城市智能公交体系优化

潘希超 宋小艳 郑欣昕 王彦博 刘兴宇

基金项目：2023年辽宁省大学生创新创业训练计划项目（202313208055）

*通信作者：宋小艳（1982-），女，硕士，副教授。研究方向为汽车运用技术。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.13.036

摘  要：随着我国经济的高速发展和城市化进程的加快，城镇居民出行数量出现急剧上升的趋势。同时，机动车数量增长也较快。因此解决当前道路交通体系供需矛盾，仅仅采取控制总需求、增加市场需求量、扩大道路容量等手段，已不再是解决问题的根本方向。为提高城市中公交车系统的运用效率与可持续发展问题，该研究成果以新型的人工智能技术为依托，探索出一种改善公交车辆调配、道路设计与乘客信息服务的城市中智慧化公交车管理系统，成功地提高城市公交车系统的运行效率与信息服务水平。事实证明，这一技术显著改善城市公交出行的便利性和舒适度，也间接降低城市拥堵问题，并获得一定的实用价值，在城市发展中还具有着一定的推动作用。这也是解决目前我国城市交通供给日益紧张矛盾的治本之策。

关键词：智能公交体系；车辆调度；路径优化；城市绿色发展；人工智能

中图分类号：C931.6       文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）13-0148-04

Abstract： With the rapid development of China's economy and the acceleration of urbanization， the number of urban residents' travel has increased sharply. At the same time， the number of motor vehicles is also growing rapidly. Therefore， to solve the contradiction between supply and demand of the current road traffic system， only to control the total demand， increase market demand and expand road capacity is no longer the fundamental means to solve the problem. In order to improve the application efficiency and sustainable development of urban bus system， the research results are based on a new type of artificial intelligence technology. This paper explores an intelligent bus management system in the city to improve bus deployment， road design and passenger information service， which successfully improves the operation efficiency and information service level of the urban bus system. Facts have proved that this technology not only significantly improves the convenience and comfort of urban public transport， but also indirectly reduces the problem of urban congestion， and obtains a certain practical value， and also plays a certain role in promoting urban development. This is also a permanent solution to the increasing shortage of urban traffic supply in China.

Keywords： intelligent public transportation system; vehicle scheduling; path optimization; urban green development; artificial intelligence

在研究中，首先對城市智能公交体系做了详细介绍。其中分析是这一体系的基石，通过对公交车辆、站点和乘客的数据进行分析处理，能够获取精确的公交运行信息。智能公交系统基于GPS、GRS等技术的综合运用，延伸出来的智能交通信息物理融合云控制系统包括交通大数据云计算、交通流智能预测、交通流云控制调度等核心技术。

在此基础上，借助智能调度和优化，可合理安排车辆的出发时间、路径和停靠站点，以提升运行效率。通过大数据收集乘客信息并引入智能查询系统，能够为乘客提供实时的公交信息服务。城市智能公共体系可以极大地提高公交系统的运行效率和服务质量，同时减少乘客的等待时间和出行时间，提高乘客的满意度。

1  国内外研究现状

1.1  国内研究现状

车辆技术创新：国内研究者开始着重研究新能源公交车辆技术，包括电动公交车和氢燃料电池公交车等。这些车辆能够减少尾气排放和噪音污染，对改善城市空气质量具有重要意义。

路线优化和调度系统：研究者通过开发智能调度算法，提高公交车辆的运营效率。这些算法结合了实时交通数据、乘客需求预测和公交车辆位置跟踪等信息，以最优路径规划和车辆调度，减少乘客等待时间和车辆拥堵。

实时信息通信系统：智能公交体系需要建立实时信息通信系统，以提供准确的乘车信息给乘客。许多城市已经开发了智能手机应用程序，乘客可以查询公交线路、到站时间预测等信息，提高出行便利性。

跨界联合出行：智能公交体系与其他交通模式的整合也是国内研究的重点之一。例如，将公交车与地铁、共享单车等交通方式进行衔接，形成综合性的出行解决方案，提供乘客更便捷、灵活的出行选择。

数据分析和优化：通过收集和分析乘客出行数据、车辆运行数据等信息，研究者可优化车辆调度策略，减少空载率、拥堵，提高公交运营效率。此外，数据分析还可为城市交通规划和政策制定提供科学依据。

1.2  国外研究现状

公交车自动驾驶技术：国外许多城市已经开始开展公交车自动驾驶技术的研究和试验。自动驾驶技术可以提高公交车辆的安全性和准确性，减少人为误操作和事故的风险。

创新支付和票务系统：国外一些城市已经实现了全面的电子支付和无现金票务系统。乘客可以使用智能卡或移动支付进行费用支付，提高支付的便捷性和效率。

电动公交车技术创新：国外许多城市已经广泛使用电动公交车，大规模减少尾气排放、噪音污染和碳足迹。此外，还有研究者致力于开发充电设施和电池快速充电技术，以进一步提高电动公交车的可持续性。

