智能交通-先进公共交通系统

智能交通_先进公共交通系统第一页，共97页。ITS课程框架与安排1.2.绪论 （第一周）交通数字化、信息化与智能化（第二周）3.4.智能交通系统系统体系框架 （第三周）先进的交通信息系统 （第四周）5.6.7.8.9.先进的交通管理与控制系统先进的公共交通系统（第五、六周）（第七、八周）先进的多式联运系统先进的车路系统先进的物流与货运系统（第九周）（第十周）（第十一周）10.11.基础理论与关键技术标准化（技术）（第十二周）（第十三周）12.13.智能交通运输系统产业化智能交通运输系统评价方法（第十四周）（第十五、六周）14.发展趋势（第十七周）第二页，共97页。优先发展公共交通已是各界达成的一致共识。第三页，共97页。本节内容·

概述（引言、APTS子系统）一·公交信息服务（核心之·公交运行监管·公交决策支持·公交智能调度公交到站时间预测）·公交优先控制·典型实例（浦东新区公交行业管理规划）第四页，共97页。概述先进的公共交通系统APTS（AdvancedPublicTransportationSystem）是在公交网络分配、公交调度、行程时间预测等关键基础理论研究的前提下，利用系统工程的理论和方法，将现代通信、信息、电子计算机、网络以及3S等高新技术应用于公共交通系统，并通过建立公共交通的智能化调度系统、公共交通信息服务系统以及公交监管系统等，实现公共交通调度、运营、管理的信息化和智能化，为出行者提供更加安全、舒适、便捷的公共交通服务。第五页，共97页。公共汽车智能交通系统用户主体需求分析用户主体 用户需求 需求内容1.出行最佳路径和方式建议2.车辆到站时刻表3.公交换乘指导信息4.公交需求响应服务5.公交出行安全保障公共交通使用者公共交通信息公交需求响应公交出行安全公共交通运营者车队调度运营车辆优先管理车辆紧急救援1.车辆实时定位和客流信息2.车队调度的优化管理3.公交方式之间的优化衔接4.车辆优先控制管理模式5.公交事故急救管理公共交通管理者基础数据库管理运行监管统计预测模型管1.公交网络优化管理2.数据统计与需求预测3.运行监管4.公交发展政策与决策理、发展规划决策管理5.紧急情况交通组织管理第六页，共97页。APTS发展目标公交运营管理公交线网优化第七页，共97页。APTS的几大典型子系统1、公共交通信息服务2、公交运行监管系统3、公交线网优化决策支持4、公交运行智能化调度5、公交优先控制系统第八页，共97页。公交信息服务系统GPS,AVL、公交卡、驾驶员卡、上下客计数器、关联交通信息系统用户信息采集系统信息采集驾驶员观测信息有线车载无线发射机INTERNET信息处理无线网络调度中心接收装置、计算机电子

站

牌信

息系统终

端调度中心信息终端乘客个体信息终端公共汽车车载信息接收装置提供信息服务车内广播车内信息屏乘

客相关用户管理者乘

客驾驶员第九页，共97页。公交信息服务系统1、电子站牌2、网站3、手机4、电话查询/声讯台5、大屏幕第十页，共97页。第十一页，共97页。公交信息服务系统第十二页，共97页。国内各类电子站牌乌鲁木齐广州郑州沈阳济南海信第十三页，共97页。电话服务公交信息服务系统第十四页，共97页。可以接收公共交通信息的手机第十五页，共97页。公交线路和换乘公交信息服务系统路

线描述偏好

设

定行点周边

自 车服务第十六页，共97页。公交信息服务系统核心-公交到站时间预测技术研究背景• GPS数据发送间隔：120秒？60秒？30秒？10秒？• 数据内容为设备号、时间、经度、纬度、方向角、运营方向、进（出）站点、里程值等• GIS地图数据（有或者没有？）信息需求背景· 公交到站距离：在站、站数？100m、50m、20m…（精度值？）· 公交到站时间：min（精度值）· 拥挤程度：有座、无座、满载、空载（描述值？）第十七页，共97页。系统框架GPS数据服务程序原始GPS数据库数据库初始化/预处理历史数据统计模块到站信息预测处理GIS路径通静态数据即时数据当天数据历史统计数据里程计算讯模块第十八页，共97页。过程解析3465718出站 ……2进站18出站校验点离线到站时间到站距离发布3465834657？……进出站距离正常行驶距离预测前预测后由此想到的问题：1.GPS时间与预测终端时间的OFFSET与较准；（时钟，耗在网络传输？）2.程序开始运算的时间；3.预测程序执行结束的时间；4.发布的时间延迟；5.进站、出站点的处理等（收到消息触发）……半站距离 整站距离第十九页，共97页。到站距离预测思路公交运营GPS数据（1）无Milemeter：GPS/GIS技术，计算里程、静态站距。（2）有Milemeter：预测距离＝

