基于出租車系統(tǒng)中智能交通技術(shù)的應(yīng)用

0 引 言
    社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，給城市公共交通帶來了巨大壓力，而混亂的城市公共交通會(huì)制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及城市的規(guī)劃。因此，建立快捷的城市公共交通系統(tǒng)對社會(huì)經(jīng)濟(jì)及城市的發(fā)展有著重要意義。
    國外發(fā)達(dá)國家將智能交通技術(shù)應(yīng)用于城市交通領(lǐng)域，有效地緩解了城市交通壓力，提高了城市交通的運(yùn)營效率。而城市出租車系統(tǒng)是城市公共交通系統(tǒng)中的重要組成部分，因此，將智能交通技術(shù)應(yīng)用于城市出租車系統(tǒng)，對建立快捷而高效的城市公共交通系統(tǒng)具有重要意義。本文提出建立城市出租車綜合信息服務(wù)中心和使用車載智能終端，建立智能城市出租車系統(tǒng)。

1 智能交通技術(shù)應(yīng)用于城市出租車系統(tǒng)的必要性和可行性
1．1 必要性
    城市出租車系統(tǒng)是城市公共交通中的重要組成部分，城市出租車系統(tǒng)效率的高低很大程度上影響著城市公共交通的效率。隨著城市人口數(shù)量的增加和收入的提高，人們選擇出租車出行的概率大大提高，但是由于信息的不對稱，存在出行的人打不到出租車、而行駛的出租車空載的情況，造成能源浪費(fèi)和公共交通效率低下。將智能交通技術(shù)應(yīng)用于城市出租車系統(tǒng)，能有效地將出行者需求信息與出租車信息進(jìn)行整合，提高城市出租車系統(tǒng)的綜合運(yùn)輸能力，降低交通能耗和污染，提高交通安全性，減少車輛治安事件的發(fā)生，解決交通堵塞問題。將智能交通技術(shù)應(yīng)用于城市出租車系統(tǒng)，可以促進(jìn)整個(gè)城市公共交通領(lǐng)域提供優(yōu)質(zhì)高效的運(yùn)輸服務(wù)，對構(gòu)建綠色和諧的公共交通體系有著重要的意義。
1．2 可行性
    智能交通技術(shù)包括先進(jìn)的信息技術(shù)、電子通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。將現(xiàn)代科技應(yīng)用于交通運(yùn)輸管理體系，可對各種資源進(jìn)行最優(yōu)的配置，提高交通運(yùn)營效率。運(yùn)用現(xiàn)代通信、信息、電子及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以建立以電子地圖和路網(wǎng)、出租車信息數(shù)據(jù)庫為核心的智能平臺(tái)；全球定位系統(tǒng)GPS、地理信息系統(tǒng)GIS等技術(shù)的應(yīng)用，可以使出租車?yán)靡苿?dòng)通信和先進(jìn)的車載設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)搜集，使信息中心了解出行者的需求信息，進(jìn)行科學(xué)合理的資源配置。

2 城市出租車智能交通技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成
2．1 城市出租車系統(tǒng)綜合信息服務(wù)中心
    城市出租車系統(tǒng)綜合信息服務(wù)中心主要是依托城市公共交通智能化平臺(tái)，以先進(jìn)的地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)、GPS技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，建立大量的信息采集與發(fā)布系統(tǒng)硬件、開發(fā)信息處理軟件、埋設(shè)傳輸光纜。要使交通信息應(yīng)用好，必須建立健全智能交通系統(tǒng)的各個(gè)部分，如出行與運(yùn)輸管理系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、先進(jìn)車輛安全系統(tǒng)、商用車輛運(yùn)行系統(tǒng)、公共交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)、電子收費(fèi)系統(tǒng)、緊急情況管理系統(tǒng)等。目前國內(nèi)外信息采集硬件主要以傳感型的檢測器技術(shù)(如機(jī)械式、光電式、電磁式、地磁式、超聲波式等)、視頻型的圖像捕捉技術(shù)和信息通訊技術(shù)(有線通訊、無線通訊、衛(wèi)星通訊、GPS定位)等新技術(shù)，以市場運(yùn)作模式建立統(tǒng)一的出租車信息服務(wù)中心，為出租車運(yùn)營企業(yè)和出行者提供綜合的信息服務(wù)。

