1 引言
    據(jù)有關(guān)資料，我國(guó)目前的城市數(shù)量為666個(gè)，其中特大城市32個(gè)，大城市43個(gè)，中等城市192個(gè)，小城市400多個(gè)，城市化水平已經(jīng)達(dá)到30%。在未來(lái)的十年內(nèi)，隨著小城鎮(zhèn)建設(shè)的發(fā)展，將有1.5億至兩億農(nóng)村人口轉(zhuǎn)移城市，城市人口將上升到6.3億，城市化水平將接近50%。城市化進(jìn)程的加快，必將造成城市居民出行量的逐年遞增，預(yù)計(jì)到20140年城市居民的交通總量將達(dá)2500億人次。然而，由于多種原因致使公交車(chē)輛運(yùn)營(yíng)速度由每小時(shí)12～14公里下降至4～10公里，新增的運(yùn)力被運(yùn)輸效率下降抵消，公交承擔(dān)運(yùn)量不斷減退，居民出行方式逐年由公交向自行車(chē)等個(gè)體交通方式轉(zhuǎn)移，這無(wú)疑加劇了交通需求的不斷增加與公共交通發(fā)展相對(duì)滯后的矛盾成為擺在我們面前的一項(xiàng)迫切任務(wù)。優(yōu)先發(fā)展城市公共交通，改善公交服務(wù)水平，吸引更多乘客乘坐公交出行無(wú)疑是解決這一矛盾的途徑。我國(guó)各級(jí)政府都非常重視公交事業(yè)的發(fā)展，對(duì)公交企業(yè)給予一定的財(cái)政補(bǔ)巾，鼓勵(lì)運(yùn)用*的科技手段改造傳統(tǒng)的公交運(yùn)營(yíng)模式。通過(guò)優(yōu)先發(fā)展公共交通來(lái)解決大、中城市目前普遍存在的交通擁擠、交通事故頻繁和環(huán)境污染等問(wèn)題已成為一種共識(shí)，它是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的一條必由之路。 
2 智能公共交通系統(tǒng)研究現(xiàn)狀比較
    美國(guó)、日本、加拿大、英國(guó)、法國(guó)、韓國(guó)等國(guó)家都投入了較大的人力和物力從事智能公共交通系統(tǒng)研究大上處于地位，并已取得了顯著的成果。自八十年代以來(lái)，許多國(guó)家公共*門(mén)開(kāi)始應(yīng)用*的信息與通信技術(shù)進(jìn)行公交車(chē)輛定位、車(chē)輛監(jiān)控、自動(dòng)駕駛、計(jì)算機(jī)輔助調(diào)度及提供各種公共交通信息以提高公交服務(wù)水平。美國(guó)城市公共交通管理局（UMTA）已經(jīng)啟動(dòng)了智能公共交通系統(tǒng)項(xiàng)目"Advanced Public Transportation Systems(APTS)"。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，UMTA關(guān)于APTS的評(píng)價(jià)是："APTS可以顯著提高公共交通服務(wù)水平，吸引更多乘客采用公交和合伙乘車(chē)的出行模式，從而帶來(lái)了減少交通擁擠，空氣污染和能源消耗等一系列社會(huì)效益"。根據(jù)1998年美國(guó)運(yùn)輸部的聯(lián)邦公共交通管理局（FTA）出版的"APTS發(fā)展現(xiàn)狀"，美國(guó)的APTS主要研究基于動(dòng)態(tài)公共交通信息的實(shí)時(shí)調(diào)度理論和實(shí)時(shí)信息發(fā)布理論，以及使用*的電子、通訊技術(shù)提高公交效率和服務(wù)水平的實(shí)施技術(shù)。具體包括車(chē)隊(duì)管理、出行者信息、電子收費(fèi)和交通需求管理等幾方面的研究。其中車(chē)隊(duì)管理主要研究通信系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、自動(dòng)車(chē)輛定位系統(tǒng)、自動(dòng)乘客計(jì)數(shù)、公交運(yùn)營(yíng)軟件和交通信號(hào)優(yōu)先。出行者信息主要研究出行前、在途信息服務(wù)系統(tǒng)和多種出行方式接駁信息服務(wù)系統(tǒng)。
    日本城市公共交通智能化的發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段：70年代末開(kāi)始應(yīng)用公共汽車(chē)定位系統(tǒng)--公共汽車(chē)接近顯示系統(tǒng)；80年代初開(kāi)始應(yīng)用公共交通運(yùn)行管理系統(tǒng)，其中包括乘客自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，運(yùn)行監(jiān)視和運(yùn)行控制；進(jìn)入90年代，由于機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量的增長(zhǎng)和嚴(yán)重交通擁擠的影響，要保持正常的行車(chē)速度是十分困難的，由此引起的公共交通的不便性和不可靠性導(dǎo)致乘客數(shù)量的急劇減少。