基于出租车系统中智能交通技术的应用

    0 引 言

    社会经济的迅速发展和城市规模的不断扩大，给城市公共交通带来了巨大压力，而混乱的城市公共交通会制约社会经济的发展以及城市的规划。因此，建立快捷的城市公共交通系统对社会经济及城市的发展有着重要意义。

    国外发达国家将智能交通技术应用于城市交通领域，有效地缓解了城市交通压力，提高了城市交通的运营效率。而城市出租车系统是城市公共交通系统中的重要组成部分，因此，将智能交通技术应用于城市出租车系统，对建立快捷而高效的城市公共交通系统具有重要意义。本文提出建立城市出租车综合信息服务中心和使用车载智能终端，建立智能城市出租车系统。

    1 智能交通技术应用于城市出租车系统的必要性和可行性

    1．1 必要性

    城市出租车系统是城市公共交通中的重要组成部分，城市出租车系统效率的高低很大程度上影响着城市公共交通的效率。随着城市人口数量的增加和收入的提高，人们选择出租车出行的概率大大提高，但是由于信息的不对称，存在出行的人打不到出租车、而行驶的出租车空载的情况，造成能源浪费和公共交通效率低下。将智能交通技术应用于城市出租车系统，能有效地将出行者需求信息与出租车信息进行整合，提高城市出租车系统的综合运输能力，降低交通能耗和污染，提高交通安全性，减少车辆治安事件的发生，解决交通堵塞问题。将智能交通技术应用于城市出租车系统，可以促进整个城市公共交通领域提供优质高效的运输服务，对构建绿色和谐的公共交通体系有着重要的意义。

    1．2 可行性

    智能交通技术包括先进的信息技术、电子通信技术、自动控制技术、计算机技术以及网络技术等。将现代科技应用于交通运输管理体系，可对各种资源进行最优的配置，提高交通运营效率。运用现代通信、信息、电子及计算机网络技术，可以建立以电子地图和路网、出租车信息数据库为核心的智能平台；全球定位系统GPS、地理信息系统GIS等技术的应用，可以使出租车利用移动通信和先进的车载设备进行数据搜集，使信息中心了解出行者的需求信息，进行科学合理的资源配置。

   2 城市出租车智能交通技术应用系统的构成

    2．1 城市出租车系统综合信息服务中心

    城市出租车系统综合信息服务中心主要是依托城市公共交通智能化平台，以先进的地理信息系统(GIS)技术、GPS技术、计算机技术、通讯技术为基础，建立大量的信息采集与发布系统硬件、开发信息处理软件、埋设传输光缆。要使交通信息应用好，必须建立健全智能交通系统的各个部分，如出行与运输管理系统、交通监控系统、先进车辆安全系统、商用车辆运行系统、公共交通运输管理系统、电子收费系统、紧急情况管理系统等。目前国内外信息采集硬件主要以传感型的检测器技术(如机械式、光电式、电磁式、地磁式、超声波式等)、视频型的图像捕捉技术和信息通讯技术(有线通讯、无线通讯、卫星通讯、GPS定位)等新技术，以市场运作模式建立统一的出租车信息服务中心，为出租车运营企业和出行者提供综合的信息服务。 “

    2．1．1 工作原理

   综合信息服务中心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、公共交通运营优化及评价技术、计算机网络技术、数据库技术、通信技术、电子技术等集成为先进的交通信息管理系统。综合信息服务中心的基本工作原理(见图1)可以描述为：通过GPS，GSM移动通信技术进行数据和信息采集，结合居民出行调查、路网信息等静态信息，以GIS为操作平台，对信息进行智能整合和优化，实现出租车的智能调度和指挥，降低出租车的空载率，节约出行者的等待时间，进而达到提高城市公共交通运营效率的目的。 

    2．1．2 主要功能

    静态数据存贮功能 所有出租车的车辆信息均通过计算机网络在信息中心进行存储、处理，中心还能显示基于电子地图的地理信息系统，对城市的所有路网信息和出租车站点信息进行存储。中心工作人员能方便、直观地看到各车辆的实际运营位置及运营状态，为调度提供依据。

    动态数据的搜集和处理 信息中心能搜集出行者通过网络和移动通信设备发出的需求信息和出租车通过车载设备向中心发出的车辆运营信息与路况信息以及各固定出租车候车地点的数据信息，信息中心对这些信息进行整合与处理，从而进行合理调度。

    调度功能 搜集动态数据信息后，信息中心结合静态数据信息与各固定出租车扬招点、候客点数据采集终端(派车机)的网络接入数据信息，通过软件对资源进行合理优化配置，满足出行者的需要。监控功能 信息中心通过GPS对出租车进行监控，防止交通事故的发生，保证出租车司机和乘客的安全。维护功能 对综合信息中心的硬软件进行检测和维护，保证综合信息中心的各种设备正常运行，对出租车的车载设备进行维护。

