，将服务信息提供给公共汽车运营人员和驾驶人员，同时这些信息也通过进

20、站汽车指示系统和公交与铁路接驳信息系统提供给乘客。公共交通综合管理系统包括累积运营数据、乘客计数、监视和控制公共汽车运营和乘客服务等功能，其中乘客服务功能中包括进站汽车指示、信息查询和公共交通与铁路接驳信息提示。公共交通综合管理系统的硬件包括公交主控中心、区域中心以及路边、车库和车载设备等。德国柏林是从上世纪90年代开始建设智能交通系统的，当时柏林是和罗马、马德里、布鲁塞尔和巴黎共同参与了一项名为“首都工程”的智能交通合作项目，那时柏林城市发展管理局交通管理部门建立起了一座小型的交通信息中心。随着技术的日益完善，当年的交通信息中心在2002年扩建为全欧洲最大、设备最先进的交通管理中心，2004

21、年，柏林又建立起交通协调中心，以及2006年尾新近完成的高速公路结算中心，这些系统统一起来组成了柏林智能交通系统的核心，实现对交通的疏导和管理。在交通信息服务方面，柏林智能交通还实现了网站实时查询和免费短信指路。市民可以利用柏林交通管理中心网站了解柏林此时此刻的交通状况，通过地图上街道的颜色了解街道的通畅性，了解了停车场的位置及空位数，以及飞机场的飞机起落信息、道路施工建设信息等，甚至还可以为出行的市民定制合理的路线。免费短信指路是指市民可以把每天上下班的出发和终点地址通过短信传送给交通管理中心，中心就会在市民每天上下班前发送短信告知路线的道路状况，是否堵车，是否有施工等等信息，或者给市民设计

22、出路线，这样市民就不会走冤枉路，节省了时间，方便了工作和生活。而这一短信服务是完全免费的2。1.1.2 我国智能公共交通系统的发展与欧美国家相比，我国的公共交通事业发展还比较落后。截止到2006年低，我国城市公交客车的总保有量接近30万辆，比2000年增长7万辆，每千人拥有公交车0.3辆，距离发达国家每800人拥有一辆公交车的水平还有一定差距，而且公交智能化水平还较低，绝大部分是沿袭旧的运营体制。为推动中国ITS的发展，2000年2月29日，科技部会同国家计委、经贸委、公安部、交通部、铁道部、建设部、信息产业部等相关部门，在充分协商和酝酿的基础上，成立了发展中国的政府协调领导机构全国智能交通系

23、统（ITS）协调指导小组及办公室，并成立了ITS专家咨询委员会。2000年4月8月，由中国国家科技部牵头、中国智能交通系统协调指导小组组织了ITS各相关部门及科研、高校（北京工业大学、东南大学、吉林工业大学）等学术单位参与，共同承担的中国智能交通系统体系框架研究课题，初步完成了包括服务领域、逻辑框架、物理框架三大部分的中国智能交通系统体系框架。国家智能交通系统工程技术研究中心目前正致力于我国的ITS标准化工作。同时进一步开展ITS领域的科普宣传及技术培训工作；2000年国家启动ITS“十五”示范工程，确定10个示范城市，包括北京、济南、广州、中山、深圳、重庆、杭州、上海、天津和青岛；2006年

24、12月20日，在由全国智能交通系统协调指导小组主办，国家智能交通系统工程技术研究中心承办的“2006第二届中国智能交通年会”上。安排了重大项目“国家综合智能交通技术集成运用示范”；同时 “863”首次安排了“现代交通技术领域”，其中包括综合智能交通专题，主要支持以下几方面工作：首先，围绕中国东南经济快速发展中的交通需求，在北京、上海和广州进行城市智能交通的集成系统开发，并进行运用示范，在长江三角洲和渤海湾地区实施区域联网电子不停车收费；第二，注重智能交通在安全方面的开发利用，重点开发能促进交通安全性能的技术和产品；第三，安排资金支持智能交通领域的研究和产品开发，为智能交通产业的形成提供帮助，包

25、括鼓励采用新技术，为新技术和新产品的运用提供金融上的支持和税收优惠；第四，加强和加快有关标准和规范的制订，形成完整的标准体系，作为对中国重视智能交通事业的支持和回应。近几年，由于科学技术的进步和政府对公交投入力度的加大，我国各地区智能公共交通系统已初现端倪。广州市城市公共交通共用信息平台经过近3年的建设，已初具规模，它涵盖了广州公交管理地理信息系统、公交客流数据分析系统、出租车综合管理服务系统、公交智能监控调度系统四个逐渐建立起来的系统。其中广州公交管理地理信息系统在GIS 第一期工程中建立了广州市公交资源数据库，实现公交数据的管理机制，公交线网的辅助规划，发布了基于触摸屏查询的公交换乘查询系