東京都*開(kāi)發(fā)了城市公共交通綜合運(yùn)輸控制系統(tǒng)（CTCS），旨在改進(jìn)公共汽車(chē)服務(wù)，重新贏得乘客。在CTCS中，公共交通運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)是一個(gè)基本的框架，其目的是通過(guò)掌握運(yùn)行情況以及乘客數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的公共交通運(yùn)營(yíng)服務(wù)。它將運(yùn)營(yíng)中的公共汽車(chē)和控制室之間建立信息交換，并利用誘導(dǎo)和雙向通訊的方法，將服務(wù)信息提供給公共汽車(chē)運(yùn)營(yíng)人員和駕駛?cè)藛T，同時(shí)這些信息也通過(guò)進(jìn)站汽車(chē)指示系統(tǒng)和公交與鐵路接駁信息系統(tǒng)提供給乘客。公共交通綜合管理系統(tǒng)包括累積運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)、乘客計(jì)數(shù)、監(jiān)視和控制公共汽車(chē)運(yùn)營(yíng)和乘客服務(wù)等功能，其中乘客服務(wù)功能中包括進(jìn)站汽車(chē)指示、信息查詢(xún)和公共交通與鐵路接駁信息提示。公共交通綜合管理系統(tǒng)的硬件包括公交主控中心、區(qū)域中心以及路邊、車(chē)庫(kù)和車(chē)載設(shè)備等。 
    歐洲許多國(guó)家同中國(guó)一樣具有悠久的歷，城市街道一般都比較狹窄。但是，它們通過(guò)實(shí)施公交優(yōu)先政策，設(shè)立公交道，為公交車(chē)提供優(yōu)先通行信號(hào)，布設(shè)智能公交監(jiān)控與調(diào)度系統(tǒng)等措施，提高公交車(chē)輛運(yùn)行速度和公交服務(wù)質(zhì)量以吸引公眾乘坐公交車(chē)出行，從而有效地緩解了城市交通壓力，解決了城市交通問(wèn)題，并取得了明顯的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，這些經(jīng)驗(yàn)值得中國(guó)許多大中城市借鑒。 
    與歐美國(guó)家相比，我國(guó)的公共交通事業(yè)發(fā)展還比較落后。截止2000年，我國(guó)城市公交客車(chē)的總保有量為23萬(wàn)輛，比1997年增長(zhǎng)6.7萬(wàn)輛，每千人擁有公交車(chē)0.7輛，距離發(fā)達(dá)國(guó)家每800人擁有一輛公交車(chē)的水平還有一定差距，而且公交智能化水平還較低，絕大部分是沿襲舊的運(yùn)營(yíng)體制。但是，近幾年，由于科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和政府對(duì)公交投入力度的加大，我國(guó)智能公共交通系統(tǒng)已初現(xiàn)端倪。比如：上海的地鐵安裝了自動(dòng)檢票系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)乘客的自動(dòng)計(jì)數(shù)，統(tǒng)計(jì)客流變化情況。還有一些城市正在著手實(shí)施公交"一卡通"，實(shí)現(xiàn)公交電子收費(fèi)。杭州、上海、北京、大連等幾座大城市已在部分公交線路上建成了公交車(chē)輛跟蹤調(diào)度系統(tǒng)，并安裝了電子站牌，車(chē)載GPS定位設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)車(chē)輛的實(shí)時(shí)跟蹤和定位、公交車(chē)與調(diào)度室的雙向通訊、以及電子站牌上實(shí)時(shí)顯示下班車(chē)位置信息等功能。由于上述功能，使得調(diào)度過(guò)程有據(jù)可依，并實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助管理，節(jié)約了勞動(dòng)力，減輕了勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，同時(shí)，提高了車(chē)輛運(yùn)行正步率和服務(wù)水平，吸引了大量客流。這些系統(tǒng)雖然使得中國(guó)邁入了公交智能化時(shí)代，但由于它們?nèi)狈?duì)許多基礎(chǔ)理論的深入研究，一般沒(méi)有將動(dòng)態(tài)交通狀態(tài)信息與車(chē)輛定位信息有效融合，而且某些系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和研制又缺乏交通領(lǐng)域?qū)＜业闹苯訁⑴c，使目前的系統(tǒng)具有以下缺陷：①不是以公交線網(wǎng)優(yōu)化為基礎(chǔ)，致使調(diào)度效果欠佳；②大多數(shù)系統(tǒng)線路與線路間缺乏，未能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的整體協(xié)調(diào)調(diào)度；③缺少信息服務(wù)系統(tǒng)，使系統(tǒng)智能化程度大大降低；④由于站點(diǎn)間運(yùn)行時(shí)間單純由距離比車(chē)輛運(yùn)行速度求得，沒(méi)有*的算法作保證，致使在電子站牌上顯示的下班車(chē)到達(dá)時(shí)間不準(zhǔn)確。 