(整站距离+)半站距离确定 不确定预测时间＝整站统计时间+

半站时间时间＝距离/速度标准(m)100502010精度92.5%75%57.5%30%第二十页，共97页。到站时间预测算法(注意其数据条件)T_

C

TBC

Tpart半站预测中：Tpart

TAB

Tpast驶过的越多，越相信历史速度；驶过的越多越相信实时速度。

vcul

(1

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vhisdABABT cur

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= pastdAB两者的适应性应进一步研究！时间越新，权重越大。A(2)Lpast

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AB)A(2)(1 X A X A X AABXABM M

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tdABNC2……XTBC218218TAXTXBTXCtAtcurLpast第二十一页，共97页。测试及评价· 测试时间2009年1月13日18:38～19:41· 内业测试记录预测的基准GPS数据时间，将预测时间与实际的到站时间相比较。· 特点简单、方便、数据精确；一次评判，无法观测过程、进出站偏差。· 总体结论49路（上行：汉口路－－上体馆）肿瘤医院站头班车：≤1分钟精度79.44％≤100米精度92.52％二班车：平均准确率≤100米精度83.37％76.64％由于选取65％位平均速度，预测时间偏小。第二十二页，共97页。精度策略及评价· 对象：更关心头班车信息，且一般发布设施不提供二班车信息· 距离：站粒度、200m、100m、50m（目测范围）、20m、10m、1m· 时间：分钟、30s、10s、5s、1s预测信息评价问题：· 距离：出行者对于距离的认知，进站车辆的观测范围。· 距离规约问题：低于或高于精度值的距离舍入。· 时间：对于出行者能接受的范围〔-L,+U〕，L＜U，数值有待研究考证。· 时间规约问题：31s算作1分钟内到达？早报与迟报策略？81s算作2分钟到达？（应结合30s的刷新频率）整合策略· 30s的转换第二十三页，共97页。公交网络运行监管第二十四页，共97页。公交网络运行监管功能目标·

基础监控调度、监控数据管理·公交线路运行图监控·公交车辆运行状况监控及评价·

公交到站时间预测及评价第二十五页，共97页。公交网络运行监管· 基础监控调度、监控数据管理基于公交监控调度系统平台，提取公交运行管理数据，进行业务管理开发。·

公交车辆运行轨迹、速度等监控数据；·车辆运行操作监控：开、关门，刹车等数据；·

车辆运营情况监控：运营车辆数量、运营时间、停靠站等数据；·

油耗监控：加油数据及油耗数据等数据·

客流监控：站点上下客人数数据；基础动态数据的统计利用！第二十六页，共97页。公交网络运行监管· 公交线路运行图监控－－运营监控基于公交监控调度系统数据，监控公交车辆的运行（轨迹）图，优化线路的车辆的运行秩序及排班。·监控车辆班次的均匀性；·

监控车辆是否越班行驶等；·

监控线路车辆的整体运行速度等；·

基于运行图进行车辆的排班优化等；· ……第二十七页，共97页。公交网络运行监管· 公交车辆运行状况监控及评价－－运行监控基于车辆运行状况数据（行驶记录仪、燃油检测器等），监控车辆的运行状况。·

车辆违章操作，非法开关门、急刹车等；·

线路车辆速度控制等；·车辆燃油消耗监控及统计；·

车辆的驾驶行为监控及分析；· ……利用运行数据监控车辆的微观运行状况第二十八页，共97页。· 公交到站时间预测基于车辆运行AVL数据（及站点上下客流数据等），预测公交车辆的到站时间，评价运行时间可靠性。·基于历史定位数据预测车辆到站时间；·