    2．2 出租车车载智能终端

    目前，出租车的车载设备大多只具有语音调度功能。将智能交通技术应用于出租车系统后，出租车车载智能终端将成为一个集出租车调度(语音信息、数字信息)、出租车安全防范(GPS技术、数字图像技术)、出租车数据采集与控制(车况信息、电子计价结算、无线通信技术、车辆电子控制)、出租车电子导航功能和多媒体信息发布及接收等功能为一体的车载设备。

    2．2．1 车载智能终端的系统构成

    GPS系统是由控制中心和车载监控终端两大部分构成，两部分之间采用GSM蜂窝网无线数字双向通讯方式。GPS／GSM卫星定位车载系统由两大部分组成：主控制单元和从控制单元。主控制单元包括：传感器检测及外围电路、电源模块、GSM模块、GPS模块、报警模块。从控制单元包括：液晶显示模块、语音输入／输出单元、触摸屏键盘、串口扩展、打印输出。GPS车载移动终端系统结构框图如图2所示。 

    系统采用两个CPU，GPS／GSM智能车载通信系统车载控制部分由车载控制、车载外接两部分组成。两部分之间通过电缆通信。工作原理如下：车载单元接收GPS定位信号，并将车辆的位置和状态信息传送到监控中心；同时，接收监控中心的控制数据，并且对车辆进行控制。GSM网络是车载单元和监控中心进行信息交换的数据链路。其功能如下：将GPS定位信息准确地传回监控中心；将监控中心的控制数据传给车载设备。由车载GPS系统所确定的车辆位置信息通过车载通信单元将其发送给调度指挥中心，调度指挥中心便可及时掌握各车辆的具体位置，并可以直观、清晰地显示在电子地图上。通过移动目标监控调度系统，调度指挥中心随时可以知道入网移动目标的方位。不仅可以进行安全合理的监控调度，而且可以为人网移动目标提供无线通信、遇险报警、决策指挥等多项服务。

    车载监控终端包含有GPS定位模块和GSM模块，GPS模块可根据管理指令将移动载体的当前位置、运行状态等信息发往控制中心，并在控制中心的电子地图上实时显示出来。GPS模块选用瑞士U-BLOX公司的TIM GPS接收器。TIM GPS接收机通过GPS天线接收卫星信号，解算出车载移动终端的位置信息，一方面存储于缓冲区中，作为日后路径回放用，另一方面直接由单片机通过串口发送到GSM模块。GSM模块再通过GSM短消息方式把位置信息发送到监控中心，监控中心通过GIS软件平台就可以直观、清晰地在电子地图上发现车辆的轨迹，实现车辆的实时监控。另外，车载终端也可以发送报警信息和语音信息到监控中心，监控中心也可以通过文字或语音的方式对车辆实施调度。

    2．2．2 车载智能终端的功能

    护车圣GPS／GPRS利用高科技的管理技术，建立一套先进、高效、稳定、可靠的车辆监控调度系统，是现代出租车企业提高运营效率和服务水平的有效路径。
本方案利用GSM通信网络和GPS，建立GPS车辆调度服务系统，实现对车辆的实时调度监控、防劫防盗报警等功能。通过本系统，企业能够提高车辆的有效利用率，提高车辆运行的安全性和处理突发事件的能力，加强对车辆和司机的管理，从而提高公司的管理力度和效率，增强公司竞争力。

    功能列表如下：

    车辆地理位置信息 查询跟踪定位利用GPS进行车辆定位，利用GPRS／SMS对位置进行回传，使得出租车管理／调度中心随时知道车辆的位置。车载设备通过GPS模块接收卫星信息，可以提供实时的车辆位置信息。该信息通过无线通信(GSM／GPRS)手段传回控制中心后在电子地图上显示出来，可以确定车辆的地理位置。

    车辆监控监控出租车内安装一个摄像头，通常客人上车就拍一张照片存储在本地GPS设备中。一旦有报警马上发送拍下来的照片到后台，以协助公安部门寻找嫌犯。可保存三天(可以根据公安部门的需要增加存贮容量)左右的照片，并且可以对具体时间段进行远程查询，将符合条件的照片上传。这样对犯罪嫌疑人的威慑加强，从而提高司机的人身安全性，对公安的事后破案也有帮助。

    报警功能在司机连续按下报警按键3 s后，摄像头拍摄车内照片，并将报警信息和照片一同发送到调度中心／运营商，在核实报警真实性后将报警车辆的行驶位置、线路等信息通知给110。照片将作为采集的案发现场证据供公安机关使用。与此同时，面向窗外的LED将闪烁显示：“我被打劫，请报警”，使劫匪处于监控中心和公众的双重监控之下，更有效地遏制、避免和打击违法犯罪。

