基于大数据的智慧公交系统顶层架构设计.docx

基于大数据的智慧公交系统顶层架构设计车辉吕辉杨波邢慧芬樊玉琦摘要：随着中国城镇人口的增加，传统城市公交系统难以满足市民出行的需求，阻碍了城市发展。大数据技术的快速发展和应用，有力地推动了城市智慧公交的建设和发展，提高了城市居民出行效率，推动了城市经济发展。文中从实际应用出发，对智慧公交的网络拓扑架构、系统架构、公交线网规划决策支持子系统、公交车辆监控调度子系统和公共交通信息服务子系统等进行了顶层设计，并对数据处理技术进行了分析，为智慧公交系统建设提供了顶层方案，具有一定的参考价值。关键词：智慧交通;大数据;顶层设计;智能调度;公交电子站牌;公交APP中图分类号：TP391.4;TN929.5文献标识码：A文章编号：2095-1302（2020）11-0-030引言随着中国城镇化的快速发展，城市人口数量急剧增加，城市公共交通面临着前所未有的压力。城市公共交通具有大容量、低碳环保等优势，是缓解城市交通压力，解决城市居民出行问题的最佳选择。但传统公交系统存在信息化、智能化水平较低，公交路线规划不合理、服务水平较低等缺点，导致城市公交可达性较差，已难以满足日益发展的城市出行需求。新一代信息与通信技术（ICT）的快速发展，有力地推动了智慧公交的发展，提高了百姓的出行效率和乘车体验，也提高了城市居民的幸福指数。智慧公交[1-2]是运用物联网[3]、云计算、大数据[4]、人工智能、全球定位等技术，结合公交企业基础管理和车辆调度业务需求，建设的城市公交智能化调度管理系统，实现了公交线路智能规划、公交车辆智能调度，从而提高了企业资源的利用效率，加强了公交运营安全管理，更提升了城市公共交通的服务质量，满足了城市居民的出行需求。本文从智慧公交的网络拓扑架构、系统架构出发，详细阐述了公交线网规划决策支持子系统、智慧公交車监控调度子系统、公交信息服务子系统的顶层设计，并简单阐述了线网规划、公交调度的当前常用算法。最后，本文对公交电子站牌系统和智慧公交APP进行了设计，从而为城市智慧公交建设提供参考模板，具有一定的实用价值。大数据技术的应用推动了城市智慧公交的发展，有力缓解了城市交通拥堵，提高了百姓出行效率。1网络拓扑架构城市智慧公交系统以云计算、大数据为基础，结合全球定位系统（或北斗导航系统），整合企业、交通管理部门和城市居民等需求，以视频监控、智能终端、车辆定位和NFC等技术，有效加强公交公司的安全运营、智能化线路规划和车辆智能调度，从而提升企业的资源利用效率和服务质量，提高城市交通效率。智慧公交网络拓扑架构如图1所示。2系统架构智慧公交系统主要包括公交线网规划决策支持子系统[5]、公交车辆监控调度子系统[6]和公共交通信息服务子系统。智慧公交系统通过建设公交线网规划决策支持子系统，实现了城市公交线路的最优规划，以满足城市居民的出行需求，提升城市公共交通的服务质量;通过建设公交车辆监控调度子系统，实现了公交车辆运行的自动监控，确保乘客安全出行，尤其是智能调度系统通过大数据分析结果为公交车调度提供科学依据，实现了企业的资源最优化配置和管理;公共交通信息服务子系统的建设则实现了交通信息的实时发布，使乘客能够及时了解公交信息，有效提高公共交通的服务水平。智慧公交系统架构如图2所示。其中，公交线网规划决策支持子系统根据居民出行和公交客流的数据资料及预测经过，运用数据规划、图论等方法，深入研究公交线网最优布局，为公交线网规划提供决策支持。智慧公交车监控调度子系统主要以GIS电子地图、GPS卫星定位、RFID、GPRS/CDMA移动通信等技术，通过实时收集公交车的位置和状态信息，实现公交车运行状态的实时监控和车辆智能化调度。公共交通信息服务子系统利用互联网、手机和公交电子站牌等为乘客提供全方位的公交信息，方便市民出行。3系统设计3.1公交线网规划决策支持子系统公交线网规划决策支持子系统包括3种功能，即公交运行现状分析、公交线网优化和公交线网规划的评价。它将有关规划信息提供给交通管理部门和社会公众：系统通过对公共交通的历史数据进行挖掘分析，根据城市居民出行分析模型对居民出行进行预测，制定短期和长期的公交车运营计划;系统通过对城市公共交通的公交站台吞吐量、途径站台车辆、在行驶的公交车辆、公交线路数量等信息组成的数据库进行大数据分析，结合城市公交线路班次优化模型、车辆配置优化模型、车辆时刻表优化模型、行车线路优化、司乘人员配置模型，对初始运营计划进行优化调整;系统还设置人机交互系统，必要情况下企业管理人员可对决策进行干预。公交线网规划决策支持子系统架构如图3所示。公交线网规划决策支持子系统在大数据架构的基础上，对公交系统数据进行数据挖掘，并利用如聚类分析法、神经网络、遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等，对公交车客流量、乘客上下车时间、相应站点等进行分析，对乘客出行规律进