3 智能公共交通系統(tǒng)的構(gòu)成
    智能公共交通系統(tǒng)是在對(duì)公交系統(tǒng)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，運(yùn)用系統(tǒng)工程理論將交通流誘導(dǎo)技術(shù)、差分GPS定位技術(shù)、GIS及地圖匹配技術(shù)、公交運(yùn)營(yíng)優(yōu)化與評(píng)價(jià)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)、智能卡技術(shù)等*技術(shù)科學(xué)集成，形成集智能化調(diào)度、公交電子收費(fèi)、信息服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)通信于一體的*的公共交通管理系統(tǒng)。智能公共交通系統(tǒng)可以具體描述為：采用不定位系統(tǒng)（GPS）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，結(jié)合公交出行調(diào)查，以地理信息系統(tǒng)（GIS）為操作平臺(tái)，在對(duì)公交線網(wǎng)布局、線路公交方式配置、站點(diǎn)布置、發(fā)車(chē)間隔確定、票價(jià)的制定等進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，實(shí) 現(xiàn)公交車(chē)輛的自動(dòng)調(diào)度和指揮，保證車(chē)輛的準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，并使出行者能夠通過(guò)電子站牌了解車(chē)輛的到達(dá)時(shí)刻，從而節(jié)約乘客的出行時(shí)間。同時(shí)，公交出行者可以通過(guò)媒體如：可變信息牌、信息臺(tái)、、互聯(lián)網(wǎng)等方便地獲得公交信息（如：出行線路換乘點(diǎn)、票價(jià)、車(chē)型等），使更多出行者采用公交出行方式。zui后，對(duì)智能公交系統(tǒng)的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益和服務(wù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，可將智能公共交通系統(tǒng)分解為以下四個(gè)子系統(tǒng)：
    1）智能公共交通優(yōu)化與設(shè)計(jì)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)是對(duì)公交線網(wǎng)布局、線路公交方式配置、站點(diǎn)布置、發(fā)車(chē)間隔確定、票價(jià)的制定等進(jìn)行優(yōu)化和設(shè)計(jì)，從規(guī)劃方面提高公交服務(wù)水平。 
    2）智能公共交通調(diào)度子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)由調(diào)度中心、車(chē)載設(shè)備、電子站牌等幾部分組成，其主要功能是實(shí)現(xiàn)公交車(chē)輛的自動(dòng)調(diào)度和指揮，保證車(chē)輛的準(zhǔn)點(diǎn)運(yùn)行，并使出行者能夠通過(guò)電子站牌了解車(chē)輛的到達(dá)時(shí)刻，從而節(jié)約出行者的等車(chē)時(shí)間。
    3）智能公共交通信息服務(wù)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)通過(guò)媒體（如：可變信息牌、信息臺(tái)、互聯(lián)網(wǎng)等）將公交信息（如：出行線路、換乘點(diǎn)、票價(jià)、車(chē)型等）發(fā)布出去，使公交出行者可以方便地獲得這些信息，從而吸引公交出行。
    4）智能公共交通評(píng)價(jià)子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)通過(guò)建立一套科學(xué)的評(píng)價(jià)公交系統(tǒng)的指標(biāo)體系對(duì)智能公交系統(tǒng)實(shí)施前后的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和服務(wù)水平等方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。
智能公共交通系統(tǒng)的組成如圖1所示： 
