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基于合理架构的杭州RFID智能公交系统
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一、前言
城市公共交通是城市的重要基础设施，是维系城市活力的血脉。近年来，随着杭州城市经济和社会的发展，尤其是杭州市委[2004]34号文提出“公交优先”的政策，杭州公交集团本着“公交优先，必须公交优秀”的经营理念，大力实施“科技兴司”战略，加大科技开发与应用，尤其是下大力气推进公交信息化和智能化建设，以“推行人性化乘车服务，建立智能化信息导乘系统”为抓手，初步形成了一个便捷、安全、舒适、经济、环保的，能满足不同层次出行需求的客运服务体系，杭州的城市公共交通出行率从1997年的8．7％提高到了目前的约25％。
二、对智能化城市公交(APTS)的认识
什么是APTS?根据美国联邦公共交通管理局(FTA)1998年出版的《APTS发展现状》一文的解释，APTS主要是应用动态公共交通信息的实时调度理论和实时信息发布理论，采用先进的电子、通讯技术来提高公交运营效率和服务水平。它具体包括车队管理、乘客信息、电子收费和交通需求管理等几个方面。其中车队管理系统主要有通讯(GSM或GPRS)、地理信息(GIS)、车辆全球卫星定位(GPS)、自动乘客计数等子系统以及运营调度软件和交通信号优先；乘客信息则主要有出行前、在途信息服务和多种出行方式接驳信息服务子系统。美国公共交通协会(APTA)对APTS的评价是：“APTS可以显著提高公共交通服务水平，吸引更多乘客采用公交和合伙乘车的出行模式，从而带来减少城市交通拥挤，空气污染和能源消耗等一系列社会效益”。
杭州公交集团从1996年开始，以技术创新的思维和手段，着手构建和研发以智能化城市公共交通体系(APTS)为目标，集先进的计算机技术、网络技术、通讯技术于一体的客运生产三大信息化体系，即：调度智能化管理系统(DIMS)、车辆信息管理系统(BIMS)、停车场信息管理系统(PIMS)。在杭州市各级政府和部门的大力支持下，通过近10年的不懈努力，在城市公交专用道规划与建设以及信号优先等公交优先措施相继推出后，杭州智能化城市公交体系(APTS)已经初见雏形。本文基于调度智能化管理系统(DIMS)和公交信号优先系统两个案例的介绍，对杭州智能化城市公交(APTS)体系的现状和发展做一简要阐释。
1、调度智能化管理系统(DIMS)
DIMS系统的技术核心，概括地讲就是3G(GPS、GIS、GPRS)+ADSL。它主要是应用全球卫星定位技术(GPS)、地理信息系统(GIS)、无线通信技术(GPRS)+电信宽带(ADSL)以及计算机和网络技术综合集成开发。DIMS系统软件包括实时调度与监控模块、行车计划编制、车辆数据接收与状态控制模块、数据分发模块、数据库接口模块、线路车辆和人员调派模块、线路档案管理模块、人员信息管理模块、报表生成处理模块、电子地图和报警处理模块，以及车辆行驶状态传感记录(车辆行驶速度、空调车厢温度、尾气排放烟度和行驶平稳度)等模块。硬件设备则有GPS车载终端、车载电话、智能电子站牌、自动报站器、LED乘客信息显示屏等。通过在公交车内安装GPS车载终端和无线双向通讯话机，能够实现车辆自动定位，并每隔10秒将定位信息数据打包发送给服务器数据库，同时传送给线路调度员或调度室(调度中心)，使调度员能够实时监测车辆的运行状况，并可向车辆发布加速、减速、越站、跨线、折返等指令；当车辆在行驶过程中遇到道路阻塞、交通事故、车辆故障或者在车内发生乘客纠纷、拥挤等紧急情况时，司机也可通过车载终端上的相应按键向线路调度员发出路阻、事故、故障、拥挤、纠纷、救助等短信息，直至与调度员直接对话。
由于DIMS系统可以对车辆及线路的营运情况，以及营运生产实绩和客运服务质量等进行实时监控，能把相应的公交服务信息通过媒体(如LED发车显示屏、智能电子站牌、声讯台、公交网站、手机短信等)同步传输给乘客，因此在引导乘车、方便乘客，逐步形成公交全网集中、分级监控、责任明确、措施有效的客运管理新体系，提高车辆运营效率和效益，提升服务功能与服务质量等方面，发挥了十分重要的作用。
杭州公交DIMS系统主要分为数据采集、数据处理和信息发布三个部分，其系统结构见图一。