26、统，并在应用过程中解决了许多实际问题如广州公交线网调整等。公交客流数据分析系统是在原有公交管理系统上的延伸，它通过采集羊城通刷卡数据和公交公司日常管理数据，并结合城市布局、市民出行方式、市内路网数据进行分析，实现广州公交线网的分析、客流预测、自动生成新线网等功能。出租车综合管理服务系统目前安装了15000多台出租车，实现了监控、电召、报警 、语音通话、信息发布等功能，目前电召成功率为50% 。公交智能监控调度系统目前已安装了2000多台公交车，实现了智能调度，高效管理。最近，广州市交通管理部门计划将原来四个系统的进行整合，并增加客、货运站场的管理、停车场的管理部分，构建一个整体的GIS数据分析

27、发布平台广州市公共交通公用信息平台（如图1.1）。公交管理地理信息系统公交智能监控调度系统出租车综合管理服务系统公交客流数据分析系统广州市城市公共交通共用信息平台停车场客运站货运站图1.1 构建广州市公共交通GIS数据分析发布平台上海的地铁安装了自动检票系统。可实现乘客的自动计数，统计客流变化情况。杭州、上海、北京、大连等几座大城市已在部分公交线路上建成了公交车辆跟踪调度系统，并安装了电子站牌，车载GPS定位设备，实现了对车辆的实时跟踪和定位、公交车与调度室的双向通讯、以及电子站牌上实时显示下班车位置信息等功能。据了解，近期，北京6000个左右的公交站牌将全部更换成“智能型数据公交站亭系统”，

28、乘客通过信息显示屏可了解到天气预报、时间提示、新闻摘要、公共信息等。武汉市将投入7.3亿元加速交通信息化建设，司机呼叫GPS控制中心，可以获取最优交通线路；管理部门通过监控系统，围城打转的中巴可“一目了然”。由于上述功能，使得调度过程有据可依，并实现了计算机辅助管理，节约了劳动力，减轻了劳动负担，同时，提高了车辆运输正点率和服务水平，吸引了大量客流。以上系统虽然使得中国迈入了公交智能化时代，但由于它们缺乏对许多基础理论的深入研究，一般没有将动态交通状态信息与车辆定位信息有效融合，而且某些系统的开发和研制又缺乏交通领域专家的直接参与，使目前的系统具有以下缺陷：不是以公交线优化为基础，致使调度效果

29、欠佳；大多数系统线路与线路间缺乏联系，未能实现网络上的整体协调调度；缺少信息服务系统，使系统智能化程度大大降低；某一些系统的算法有缺陷的，由于站点间运行时间单纯由距离比车辆运行速度求得，没有先进的算法作保证，致使在电子站牌上显示的下班车到达时间不准确。1.2 本文研究的意义在这样的背景下，本人选择智能交通的重要组成部分智能公共交通系统作为研究课题，目的在给出一个通用的智能公共交通系统框架和实施方案，解决其关键技术问题。智能公共交通系统的推广与应用将缓解日益突显的城市拥堵问题，最大限度发挥交通基础设施效能，提升交通行业的组织和管理能力，促进交通运输安全、环保和效率的改善，方便市民出行，它是实现城

30、市可持续发展的一条必由之路。因此，对这个系统及其关键理论和技术的研究是很有必要的。同时，由于顺德区智能公共交通安全监控系统项目从2007年1月起进入系统规划建设阶段，为此，本人收集了大量的国内、外关于智能公共交通的有关资料，为做好该项目的技术方案及提出解决该项目的关键技术打下基础。1.3 本文的研究工作和组织结构1.3.1 本文的研究工作n 在对智能公共交通系统基本理论和关键技术手段的讨论的基础上，利用最先进的科学技术，吸收借鉴国内外智能公共交通系统的建设经验，构建符合目前中国国情的智能公共交通系统框架和实施方案，并给出关键理论与技术问题的解决方案。着重解决的智能公共交通系统中数据采集、管理和