公交车辆的运行准时性评价；·

统计线路公交车辆的周期运行准点性；·

评价公交车辆运行时间可靠性；· ……利用运行实时、历史定位数据预测并监控、评价车辆的运行准定性！公交网络运行监管第二十九页，共97页。公交网络优化决策支持系统第三十页，共97页。公交网络优化决策支持系统功能目标· 统一管理公交静态基础信息· 收集公交客流信息，为公交线网规划决策· 公交线网调整及优化决策支持· 公交线路、站点及网络评价第三十一页，共97页。· 统一管理公交静态基础信息道路、线路、场站、车辆等静态信息，作为系统优化、信息服务等的基础信息平台。· 建立公交基础设施信息编码库· 建立公交基础设施信息管理平台· 全市公交基础信息资源的增删查改等· ……作为全市统一的公交线路、场站、网络等的基础数据源！公交网络优化决策支持系统第三十二页，共97页。· 收集公交客流信息，为公交线网规划决策收集IC卡客流信息、票根客流信息，反映到公交线网基础平台，为公交线网规划及调整做决策。· 掌握公交客流的总体分布情况· 掌握公交客流的周期变化情况· 掌握市内公交的换乘流量发生情况· 掌握市内公交主要客流走廊情况· ……为公交线网调整及优化提供基础客流方面的决策支持！公交网络优化决策支持系统第三十三页，共97页。· 公交线网调整及优化决策支持适应大型活动、道路施工等的公交线网方案调整，以及公交线网方案优化交互决策支持。· 基础的线路走向交互修改、评价· 大型活动、道路施工临时改线的决策支持· 基于客流需求的公交线路优化· 公交枢纽、站点布设优化· ……为公交线网调整及优化提供模型方面的决策支持！公交网络优化决策支持系统第三十四页，共97页。· 公交线路、站点及网络评价从设施水平（硬件）、运输能力（客流）两方面对公交线网方案进行实时评价，为公交网络系统优化做决策· 网络覆盖率、非直线系数、运营里程等设施水平参数的评价· 换乘系数、周转量、平均出行时间等运输能

力参数的评价· ……为公交线网调整及优化、提高服务水平等提供模型方面的决策支持！公交网络优化决策支持系统。第三十五页，共97页。智能公交调度AdvancedTransit

DispatchingSystem(ATDS)第三十六页，共97页。主要内容1.智能公交调度系统概述2.

智能公交调度在APTS中的位置3.

智能公交调度系统集成4.

单线路智能公交调度第三十七页，共97页。1智能公交调度系统概述·

该系统以“提高公交服务水平，降低营运成本，实现公交系统信息透明化”为基本目标。·

通常以全球定位系统（GPS），客流检测系统，地理信息系统（GIS）、数据库系统作为技术支撑。·需要以公交线网布局、线路公交方式配置、站点布置、发车时间隔确定、票价的制定等进行优化和设计为基础。·

实现公交车辆的自动调度和指挥，保证车辆的准点运行，使出行者可以通过电子站牌等信息发布终端了解车辆到达信息和换乘信息等，从而降低运行成本和乘客的出行成本。第三十八页，共97页。智能公交调度在APTS中的位置人口分布人口收入水平静态信息数据采集、处理与融合动态信息交通流量公交客流OD城市形态、布局站点间行程时间交通设施布局交通政策线网方式场、站智能公共交通优化子系统智能公交信息服务子系统智能公共交通调度子系统票制与票价发车间隔电子站公交

公交

司乘报车辆

车辆人员

表定位动态配班

生牌跟踪

调度计划成城市轨道交通调度社会效益经济效益系统服务水平出行前公共交通在途公共交通智能公共交通评价子系统信息信息第三十九页，共97页。2智能公交调度系统集成补充：公交枢纽客流组织与多方式联运协调调度第四十页，共97页。4智能公交调度的研究前提公交线网（含枢纽、场站）规划公交发车频率及车辆资源配置优化公交优先设计公交时刻表设计及派班计划优化公交优先控制公交动态调度决策支持第四十一页，共97页。5

智能公交调度理论的研究进程城市公交系统协调调度未来研究内容公交枢纽群协调调度公交枢纽集成调度国际发达国家研究水平区域多线路协调调度国内研究水平单线路动态调度第四十二页，共97页。6 主要研究成果·