截止2006年9月底，杭州公交已在207条线路(包括23条小区巴士线路)的2900余辆车上安装了GPS车载终端，这些线路的调度已经全部采用了DIMS系统对车辆及线路的营运情况进行实时监控。同时从2005年起，我们采用BOT方式，引进外来资金3500万元，在主城区的52条道路上陆续建设安装了442个智能电子站牌。这些电子站牌覆盖了杭州市区所有主要路段，遍布杭城商业中心、娱乐中心、文教中心、旅游景区及各大居住区块。电子站牌的32英寸高清晰液晶电视和LED屏幕上除实时滚动显示车辆到站时间／距离信息外，还能向市民和乘客提供内容丰富、休闲娱乐的视频图像流媒体，以及公交线路调整、天气预报、本地新闻等文字性的信息，既为乘客出行提供便利，节约了乘客的出行时间，也让乘客能在“等车”的过程中领略精彩纷呈的视频节目，体现出公交“以人为本”的精神。下一步，杭州公交计划以DIMS系统为操作平台，在对公交线网布局、公交站点布置和换乘等进行优化和设计的基础上，逐步实现调度员对运营车辆在单条线路和一定区域内的计算机智能调度和辅助指挥，提高车辆利用率，保证车辆准点运行，实现使更多的出行者愿意采用公交方式出行的目标。
2、公交信号优先系统
杭州公交信号优先系统于二00六年四月，在快速公交一号线(简称B1线)首先试验推出。B1线是目前国内正式开通运行的最长的一条快速公交线。该线全长28公里，从黄龙体育中心到下沙东高教东区，是一条通过在杭城东西向主干道上辟建公交(BRT)专用道，同时具有大容量公交车、交通信号优先、水平上下车、站台自动售检票、信息化和智能化等BRT基本要素和功能的快速公交线路。
由于B1线全线共有31个交叉路口，因此为了保证B1线大容量公交车的快速运行，需要在这些路口实现交通信号优先。整个信号优先系统以SCATS信号控制系统的自适应协调控制技术为基础，集先进的远距离射频识别技术(RFID)、网络技术、计算机技术、机电控制技术于一体，构成了智能化的交通信号控制系统。系统以“公交优先”为设计原则，以科学的信号配时为手段，要求达到保障BRT车辆准点，提高BRT运行效率的目的，实现进一步提高杭州城市公共交通服务水平的目标。
整个信号优先系统主要由三部分构成，即：路口控制子系统、信号通讯子系统、SCATS中心控制子系统。它的基本实现程序和特点是当RFID读写器检测到B1线车辆接近交叉路口时，即向路口信号机发送请求信号，同时RFID读写器对检测到的BRT车辆进行身份识别，并将该信息通过专用通讯光纤实时传至杭州市交警支队信号控制中心，SCATS系统即下达指令给路口信号机进行配时调整。B1线的SCATS系统配时采取两种方案：(1)当BRT车辆接近路口遇绿灯时，则适当延长当前的绿灯相位时间8秒，保证BRT车辆顺利通过路口；(2)当BRT车辆接近路口遇红灯时，则缩短红灯信号周期，提前8秒转入BRT车辆行驶的绿灯相位，从而减小B1线车辆在交叉路口的延误时间。
快速公交B1线自2006年4月26日投入试运营至今半年来，平均每天出车512个班次，每天运行约1．34万余公里，日平均客运量达3．67万人次，其中最高日客运量突破了5．1万人次。车辆平均运送速度达25．3公里／小时，其中平峰运送速度达到26．35公里／小时，晚高峰运送速度为24．17公里／小时。经杭州交警支队控制中心信号优先系统检测，每天每个路口平均有506个BRT车次给予了信号优先，每个车次全程28公里可平均节约192秒。目前B1线运行准点率达到了90％，使快速公交车准点、快速的特点得到了充分的体现，取得了良好的社会效益和经济效益。杭州交警和杭州公交下步准备在两个单位之间共同建设一条光纤，建立一个可开放信息的互通平台，实现交通管理和公交运营信息资源互享，最终实现“按照BRT运营时刻表进行智能化信号控制”的目标。
三、发展智能化城市公交(APTS)的效益评估
由于智能化城市公交(APTS)系统在我国还没有大范围实施和推广，所积累的原始数据较少，因而很难对其实施后的效果作定量评价。但是，我们认为：基于一个合理架构的智能化城市公交(APTS)体系建设，已经给杭州公交带来明显的社会效益和经济效益，大大提高了公交的服务水平，它具体体现在：
1)、APTS技术本身带来的高效率，使杭州公交的企业管理水平、运营生产效率、车辆利用率得到了明显提高，人工、成本和间接费用也相对减少；
2)、APTS模式的固化，为提升城市交通的管理能力提供了技术平台和坚实基础；