    4 智能公共交通系統(tǒng)實(shí)施框架
    智能公共交通系統(tǒng)以調(diào)度系統(tǒng)為核心。智能公共交通調(diào)度系統(tǒng)實(shí)行公交調(diào)度中心、公調(diào)度中心和公交車(chē)隊(duì)三級(jí)管理。公交調(diào)度中心與公調(diào)度中心之間用DDN專(zhuān)線相連，以滿(mǎn)足二者快速準(zhǔn)確交換信息的需要。公交調(diào)度中心主要實(shí)現(xiàn)車(chē)輛監(jiān)控與大屏幕顯示、公交運(yùn)營(yíng)管理、與分調(diào)度中心間協(xié)調(diào)調(diào)度車(chē)輛、公交信息采集與發(fā)布和公交線網(wǎng)規(guī)劃與評(píng)價(jià)等功能。分調(diào)度中心負(fù)責(zé)所管轄的各線路營(yíng)運(yùn)車(chē)輛的調(diào)度及與附近的機(jī)場(chǎng)、火車(chē)站、港口相，相互傳遞靜態(tài)信息（如發(fā)車(chē)時(shí)刻表）和動(dòng)態(tài)信息（如：客流信息、到達(dá)時(shí)刻信息）等。公交車(chē)輛內(nèi)安裝有GPS接收設(shè)備和雙向通訊設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)輛自動(dòng)定位，并將定位信息發(fā)送給分調(diào)度中心，使其能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛的運(yùn)行狀況，并向車(chē)輛發(fā)布加速、減速、越站、跨線、折返等指令。當(dāng)車(chē)輛在行駛過(guò)程中遇到交通阻塞、交通事故、或者在車(chē)內(nèi)發(fā)生搶劫、火災(zāi)、乘客糾紛、故障、擁擠等緊急情況時(shí)，司乘人員可通過(guò)車(chē)載設(shè)備上的相應(yīng)按鍵向分調(diào)度中心發(fā)出路阻、事故、故障、擁擠、糾紛、救助等短信息，分調(diào)度中心接收到信息后有為時(shí)與公交調(diào)度中心取得，并與緊急救援中心、交通管理與控制中心相配合完成事故處理、人員救助、疏散交通等任務(wù)。同時(shí)，依據(jù)當(dāng)前的客流信息、交通流量、占有率等數(shù)據(jù)合理調(diào)度車(chē)輛。公交車(chē)輛內(nèi)還可沒(méi)有電子收費(fèi)、乘客計(jì)數(shù)、電子公告板等裝置，實(shí)現(xiàn)乘車(chē)服務(wù)的自動(dòng)化和信息化，也便于公交公司統(tǒng)計(jì)客流情況，為線網(wǎng)規(guī)劃與行車(chē)時(shí)刻表的編制提供可靠數(shù)據(jù)。另外，公交調(diào)度中心還能夠根據(jù)交通管理與控制中心提供的實(shí)時(shí)交通數(shù)據(jù)，信號(hào)配時(shí)方案，預(yù)測(cè)車(chē)輛在站點(diǎn)間的行程時(shí)間，并將相關(guān)信息顯示在電子站牌上。 
    智能公共交通信息服務(wù)子系統(tǒng)則通過(guò)多種媒體向出行者提供出行前和在途公共交通信息。乘客可通過(guò)安裝在車(chē)內(nèi)的電子收費(fèi)裝置使用IC卡付費(fèi)。根據(jù)上面對(duì)智能公共交通系統(tǒng)的介紹，本文構(gòu)造了智能公共交通系統(tǒng)的實(shí)施框架。
    5 關(guān)鍵理論與技術(shù)問(wèn)題及解決方案
    為使上面構(gòu)造的智能公共交通系統(tǒng)得以有效實(shí)施，需著重解決如下關(guān)鍵理論與技術(shù)問(wèn)題：
    1）數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)。實(shí)施智能公共交通系統(tǒng)需要用到大量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)，靜態(tài)數(shù)據(jù)如：公交站點(diǎn)間距，居民出行O-D量，居民收入水平等。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)如：衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）定位數(shù)據(jù)、客流量、動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)、站點(diǎn)間行程時(shí)間數(shù)據(jù)、公交車(chē)發(fā)車(chē)間隔等等。我們需要借助*的數(shù)據(jù)融合技術(shù)將這些數(shù)據(jù)有效融合，由于涉及到的數(shù)據(jù)源多、數(shù)據(jù)量巨大，因而這項(xiàng)技術(shù)也是上*的智能運(yùn)輸系統(tǒng)研究的難點(diǎn)問(wèn)題。