31、处理技术等技术，引入了数据仓库、数据融合、数据挖掘技术，以及应用遗传算法、蚁群算法来解决公交调度、应急调度的具体算法，优化了计算电子站牌显示预测时间算法。n 举出实例“顺德区智能公共交通安全监控系统”的框架和实施方案。1.3.2 本文的组织结构 本文共分五章。第一章对智能公共交通系统的国内外的现状进行分析，提出研究智能公共交通系统的重要性；并列出本文的研究工作和研究意义，以及对文章组织结构的介绍。第二章介绍了智能公共交通系统中需要用到的基本理论，重点介绍了较新的GPRS技术。第三章根据国内、外智能公共交通系统的应用情况，给出了适合我国国情的智能公共交通系统框架结构，并给出了直观的实施方案。第四

32、章具体讨论了智能公共交通系统的数据采集与处理、公交线网优化、调度优化、交通信息服务等关键理论与技术。其中智能公共交通系统的数据管理中，引入了数据仓库、数据融合和数据挖掘等先进技术，以管理该系统中即将面临的海量数据。这也是本文的重点之一。第五章举出了顺德区公共智能交通安全监控系统的构建实例。第六章是总结和展望，对本文的研究问题时行总结，提出了本文未能做到的问题，同时对智能公共交通系统的发展进行了展望。其中第三、四章是本文的研究重点。第二章 智能公共交通系统的基本理论概述在构建智能公共交通系统时一般都需要用到以下技术。2.1 GPS-全球卫星定位技术全球卫星定位系统（Global Position

33、ing System, 简称GPS）是随着现代科学技术的发展建立起来的一个高精度、全天候和全球性的无线电导航定位、授时的多功能系统。它利用位于距地球2万多公里高的，由24颗人造卫星组成的卫星网，向地球不断发射定位信号。地球上的任何一个GPS接收机，只要接收到三颗以上的卫星发出的信号，瞬间就可以解算出被测载体的运动状态，如经度、纬度、高度、时间、速度、航向等。3、4目前，没有任何一种传统的导航定位技术能够达到GPS这样的高精度、高速度、全天候和全球性的性能。在智能公共交通系统中GPS技术主要用于采集公共汽车的定位信息，并利用GPRS技术通过无线公共网将此信息传送到调度中心。由于目前GPS相关技术

34、用的已较成熟，这里不再赘述。2.2 GSM移动通讯技术全球移动通讯系统（Global System of Mobile communication，简称GSM）是国家投资建设的公众网络，是目前国内覆盖范围最文、系统可靠性最高、语音清晰度最高的移动蜂窝通讯系统，它具有强大的保密功能，用户身份鉴别可保护网络。在智能公共交通系统中，主要是通过GSM无线公共网络来传递公共汽车GPS定位信息、调度中心对公共汽车的各项调度指令等。2.3 中国移动GPRS技术 中国移动的通用无线分组业务（General Packet Radio Service，简称GPRS），是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端

35、到端的广域的无线IP连接，一种允许一直在线的蜂窝网络技术，最大数率114kbps。5GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上。它是作为现有的GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术。与原有的GSM的数据业务相比，它具有以下优点：1、利用GPRS数据业务，可以实现资源共享，频率资料利用率高；2、数据传输速率高，最高可达171.2Kb/s；3、用户永远在线，接入速度快；4、能向用户提供4种Qos(Quality of Service，服务质量)类别的服务，并且用户可以对Qos的配置进行协商；5、支持X.25协议和IP协议，可与外部数据网进行互联；6、计费合理，采用

36、流量计费。GRPS提供承载业务、用户终端业务和补充业务等多项业务，并且还支持短消息业务。GPRS承载业务又分点对点（PTP）业务和点对多点（PTM）业务。GPRS承载业务支持标准网络层协议（如IP协议），所以用户可以以IP报的形式开通过GPRS网络进行数据传送。其中点对点的业务应用相当广泛，如利用GPRS浏览WAP网页、无线Email、电子商务、移动办公等。我们就是要在GPRS的点对点的承载业务之上构建智能公共交通监控系统。GPRS网络构建于现有的GSM网络之上。与GSM网络相比，它增加了两个服务节点：GGSN（Gateway GPRS Support Node，网关GPRS支持点）和SGSN