可再生能源应用：国外一些城市正在探索利用可再生能源供電公交车，如太阳能和风能等。这有助于减少公交车使用传统能源对环境造成的影响，推动城市能源转型。

绿色交通规划政策：国外一些城市在交通规划和政策制定方面采取了一系列绿色举措，例如，建设自行车道、优化公交车道、设立低排放和零排放区域等以促进绿色出行方式的发展。

综上所述，国内外对智能且绿色公交体系的研究都朝着提高交通效率、改善城市空气质量和保护环境的方向前进。随着技术的进步和实践的深入，智能且绿色公交体系将会得到更广泛的应用和推广，为人们创造更加宜居和可持续的城市环境。

2  城市智能公交体系原理解析

城市智能公交体系设计原理主要包括以下内容。

第一， 数据的采集与分析。借助传感器和监测设备，在公交车辆、站点进行安装，以获取车辆位置、乘客数量、交通状况等各类实时数据。对这些数据进行分析和处理，可以得到精确的公交运行信息，从而为后续优化决策提供可靠依据。定位系统与硬件设施如图1所示。

第二，智能调度与优化。利用采集到的数据，结合智能算法和优化模型，优化公交车辆的调度和运营。通过合理安排发车时刻、路线和停靠站点，最大化运行效率，减少拥堵和等待时间，提高乘客满意度。系统基础框架与传递关系如图2所示。

第三，乘客信息服务与智能查询系统。通过智能终端设备和移动应用程序，为乘客提供实时的公交信息服务，包括车辆到站时间预测、线路查询、乘车指引等。同时，结合智能查询技术，乘客可以通过智能公交移动端来选取实时或历史公交的运行数据，以此生成不同的动态换乘方案，来满足多样的出行需求，提高乘客出行的便利性和舒适度。智能化公交体系实施流程如图3所示。

第四，在公交体系设计中，需要考虑环境友好性和可持续性。可以通过推广新型环保电动公交车、利用太阳能等清洁能源、减少车辆排放等措施来减少公交系统对环境的影响，使用新型绿色环保材料打造公交站台，并升级车辆在内部安装节能设备，增加车辆能源利用效果，提高城市的空气质量和可持续性。

图2  系统基础框架与传递关系图

3  优化公交车辆的调度

智能公交系统是城市智能运输系统中不可或缺的一环，在智能公交的运营和管理中扮演着至关重要的角色。做好智能公交系统需要：①做好数据分析与预测，通过对公交线路客流分布、道路拥堵情况以及天气等数据的收集和分析，可以有针对性地预测线路运力的投入。②做好智能化调度系统，该子系统包括调度中心、车载设备和电子站牌等几个组成部分。调度员使用智能化调度系统，能够实时监控和管理公交车辆、线路和站点等信息。③做好线路调度方式的多样化，根据不同区域和时间的客流需求的变化，公交调度员应根据实际情况对不同的营运线路进行灵活调度。④营运车型配比的多样化，不同类型的公交车在载客能力和道路适应性方面存在差异，公交调度员需要根据实际情况灵活安排不同类型的车辆投入线路运营。⑤安全保障调度多样化，在调度工作中，应持续加强安全保障工作，以确保乘客人身安全和公共车辆的安全运行。

4  合理规划线路

经过调查和数据分析发现，学校、政府部门以及大型景区和小区的公交线路相对较为稀少，而市中心的公交线路则相对较多。这种情况导致公交线路和行驶路线的合理性存在问题。基于此，可以进一步展开研究并进行调整，以满足市民的交通需求。具体而言，在大型小区、学校、景区等热门地点以及市中心外围地区，应合理增设更多的公交线路，从而改善市民的出行体验。这样的调整将有助于提高公共交通系统的效率和便利性。

要满足远近结合和协调发展的要求，以确保公共交通规划与公共停车设施规划的无缝衔接。基于实际情况，认真分析各时段乘客出行的流量、流向和出行需求，以更加科学合理的方式规划公交路线。同时，还将对可新建、可合并和可优化的线路进行全面调研，以实现市民出行的便捷性和运力资源的最优利用。