    2）智能公共交通優(yōu)化理論與方法。主要是在地理信息系統(tǒng)操作平臺(tái)上，結(jié)合城市總體規(guī)劃和城市交通規(guī)劃，利用已有的城市交通調(diào)查數(shù)據(jù)和補(bǔ)充調(diào)查的公交出行數(shù)據(jù)，分別對(duì)不同的公交方式在不同價(jià)格水平下和不同的居民收入水平下的居民出行需求進(jìn)行預(yù)測(cè)。在此基礎(chǔ)上，對(duì)公交線網(wǎng)、線路公交方式配置、站點(diǎn)布置、發(fā)車(chē)間隔確定、票價(jià)等進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)城市公交線網(wǎng)、站點(diǎn)、發(fā)車(chē)間隔進(jìn)行設(shè)計(jì)，從規(guī)劃方面提高公交服務(wù)水平。由于公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所以建立的優(yōu)化模型中變量數(shù)目多，并且多數(shù)公交優(yōu)化問(wèn)題可歸結(jié)為NP-hard-問(wèn)題，利用傳統(tǒng)的優(yōu)化方法（如：數(shù)學(xué)規(guī)劃方法）很難求解。而近年來(lái)出現(xiàn)的模擬生物進(jìn)化的遺傳算法、螞蟻算法對(duì)于求解此類(lèi)問(wèn)題具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，可以利用這些方法救 解公共交通優(yōu)化問(wèn)題。
    3）智能公共交通調(diào)度系統(tǒng)理論與技術(shù)。由于GPS定位技術(shù)已基本成熟，差分定位精度可以保斑點(diǎn)在5m以?xún)?nèi)，*可以滿(mǎn)足智能公共交通對(duì)定位精度的要求，而且隨著電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，公交車(chē)輛與分調(diào)度中心雙向通信的可靠性也是可以保證的。要解決的關(guān)鍵問(wèn)題就是如何進(jìn)行區(qū)間車(chē)、快車(chē)、跨線車(chē)、緊急情況車(chē)輛的實(shí)時(shí)調(diào)度。此問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是一個(gè)模式識(shí)別問(wèn)題。一定的交通狀態(tài)（由客流量、車(chē)輛運(yùn)行狀況、交通流量、緊急事件等因素組成）對(duì)應(yīng)一種特定的調(diào)度方案（一種模式）。我們可以通過(guò)交通調(diào)查和專(zhuān)家問(wèn)卷的方法找出當(dāng)前交通狀態(tài)和調(diào)度方案。
    4）智能公共交通信息服務(wù)實(shí)現(xiàn)方法。在智能公共交通信息服務(wù)子系統(tǒng)中，zui難解決的就是如何向出行者動(dòng)態(tài)地提供出行前和在途公交路徑誘導(dǎo)信息。這實(shí)際上是研究智能公共交通系統(tǒng)與 *的出行者信息系統(tǒng)（ATIS）的信息共享與接口問(wèn)題。我們需要建立大型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)和快速的查詢(xún)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)基于人工智能的路徑選反正算法以保證查詢(xún)時(shí)間短、結(jié)果準(zhǔn)確。
    5）智能公共交通評(píng)價(jià)方法。由于智能公共交通系統(tǒng)在我國(guó)還沒(méi)有大范圍實(shí)施，所積累的原始數(shù)據(jù)較少，因而很難對(duì)其實(shí)施后的效果作定量評(píng)價(jià)。我們可以采取計(jì)算機(jī)模擬的方法對(duì)比智能公共交通系統(tǒng)實(shí)施前后乘客平均等車(chē)時(shí)間、車(chē)內(nèi)時(shí)間，以及車(chē)輛準(zhǔn)點(diǎn)率的變化情況，從而從定量的角度作了科學(xué)評(píng)價(jià)。
    6 結(jié)論
    智能公共交通系統(tǒng)在中國(guó)大中城市得以廣泛實(shí)施是歷史發(fā)展的必然。本文在綜述國(guó)內(nèi)外智能公共交通系統(tǒng)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了我國(guó)目前實(shí)施的智能公共交通系統(tǒng)存在的不足，并結(jié)合中國(guó)國(guó)情提出了中國(guó)智能公共交通系統(tǒng)的構(gòu)成和實(shí)施框架，強(qiáng)調(diào)指出了智能公共交通調(diào)度系統(tǒng)的重要作用并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的描述。文章zui后列舉了實(shí)施智能公共交通系統(tǒng)所必須解決的關(guān)鍵理論與實(shí)施技術(shù)問(wèn)題，并給出了解決方案。