公共交通智能化调度基础数据预测·城市公共交通站点间实时动态行程时间预测·

公共交通实时控制·公共交通实时放车调度·

公共交通实时发快车调度·

公共交通区域运营组织与调度系统·

基于ITS环境的公共汽车交通换乘时间最短调度·

APTS条件下公交枢纽车辆调度第四十三页，共97页。7公公交交调调度度层层次次——单线路动态调度，区域协调调度面向公交总站或车场—区域协调调度面向单条线路—动态调度第四十四页，共97页。7公交调度层次——枢纽多线路集成调度面向公交枢纽：判别需要协调的线路组合及协调的时段第四十五页，共97页。7公交调度层次——枢纽群协调调度轨道交通线路或快速公交线路第四十六页，共97页。8各种事件下动态调度对策异常事件第四十七页，共97页。单线路公交动态调度理论第四十八页，共97页。8.2调度方法一——实时控制在车辆运行过程中由于受多种因素影响而偏离了计划的行车时刻表，会出现运行偏差，这种偏差如果不进行控制就会沿着公交运行方向不断放大传播。第四十九页，共97页。8.3调度方法二——实时控制实时调度模型研究的是通过对公交车辆驻站时间的控制达到减弱或消除车辆运行偏差的方法。第五十页，共97页。8.4调度方法三——区间车调度优化目标：· 乘客总乘车时间和候车时间最小· 车辆运营成本最低面向问题：·缓和断面和方向客流不均衡·满足车辆准点运行要求第五十一页，共97页。8.5调度方法四——放车调度面向问题：·迅速疏散车辆，尽快恢复线路中途的计划行车间隔，均衡中途各站乘客待运时间。目标：对于车辆i，寻找最优的放车区段，使车辆i和i+1的乘客候车时间最少。第五十二页，共97页。9.1区域运营组织与调度模式第五十三页，共97页。公交优先控制技术第五十四页，共97页。公交优先信号控制策略及实施方案被动信号优先主动信号优先实时信号优先即根据交叉口附近的公交车辆检测器检测到的公交车辆到达情况，调整信号相位对公交实施优先。可分为有条件优先和无条件即在不设车辆检测器的情况下，根据历史数据。预先进行交叉口公交优先信号配时。通过GPS和AVL等装置估计系统现状，包括公共汽车、公共汽车上乘客数和公共汽车运行状况(晚点、准时、提前等)，考虑交叉口所有机动优先两种类型。绿灯延长绿灯提前公共汽车专用相位等等车道预信号公交绿波重复绿灯等等车的流量情况，基于实时信息优化交叉口信号配时。延误优化交叉口控制网络控制等等第五十五页，共97页。公交基本优先策略·

车道预信号·

绿灯提前/延长·公交绿波2009-11-13第五十六页，共97页。单点公交优先控制基本目标· 保证公交运行的准时性· 保障公交车辆运行时刻表· 考虑交叉口总体效益· 减少公交车辆在单个交叉口的延误，增加乘客通行能力。第五十七页，共97页。锯齿形进口道公交优先控制·

在交叉口进口道原有的停车线基础上，增设第二根停车线，则第一根和第二根停车线之间的区域就称作为锯齿形进口道.·设置锯齿形公交进口道和预先信号的目的是提供优先权给公共汽车，使其优先进入该进口道，从而可以避免公交车排队，并减少公共汽车在交叉口的延误。锯

齿形

进口道

公交专用

道预先信号

主信

号图

1

全部锯齿形公交进口道的典型布置第五十八页，共97页。车道预信号· 享受优先的车辆数比较多。· 减少公交车辆交叉口的排队延误时间。· 公交车辆在车队最前方排队，适合和下游的公交绿波方案结合使用。· 前置停车线处的预信号灯和交叉口处的主信号灯协调控制，社会车辆通过预信号到主信号正好在绿灯期间通过，不增加社会车辆总的停车延误时间，所不同的是社会车辆变交叉口停车线排队为前置停车线排队。2009-11-13第五十九页，共97页。专用进口道公交优先控制· 控制的基本策略· 离线控制策略考虑公交运· 在线调整方法相位相序、周期、绿信比行情况相位绿灯时间延长相位绿灯提前激活第六十页，共97页。绿灯提前第六十一页，共97页。绿灯延迟第六十二页，共97页。绿灯提前/延长（考虑倒计时）相位A相位B相位C相位关

闭信号相位关

闭信号相位关

闭信号原有相位AC

C+PA交叉口

位置B速度VDE检测点距离LC1C1+PBA1A1△t忽略请求区间绿灯延长请求区间绿灯提前请求区间位置DEA》机动车倒计时（TA）和行人绿闪同步》绿灯延长时间（P）一般不超过周期长度的10%》公交车辆检测点距离停车线最佳距离为：J比最佳距离近的情况下,不能完成P秒的绿灯延长时间,即不能完全延长L(TA

P)

VJ比最佳距离远的情况下,会浪费可延长时间2009-11-13第六十三页，共97页。交叉口群沿线公交优先控制· 沿线优先控制的总体目标· 保证公交运行的准时性· 保证协调方向车流的效益第六十四页，共97页。公交绿波· 公交绿波指的是在线控参数设计时，以公交车的路段平均行驶速度代替一般车辆的平均行驶速度，进而达到为公交车辆提供连续通行的目的。· 按照公交车辆行驶速度设置交叉口间的相位差。大沽延安金陵西