    载客／空车状态监测 车载终端留有接口与计价器空车指示灯控制线相连，取得载客／空车状态，作为GPS信息的一部分上传。中心接到电召电话，即可利用此功能快速查找离客人最近的空载车辆，既方便客人又减少空载。控制中心可以通过监控终端选择监控单辆车或按特定条件组合的多辆车，命令发送到车载设备后，车载设备发送自身的位置信息回控制中心。控制中心监控车辆时可以选择指定车载设备按一定时间间隔或按一定位置间隔发送位置信息回中心。控制中心在电子地图上显示车辆位置，并可显示车辆行驶的轨迹路线。多个中心可以同时监控一辆车。

    照相功能 当司机按下“空车”指示牌，乘客就被拍下来，如果车内情况正常，照片会自动被系统删除。调度中心／运营商可下发拍照指令，立即查看车内状况(该功能可自己选择是否设置)。

    调度 为降低出租车空载率，减少道路拥堵和环境污染，增加出租车收入，一般发达城市都安装集群通信系统，每个司机配有对讲机。本系统已经为出租车调度系统打下了基础。当然，中国移动、中国联通的移动网络也能完成调度功能。

    远程信息发布 运营商可远程控制和下发LED显示屏的显示信息，包括商业信息、公益信息、政府的方针政策、交通信息、天气预报等各种信息。与市场上现有的出租车GPS系统完全不同，这项功能把一个单纯的车载GPS终端变成了一个媒体平台。运营商可以控制下发信息的内容，显示时间，刷新屏幕的方式等。

    移动电话 移动电话完成车载GSM电话功能，可实现与全球GSM手机及公话用户的互通，其附加业务包括汉显菜单功能、用户账号。
    短数据传输短数据传输是为车辆与其管理者之间完成某类功能而建立的数据通道，如出租车计价器的税控数据传输。
    车况黑匣子 车况黑匣子业务提供车辆行驶过程中最近状态的记录，包括位置记录、命令记录、报警记录、监控记录。

    2．3 智能交通技术应用于出租车系统中需解决的主要问题

    将智能交通应用于城市出租车系统，是一项复杂而庞大的工程，必须解决其中的几个主要技术问题。

    (1)数据采集与处理技术

    实施城市智能出租车系统，需要用到大量动态和静态交通数据。静态数据包括城市路网信息、居民出行OD量、城市居民分布及收入水平、城市出租车数量等；动态数据包括GPS定位数据、GIS中电子地图上的矢量数据、客流量、动态交通数据等。需要借助先进的数据融合技术将这些数据有效融合，由于涉及到的数据源多、数据量大，数据采集与处理技术仍然是智能交通运输系统研究中的难点。

    (2)城市智能公共交通优化理论与方法

    将智能交通应用于城市出租车系统，主要是在GIS操作平台上，结合城市总体规划和城市交通规划，利用已有的城市交通调查数据和补充调查的居民出行数据，对出租车在不同价格水平和不同收入水平下的居民出行需求进行预测，在此基础上对地区出租车数量和配置进行优化，对出租车的运营时段进行设计，从规划方面提高出租车的服务水平。由于城市路网系统比较复杂，建立的优化模型中变量数目较多，可以采用近年来出现的模拟生物进化的遗传算法、蚂蚁算法求解此类问题。

    (3)智能出租车调度理论与技术

    由于GPS定位技术已基本成熟，其差分定位精度可以保证在5 m以内，完全可以满足智能公共交通调度对定位精度的要求，而且随着电子技术和通信技术的发展，出租车与综合信息服务中心双向通信的可靠性也能得到保证。因此，需要解决的关键问题是如何进行不同区间、紧急情况车辆的实时调度。此问题实质上是一个模式识别问题。一定的交通状态(由客流量、车辆运行状况、交通流量、紧急事件等因素组成)对应一种特定的调度方案(一种模式)，可以通过交通调查和专家问卷的方式找出当前交通状态和调度方案之间的关系，利用神经网络进行训练后，输入一定的交通状态，系统便可以自动给出调度方案。

    3 公共交通信息服务实现方法

    在智能城市出租车系统中，最难解决的就是如何向出行者动态地提供出行前和在途出租车路径诱导信息。这实际上是研究智能公共交通系统与先进的出行者信息系统(ATIS)的信息共享与接口问题，需要建立大型的网络数据库和快速查询系统，并设计基于人工智能的路径选择算法，以保证查询时间短、结果准确。

    4 结语

    智能公共交通系统(ITS)在城市交通领域中的应用实施是历史发展的必然。智能交通系统是当今世界上交通运输的高新尖技术，先进的交通信息系统又是ITS的基础，我国应该充分重视进行研究、开发与应用，将智能交通技术应用于城市出租车系统，通过技术手段改变目前的出租车运营方式，使出行者能轻松地获得有价值的出租车信息，有效提高出租车系统的运营效率；同时，使交通日益拥塞、资源浪费、交通事故发生频繁、能源浪费等城市公共交通问题得到较好改善，建立快捷、高效的城市公共交通体系。