5  解决城市交通拥堵问题

智慧公交解决方案将实现全要素数据采集、全方位安全监测、全流量深度感知、全网络威胁情报和大数据分析关联五大能力，最终实现交通领域精准精细的全域治理。整合汇集政府和企业的数据资源，构建智慧交通治理大数据分析体系，通过大数据、人工智能等数据智能技术，在交通态势、综合指挥、重点车辆管控、智能设备管理、公众出行服务和人工智能信号灯等方面领先的算法模型和端到端执行，实现对城市交通现状的全面掌控，形成全城联动的交通治理决策行动生态系统，打通城市交通综合治理中决策与行动的断层，服务于城市交通管理和公共出行，实现从数据改善到管理改善再到建设改善的治理目标。将充分利用城市数据大脑的视频分析能力，打造快速城市智能交通，多数据汇集融合计算实现交通拥堵研判，智能算法实现信号灯配时优化方案;通过建立针对并服务于交通治理的立体数据生态系统，最终实现城市的治理和决策，打造安全、智能、在线、便捷的智慧交通，实现即时在线管控、在线指挥和全量数据分析等功能

6  智能大数据平台，动态可视管理

在智能公交体系中，使用5G网络助力公交体系快速运转，通过5G的特性技术，实现“互联网+公交车+人”的整合体。利用5G网络的快速机動去操作公交车的运行，实现时间差接近为现场亲临。将公交体系的各个维度数据通过5G传输回运营中心进行数据处理分析，根据运维人员所需进行反馈，更加直观地分析公交体系运行状态，实时监控和指挥公交车运行，从而实现真正的全息智能化运维管理。

7  优化乘客信息服务

随着智能手机功能的不断完善，人们在出行时更倾向于使用手机查询公交车的实时信息。公交车到站的时间会受到天气、车流和乘客情况等客观因素的影响，这会给乘客的出行计划带来干扰并有可能延误行程。开发基于互联网的智能公交移动终端，进行实时公交到达时间查询系统，让乘客通过了解自己所要乘坐公交的实际到达时间来安排自己的出行时间，从而合理规划自己的出行计划。

由于人们的出行线路多样化，仅仅获得公交到站的时间已经无法满足人们更加全面的出行需要。基于此，一些学者将研究的重点放在了提升公交换乘的乘客体验方面。旨在开发可以提供动态换乘方案，为用户提供更多选择的实时公交查询系统，乘客可以通过智能公交移动端来选取实时或历史公交的运行数据，以此生成不同的动态换乘方案，来满足多样的出行需求。智能公交移动终端能够有效减少乘客候车时间，线路规划合理、操作便捷，能够有效优化乘客出行体验、提升乘车满意度。

8  构建低碳出行

在公交体系设计中，需要考虑环境友好性和可持续性。城市交通是城市空气污染的重要来源之一。燃油公交车的尾气排放会产生大量的有害气体，例如二氧化碳、氮氧化物和颗粒物等，智能公交系统可以通过推广电动公交车、利用清洁能源、减少车辆排放等措施来减少公交系统对环境的影响，提高城市的空气质量和可持续性。城市智能公交的优势不仅仅体现在提高交通效率方面，还可以减少对环境的污染。智能公交集成了节能和环保的技术，如电动驱动系统和智能能源管理系统。通过使用这些技术，公交车可以降低能源消耗和排放，减少对空气质量的影响。此外，智能公交还可以与其他智慧交通设施进行互联互通，实现整个交通系统的协同运作。

城市智能公交体系作为一种新型的交通体系，不仅可以提高城市交通的效率和安全性，还可以对城市环境产生重要的影响。未来，城市智能公交体系将进一步发展和创新，其应用范围和影响也将逐步扩大，为城市环境的改善和协调发展作出更大的贡献。

9  大力培养和引进人才

加大公交智能化人才培养力度。建设为城市公交发展提供人才的高层次智能公交人才培养基地。完善培训轮训体系，优化专业技术人员组成，如物联网、云计算、人工智能、自动控制和移动互联网等。健全公交智能化人才队伍建设机制，加大公交智能化人才培养力度，广泛学习借鉴国内外先进运营管理经验，积极开展具有探索性、创造性的实践活动。积极引进公交智能化人才。搭建引才平台，拓宽招才引智渠道。进一步健全人才引进机制，紧紧围绕智能公交产业发展、科研项目等工作，敞开大门纳贤，积极引进领军科研人才、经营管理高层次人才和技能人才。

10  结束语

综上所述，优化城市智能公交系统的原则主要包括数据分析、智能调度与优化、路线规划与优化、乘客信息服务和智能查询系统以及环境友好和可持续性考虑。应用这些原则可以提升公交系统的运行效率、服务质量和乘客满意度，同时构建低碳生活方式，促进城市智能交通的可持续发展。

参考文献：

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