3)、通过APTS，可以建立起一个公交与其他利益相关者之间更广泛联系和沟通的渠道，使公交能够准确掌握市场(客运)信息，平衡与协调供求关系，降低经营风险。可以说，智能化城市公共交通系统(APTS)的应用与实施推广是城市发展的必由之路。
城市公共交通是城市的重要基础设施，是维系城市活力的血脉。近年来，随着杭州城市经济和社会的发展，尤其是杭州市委[2004]34号文提出“公交优先”的政策，杭州公交集团本着“公交优先，必须公交优秀”的经营理念，大力实施“科技兴司”战略，加大科技开发与应用，尤其是下大力气推进公交信息化和智能化建设，以“推行人性化乘车服务，建立智能化信息导乘系统”为抓手，初步形成了一个便捷、安全、舒适、经济、环保的，能满足不同层次出行需求的客运服务体系，杭州的城市公共交通出行率从1997年的8．7％提高到了目前的约25％。
二、对智能化城市公交(APTS)的认识
什么是APTS?根据美国联邦公共交通管理局(FTA)1998年出版的《APTS发展现状》一文的解释，APTS主要是应用动态公共交通信息的实时调度理论和实时信息发布理论，采用先进的电子、通讯技术来提高公交运营效率和服务水平。它具体包括车队管理、乘客信息、电子收费和交通需求管理等几个方面。其中车队管理系统主要有通讯(GSM或GPRS)、地理信息(GIS)、车辆全球卫星定位(GPS)、自动乘客计数等子系统以及运营调度软件和交通信号优先；乘客信息则主要有出行前、在途信息服务和多种出行方式接驳信息服务子系统。美国公共交通协会(APTA)对APTS的评价是：“APTS可以显著提高公共交通服务水平，吸引更多乘客采用公交和合伙乘车的出行模式，从而带来减少城市交通拥挤，空气污染和能源消耗等一系列社会效益”。
杭州公交集团从1996年开始，以技术创新的思维和手段，着手构建和研发以智能化城市公共交通体系(APTS)为目标，集先进的计算机技术、网络技术、通讯技术于一体的客运生产三大信息化体系，即：调度智能化管理系统(DIMS)、车辆信息管理系统(BIMS)、停车场信息管理系统(PIMS)。在杭州市各级政府和部门的大力支持下，通过近10年的不懈努力，在城市公交专用道规划与建设以及信号优先等公交优先措施相继推出后，杭州智能化城市公交体系(APTS)已经初见雏形。本文基于调度智能化管理系统(DIMS)和公交信号优先系统两个案例的介绍，对杭州智能化城市公交(APTS)体系的现状和发展做一简要阐释。
1、调度智能化管理系统(DIMS)
DIMS系统的技术核心，概括地讲就是3G(GPS、GIS、GPRS)+ADSL。它主要是应用全球卫星定位技术(GPS)、地理信息系统(GIS)、无线通信技术(GPRS)+电信宽带(ADSL)以及计算机和网络技术综合集成开发。DIMS系统软件包括实时调度与监控模块、行车计划编制、车辆数据接收与状态控制模块、数据分发模块、数据库接口模块、线路车辆和人员调派模块、线路档案管理模块、人员信息管理模块、报表生成处理模块、电子地图和报警处理模块，以及车辆行驶状态传感记录(车辆行驶速度、空调车厢温度、尾气排放烟度和行驶平稳度)等模块。硬件设备则有GPS车载终端、车载电话、智能电子站牌、自动报站器、LED乘客信息显示屏等。通过在公交车内安装GPS车载终端和无线双向通讯话机，能够实现车辆自动定位，并每隔10秒将定位信息数据打包发送给服务器数据库，同时传送给线路调度员或调度室(调度中心)，使调度员能够实时监测车辆的运行状况，并可向车辆发布加速、减速、越站、跨线、折返等指令；当车辆在行驶过程中遇到道路阻塞、交通事故、车辆故障或者在车内发生乘客纠纷、拥挤等紧急情况时，司机也可通过车载终端上的相应按键向线路调度员发出路阻、事故、故障、拥挤、纠纷、救助等短信息，直至与调度员直接对话。
由于DIMS系统可以对车辆及线路的营运情况，以及营运生产实绩和客运服务质量等进行实时监控，能把相应的公交服务信息通过媒体(如LED发车显示屏、智能电子站牌、声讯台、公交网站、手机短信等)同步传输给乘客，因此在引导乘车、方便乘客，逐步形成公交全网集中、分级监控、责任明确、措施有效的客运管理新体系，提高车辆运营效率和效益，提升服务功能与服务质量等方面，发挥了十分重要的作用。
杭州公交DIMS系统主要分为数据采集、数据处理和信息发布三个部分，其系统结构见图一。