37、（Service GPRS Support Node，服务GPRS支持节点），SGSN的主要功能是对用户进行鉴权和移动性管理，进行路由选择，建立移动终端和GGSN的传输通道，接收用户数据，进行协议转换后通过GPRS骨干网传送给GGSN或反向传输和计费和业务统计。而GGSN是用于接入外部数据网络的网关节点，对于外部数据网，它就是一个子网路由器。GGSN接收用户发送的数据，选路到相应的外部网络；或接收外部网络的数据，根据其他地址选项择GPRS网内的传输通道，传给相应的SGSN。另外，GGSN还有地址分配和计费功能。62.3.1 GPRS系统的分层模型GPRS系统的数据收发工作原理取自移动IP和GD

38、PD（Cell Digital Packet Data）技术，其过程为多协议层次，如图2.1所示7。主要分为：一、应用层，二、协议层，三、物理层，通常只需关心前两层。其中，TE为终端设备(Terminal Equipment)，例如中央控制器；MT为移动终端(Mobile Terminal)，例如GPRS无线通信模块。应用层规范MT与调度中心的通信数据的行为，保证MT与调度中心可以准确、唯一地解释对方信息，并保证消息在传输层不被有效监听、修改和伪造，保持通信的可靠性、可信性和安全性。应用层分为加密层、应用协议层和高级应用层三部分。TEGGSNSGSNMTGTP IP 较低层应用层协议层高级应用

39、层应用协议层加密层PPPIPTCP UDP物理层PPP SM 物理层SM GTP 较低层图2.1 GPRS系统的分层模型图加密层：调度协议的加密层是为保护用户数据而专门设计的，采用标准DES加密的向量空间是256，采用穷举的方法是很难破解的。应用协议层：连接MT与调度中心的通信协议，确保MT与调度中心信息高效、准确、唯一的理解相互之间传递的数据。高级应用层：基于协议层的具体应用，如数据传输。协议层分为三个部分，PPP层、IP层、UDP层和TCP层。协议层的重要性在于MT发送的IP数据包有效送达调度中心，同样也必须保证调度中心发送的IP数据包有效送MT。PPP（Point to Point Pr

40、otocol 点对点协议）的设计，是解决在同级单元之间传输数据包问题。这种链路提供全双工操作，并按照顺序传递数据包。PPP为基于各种主机、网桥和路由器的简单连接提供一种共通的解决方案。PPP封装提供了不同网络层协议同时通过统一链路的多种技术。PPP由两种协议构成：一种是不依存于协议的数据链路而采用LCP（Link Control Protocol，数据链路控制协议）；另一种为了实现在PPP环境中利用网络层协议控制的NCP（Network Control Protocol，网络控制协议）。IP（Internet Protocol）协议可以将多个包交换网络连接起来的，它在源地址和目的地址之间传送数

41、据包，为适应不同网络对数据包大小的要求，它还提供对数据大小的重新组装功能。IP提供服务时使用服务类型、生存时间、选项和报头校验码等四项关键技术。服务类型指希望得到的服务质量。服务类型是一个参数集，这个参数是Internet能够提供服务有代表。这种服务类型由网关使用，用于在特定的网络，或是用于下一个要经过的网络，或是下一个要对这个数据报进行路由的网关上选择实际的传送参数。生存时间是数据报可以生存的时间上限。它由发送者设置，由经过路由的地方处理。如果未到达生存时间为零，抛弃此数据报。对于控制函数来说，选项是重要的，但对于通常的通信来说，它没有存在的必要。IP不提供可靠的传输服务，它不提供端口到端口

42、的或（路由）结点到（路由）结点的确认，对数据没有差错控制，它只使用报头的检验码，它不提供重发和流量控制。如果出错，可通过ICMP报告，ICMP在IP模块中实现。TCP(Transmission Control Protocol，传输控制协议)用于在网络主机间实现高可靠性的包交换传输协议。TCP应该能够异步传送数据。下层接口为IP协义接口。为了在并不可靠的网络上实现面向连接的可靠的传送数据，TCP必须解决可靠性和流量控制的问题，必须能够为上层应用程序提供多个接口，可为多个应用程序提供数据，同时TCP必须解决连接问题，最后，TCP也必须能够解决通信安全的问题。UDP（User Data Proto

43、col，用户数据报协议）是用来在互连网络环境中提供包交换的计算机通信的协议。此协议默认IP网络协议是其下层协议。此协议提供了向另一用户程序发送信息的最简便的协议机制。此协议是面向操作的，未提供提交和复制保护。2.3.2 GPRS系统的工作原理及数据流程GPRS在提供IP服务时，GPRS网络给MT分配一个C类动态IP地址。GPS接收机实进采集定位信息，通过串口传送给中央控制器MCU。MCU将信息数据（含位置、时间、状态等信息）按照UDP格式封装成UDP数据包，然后加上IP协议头和协议尾封装成IP数据包。由于中央控制器MCU与GPRS调制解调器之间的通信遵循PPP，因而，又需要将IP数据包按照PP