淮海第六十五页，共97页。· 控制的基本策略· 离线控制策略共同周期、相位差、初始绿信比· 在线调整方法绿信比调整周期调整第六十六页，共97页。绿信比与周期调整的相互关系绿信比方案i协调控制效益指标PIi绿信比优化协调控制效益指标PIj（中选）绿信比方案i沿线优先控制申请周期优化协调控制效益指标PIm周期方案m协调控制效益指标PIn周期方案n第六十七页，共97页。交叉口群周期方案调整（续2）· 增大周期后的协调控制优化方案Stop2协调绿波的调整Stop1CCCoptt增加周期后的协调控制优化方案第六十八页，共97页。交叉口群周期方案调整（续3）· 减小周期后的协调控制优化方案Stop2Stop1协调绿波的调整Ct减小周期后的协调控制优化方案CCopt第六十九页，共97页。中国研究公交优先的问题·绿波控制、公交优先、公交专用道优先的关系·

多方向公交优先（路段车辆数多）·

混合交通流的处理·

倒计时信号灯影响·检测器布置对公交优先的影响（双断面检测器、AVL、RFID等等）2009-11-13第七十页，共97页。快速公交之智能交通技术第七十一页，共97页。规划或兴建BRT之城市LatinAmericaBarranquillaBogota(expansion)CartagenaCuencaGuatemalaCityNorth

AmericaAlbanyAlamedaand

Contra

CostaBostonCharlotteChicagoAsiaBeijingBangaloreChengduChongqingNewDelhiOceaniaAucklandPerthSydneyGuayaquilLimaMexico

CityPanamaCityClevelandDullesCorridorEugeneHartfordSeoulShanghaiSurabayaTaichunTainanWuhanXiamenPereiraQuito(expansion)San

JuanLasVegasLouisvilleMontomeryCountySanSalvadorSan

FranciscoTorontoXian2009/11/13第七十二页，共97页。不同造型BRT系统73第七十三页，共97页。台北昆明74重庆北京杭州第七十四页，共97页。快速公交（BRT）之特性·

定义·美国联邦交通部（FTA）·BRT为结合轨道运输(Urban

Rail)服务品质及公共汽车运输弹性，运转在专用路权、高乘载车道、快速道路或一般街道，结合使用智能运输系统技术、公共运输优先权、低污染与低噪音车辆以及快速及便利收费系统，并且为结合大众运输导向之土地使用政策之运输系统。·

能源基金会·

BRT利用改良之公共汽车车辆，运行在公共交通专用道路空间上，保持轨道交通的特性且具有普通公共汽车灵活性的一种便利、快速的公共交通方式。2009/11/1375第七十五页，共97页。BRT之特色· 专用或部分专用路权· 乘客能快速上下车车厢载客量大· 高效率收费系统结合ITS

技术应用清洁能源技术· 与其他运输工具整合· 鲜明的行销识别系统2009/11/13第七十六页，共97页。设计要素2009/11/13第七十七页，共97页。应用ITS技术于BRT系统之目标· 增加BRT系统安全及运行效率· 提高BRT服务品质· 加强BRT与其他运输工具整合· 确保BRT设施专属与权威性2009/11/13第七十八页，共97页。ITS技术与BRT系统之功能规划· ITS技术的整合决定BRT系统之特性· 应用ITS技术是为了达到BRT系统目标· ITS技术应用可使BRT之效益具体显现· 避免为应用ITS技术而牺牲BRT功能32009/11/179第七十九页，共97页。BRT系统采用的ITS技术·

车辆运行优先·

智能车辆的设计·

收费与票证系统·车辆运行与车队管理·

乘客信息(信息)系统·

执法系统·

其他ITS技术资料存取系统、乘客计数、安全警告、车上影音等技术2009/11/13第八十页，共97页。ITS技术与车辆设备2009/11/13第八十一页，共97页。路口优先信号TRANSPONDER2009/11/13第八十二页，共97页。先进候车站台之动态信息系统2009/11/1383第八十三页，共97页。BRT系统应用ITS技术之案例第八十四页，共97页。巴西库里堤巴(Curitiba)· 特殊车站设计· 搭车月台与车辆同高· 公共汽车信号优先权· 高容量、宽车门之车辆· 多样化路线与运行整合2009/11/13第八十五页，共97页。加拿大渥太华（Ottawa）· 动态行车信息系统· 行车控制中心· 信号优先系统2009/11/13第八十六页，共97页。哥伦比亚波哥大(Bogota)· 每一辆公共汽车上都安装全球卫星定位系统和资料处理系统，此处理系统每六秒钟更新车辆位置，同时控制中心还可以获取进出车站的乘客人数信息。· 弹性班车调度与发车以满足多