截止2006年9月底，杭州公交已在207条线路(包括23条小区巴士线路)的2900余辆车上安装了GPS车载终端，这些线路的调度已经全部采用了DIMS系统对车辆及线路的营运情况进行实时监控。同时从2005年起，我们采用BOT方式，引进外来资金3500万元，在主城区的52条道路上陆续建设安装了442个智能电子站牌。这些电子站牌覆盖了杭州市区所有主要路段，遍布杭城商业中心、娱乐中心、文教中心、旅游景区及各大居住区块。电子站牌的32英寸高清晰液晶电视和LED屏幕上除实时滚动显示车辆到站时间／距离信息外，还能向市民和乘客提供内容丰富、休闲娱乐的视频图像流媒体，以及公交线路调整、天气预报、本地新闻等文字性的信息，既为乘客出行提供便利，节约了乘客的出行时间，也让乘客能在“等车”的过程中领略精彩纷呈的视频节目，体现出公交“以人为本”的精神。下一步，杭州公交计划以DIMS系统为操作平台，在对公交线网布局、公交站点布置和换乘等进行优化和设计的基础上，逐步实现调度员对运营车辆在单条线路和一定区域内的计算机智能调度和辅助指挥，提高车辆利用率，保证车辆准点运行，实现使更多的出行者愿意采用公交方式出行的目标。
2、公交信号优先系统
杭州公交信号优先系统于二00六年四月，在快速公交一号线(简称B1线)首先试验推出。B1线是目前国内正式开通运行的最长的一条快速公交线。该线全长28公里，从黄龙体育中心到下沙东高教东区，是一条通过在杭城东西向主干道上辟建公交(BRT)专用道，同时具有大容量公交车、交通信号优先、水平上下车、站台自动售检票、信息化和智能化等BRT基本要素和功能的快速公交线路。
由于B1线全线共有31个交叉路口，因此为了保证B1线大容量公交车的快速运行，需要在这些路口实现交通信号优先。整个信号优先系统以SCATS信号控制系统的自适应协调控制技术为基础，集先进的远距离射频识别技术(RFID)、网络技术、计算机技术、机电控制技术于一体，构成了智能化的交通信号控制系统。系统以“公交优先”为设计原则，以科学的信号配时为手段，要求达到保障BRT车辆准点，提高BRT运行效率的目的，实现进一步提高杭州城市公共交通服务水平的目标。
整个信号优先系统主要由三部分构成，即：路口控制子系统、信号通讯子系统、SCATS中心控制子系统。它的基本实现程序和特点是当RFID读写器检测到B1线车辆接近交叉路口时，即向路口信号机发送请求信号，同时RFID读写器对检测到的BRT车辆进行身份识别，并将该信息通过专用通讯光纤实时传至杭州市交警支队信号控制中心，SCATS系统即下达指令给路口信号机进行配时调整。B1线的SCATS系统配时采取两种方案：(1)当BRT车辆接近路口遇绿灯时，则适当延长当前的绿灯相位时间8秒，保证BRT车辆顺利通过路口；(2)当BRT车辆接近路口遇红灯时，则缩短红灯信号周期，提前8秒转入BRT车辆行驶的绿灯相位，从而减小B1线车辆在交叉路口的延误时间。
快速公交B1线自2006年4月26日投入试运营至今半年来，平均每天出车512个班次，每天运行约1．34万余公里，日平均客运量达3．67万人次，其中最高日客运量突破了5．1万人次。车辆平均运送速度达25．3公里／小时，其中平峰运送速度达到26．35公里／小时，晚高峰运送速度为24．17公里／小时。经杭州交警支队控制中心信号优先系统检测，每天每个路口平均有506个BRT车次给予了信号优先，每个车次全程28公里可平均节约192秒。目前B1线运行准点率达到了90％，使快速公交车准点、快速的特点得到了充分的体现，取得了良好的社会效益和经济效益。杭州交警和杭州公交下步准备在两个单位之间共同建设一条光纤，建立一个可开放信息的互通平台，实现交通管理和公交运营信息资源互享，最终实现“按照BRT运营时刻表进行智能化信号控制”的目标。
三、发展智能化城市公交(APTS)的效益评估
由于智能化城市公交(APTS)系统在我国还没有大范围实施和推广，所积累的原始数据较少，因而很难对其实施后的效果作定量评价。但是，我们认为：基于一个合理架构的智能化城市公交(APTS)体系建设，已经给杭州公交带来明显的社会效益和经济效益，大大提高了公交的服务水平，它具体体现在：
1)、APTS技术本身带来的高效率，使杭州公交的企业管理水平、运营生产效率、车辆利用率得到了明显提高，人工、成本和间接费用也相对减少；
2)、APTS模式的固化，为提升城市交通的管理能力提供了技术平台和坚实基础；
3)、通过APTS，可以建立起一个公交与其他利益相关者之间更广泛联系和沟通的渠道，使公交能够准确掌握市场(客运)信息，平衡与协调供求关系，降低经营风险。可以说，智能化城市公共交通系统(APTS)的应用与实施推广是城市发展的必由之路。