44、P帧格式封装成PPP帧，然后才能通过串口传给GPRS调制解调器。GPRS调制解调器将数据包转换成SM消息，经由BTS（Base Transceiver Station 收发信基站）传送到SGSN。SGSN进行相应的协议转换，按照GPRS特有的GTP（GPRS Tunnel Protocol，GPRS隧道协议）将其封装成GTP包，然后通过GPRS特有的骨干网传送到相应的GGSN。GGSN也进行相应的协议转换，再根据外部数据网的协议格式进行新的封装，并且根据其目的IP地址选择路由进行传送，从而最终传送到PDP（Packet Data Protocol 广义上的网络）上监控中心。下行数据传输过程是上

45、述过程的逆过程，从而实现双向数据交换。监控中心TE收到上传的信息数据后，根据移动终端的IP地址和端口号下发确认信息给车载移动终端。因为UDP是无连接的，无确认的，不可靠的数据报协议，格式较TCP简单，所以我们仍然选择UDP作为传输层协议，但对其进行了改进，使它成为无连接带确认的数据报协议，从而提高了数据传输的可靠性。在智能公共交通系统中，我们利用GPRS技术在GSM无线公共网络上在公共汽车和调度中心之间传递GPS定位信息和一些调度命令。也可以利用联通的CDMA移动网络实现同样的功能，有关CDMA技术这里不再展开讨论。2.4 GIS地理信息处理技术地理信息系统（Geographic Inform

46、ation System， 简称GIS）是近些年来迅速发展起来的一门新兴技术。它作为制图学、计算机技术、地理、遥感、统计、测绘、通讯、规划和管理学科交叉运用的产物广泛地运用在各个领域。是用于获取、存储、查询、分析以及显示具有地理参照数据的一种计算机系统，它能够把空间数据和相关属性数据有机地结合起来，实现地理数据和属性数据的共同处理、查询和分析。由于交通信息与地理空间数据密切相关，而地理信息系统集成了计算机数据库技术和计算机图形处理技术，具有强大的数据管理和空间分析功能，因此借助地理信息系统来管理大量的交通信息，具有功能上的优势和鲜明直接的优点。GIS技术在智能公共交通系统的作用： 将使分散的交

47、通数据系统化、杂乱的数据标准化、抽象的数据可视化、单要素的资料变成综合资料； 使交通管理人员不但能系统地管理、查询和检索交通数据，更能利用道路空间数据和交通数据进行更高级深入的分析； 在地理信息系统上集成智能公共交通应用子系统，可视化提供城市交通的整体态势，为智能交通管理提供空间地理环境信息工作平台，使指挥、控制、信息等都能在工作平台上定位、定量和定性地运行。第三章 智能公共交通系统的构成和实施框架智能公共交通系统是在对公交系统优化的基础上，运用系统工程理论将交通流诱导技术、差分GPS定位技术、GIS及地图匹配技术、数据库技术、通信技术、电子技术、智能卡技术等先进技术科学集成，形成智能化调度、

48、公交电子收费、信息服务、网络通信于一体的先进的公共交通管理系统。下面具体讨论智能公共交通系统的构成和实施框架的框究。3.1 智能公共交通系统的构成通过研究国、内外先进智能公共交通系统的组成和功能，我们可以将智能公共交通系统具体描述为：采用全球定位系统（GPS）进行数据采集，结合公交出行调查研究，以地理信息系统（GIS）为操作平台，在对公交线网布局、线路公交方式配置、站点设置、发车间隔确定、票价的制定等进行优化和设计的基础上，实现公交车辆的自动调度和指挥，保证车辆的准点运行，并使出行者能够通过电子站牌了解车辆的到达时刻，节约乘客出行时间。同时，公交出行者还可以通过媒体（如：可变信息牌、信息台、电

49、话、互联网等）方便地获得公交信息（如：出行线路、换乘点、票价、车型等），使更多出行者采用公交出行方式。最后，对智能公交系统的社会效益、经济效益和服务水平进行评价。因此，可将智能公共交通系统分解为四个子系统：智能公共交通优化与设计子系统、智能公共交通调度子系统、智能公共交通信息服务子系统和智能公共交通评价子系统。8、9、10、111、智能公共交通优化与设计子系统智能公共交通优化与设计子系统是对公交线网布局、线路公交方式配置、站点布置、发车间隔确定、票价的制定等进行优化和设计，从规划方面提高公交服务水平。它是智能公共交通调度子系统的基础。2、智能公共交通调度子系统智能公共交通调度子系统由调度中心、

50、车载设备、电子站牌等几部分组成，其主要功能是实现公交车辆的自动调度和指挥，保证车辆的准点运行，并使出行者能够通过电子站牌了解车辆的到达时刻，从而节约出行者的等车时间。3、智能公共交通信息服务子系统智能公共交通服务子系统通过媒体（如：可变信息牌、信息台、互联网等）将公交信息（如：出行线路、换乘点、票价、车型等）发布出去，使公交出行者可以方便地获得这些信息，从而吸引公交出行。4、智能公共交通评价子系统智能公共交通评价子系统通过建立一套科学的评价公交系统的指标体系对智能公交系统实施前面的经济效益、社会效益和服务水平等方面进行评价。智能公共系统的组成如图3.1所示。智能公共交通评价子系统社会效益经济效

51、益服务水平智能公共交通优化与设计子系统智能公共交通信息服务子系统智能公共交通调度子系统线 网发车间隔票 价站 点方 式静态信息动态信息数据采集、处理与融合交通流量客 流 量站点间行程时间居民收入概况城市形态、布局人口收入水平交通政策居民分布电子站牌公交车辆智能调度司乘人员调度报表生成公交车辆定位跟踪在途公共交通信息出行前公共交通信息图3.1 智能公共交通系统的组成3.2 智能公共交通系统的实施框架在智能公共交通系统具体的实施过程中，通过以调度系统为核心。智能公共交通调度系统实行公交调度中心，分调度中心和公交车队三级管理。公交调度中心与分调度中心之间用光纤专线相连，以满足二者快速准确交换信息的需

52、要。公交调度中心主要实现车辆监控与大屏幕显示、公交运营管理、与分调度中心间协调调度车辆、公交信息采集与发布和公交线网规划与评价等功能。分调度中心负责所管辖的各线路营运车辆的调度及附近的机场、火车站、港口相联系，相互传递静态信息（如发车时刻表）和动态信息（如：客流信息、到达时刻信息）等。公交车辆内安装有GPS接收设备和双向通讯设备，能够实现车辆自动定位，并将定位信息发达给分调度中心，使其能够实时监测车辆的运行状况，并向车辆发布加速、减速、越点、跨线、折返等指令。当车辆在行驶过程中遇到交通阻塞、交通事故、或者在车内发生抢劫、火灾、乘客纠纷、故障、拥挤、纠纷、救助等短信，分调度中心接收到信息后，及时

53、与公交调度中心取得联系，并与紧急救援中心、交通管理与控制中心相配合完成事故处理、人员求助、疏散交通等任务。同时，依据当前的客流信息、交通流量、占有率等数据合理调度车辆。公交车辆内还可设有电子收费、乘客计数、电子公告板等装置，实现乘车服务的自动化和信息化，也便于公交公司统计客流情况，为线网规划与行车时刻表的编制提供可靠数据。另外，公交调度中心还能够根据交通管理与控制中心提供的实时交通数据，信息配时方案，预测车辆在站点间的行程时间，并将相关信息显示在电子站牌上。智能公共交通信息服务子系统则通过多种媒体向出行者提供出行前和在途公共交通信息。乘客可通过安装在车内的电子收费装置使用IC卡付费。根据上面对

54、智能公共交通系统的介绍，本文构造了智能公共交通系统的实施框架，如图3.1所示。紧急救援中心交通管理中心光纤信息服务·电话问询·互联网查询·触摸屏查询·电子站牌显示公交调度中心·车辆监控与大屏幕显示·公交运营管理·分调度中心间协调调度·公交信息采集与发布·线网规划与评价分调度中心1光纤·客流信息·到发时刻飞机场子GPS数据·电子收费 ·信息板·乘客计数 ·紧急呼救·自动定位 ·双向通讯·定位信息·短信息指令·客流信息·到发时刻·下班车到站信息·服务信息光纤 光纤 分调度中心2 港口公交优先信号火车站 图 3.1 智能公共交通系统实施框架3.3 智能公共交通系统信