2．1．1 工作原理
    綜合信息服務(wù)中心運(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)、公共交通運(yùn)營優(yōu)化及評價(jià)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)等集成為先進(jìn)的交通信息管理系統(tǒng)。綜合信息服務(wù)中心的基本工作原理(見圖1)可以描述為：通過GPS，GSM移動(dòng)通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息采集，結(jié)合居民出行調(diào)查、路網(wǎng)信息等靜態(tài)信息，以GIS為操作平臺(tái)，對信息進(jìn)行智能整合和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)出租車的智能調(diào)度和指揮，降低出租車的空載率，節(jié)約出行者的等待時(shí)間，進(jìn)而達(dá)到提高城市公共交通運(yùn)營效率的目的。

2．1．2 主要功能
    靜態(tài)數(shù)據(jù)存貯功能 所有出租車的車輛信息均通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在信息中心進(jìn)行存儲(chǔ)、處理，中心還能顯示基于電子地圖的地理信息系統(tǒng)，對城市的所有路網(wǎng)信息和出租車站點(diǎn)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。中心工作人員能方便、直觀地看到各車輛的實(shí)際運(yùn)營位置及運(yùn)營狀態(tài)，為調(diào)度提供依據(jù)。
    動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的搜集和處理 信息中心能搜集出行者通過網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信設(shè)備發(fā)出的需求信息和出租車通過車載設(shè)備向中心發(fā)出的車輛運(yùn)營信息與路況信息以及各固定出租車候車地點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，信息中心對這些信息進(jìn)行整合與處理，從而進(jìn)行合理調(diào)度。
    調(diào)度功能 搜集動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息后，信息中心結(jié)合靜態(tài)數(shù)據(jù)信息與各固定出租車揚(yáng)招點(diǎn)、候客點(diǎn)數(shù)據(jù)采集終端(派車機(jī))的網(wǎng)絡(luò)接入數(shù)據(jù)信息，通過軟件對資源進(jìn)行合理優(yōu)化配置，滿足出行者的需要。監(jiān)控功能 信息中心通過GPS對出租車進(jìn)行監(jiān)控，防止交通事故的發(fā)生，保證出租車司機(jī)和乘客的安全。維護(hù)功能 對綜合信息中心的硬軟件進(jìn)行檢測和維護(hù)，保證綜合信息中心的各種設(shè)備正常運(yùn)行，對出租車的車載設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。
2．2 出租車車載智能終端
    目前，出租車的車載設(shè)備大多只具有語音調(diào)度功能。將智能交通技術(shù)應(yīng)用于出租車系統(tǒng)后，出租車車載智能終端將成為一個(gè)集出租車調(diào)度(語音信息、數(shù)字信息)、出租車安全防范(GPS技術(shù)、數(shù)字圖像技術(shù))、出租車數(shù)據(jù)采集與控制(車況信息、電子計(jì)價(jià)結(jié)算、無線通信技術(shù)、車輛電子控制)、出租車電子導(dǎo)航功能和多媒體信息發(fā)布及接收等功能為一體的車載設(shè)備。
2．2．1 車載智能終端的系統(tǒng)構(gòu)成
    GPS系統(tǒng)是由控制中心和車載監(jiān)控終端兩大部分構(gòu)成，兩部分之間采用GSM蜂窩網(wǎng)無線數(shù)字雙向通訊方式。GPS／GSM衛(wèi)星定位車載系統(tǒng)由兩大部分組成：主控制單元和從控制單元。主控制單元包括：傳感器檢測及外圍電路、電源模塊、GSM模塊、GPS模塊、報(bào)警模塊。從控制單元包括：液晶顯示模塊、語音輸入／輸出單元、觸摸屏鍵盤、串口擴(kuò)展、打印輸出。GPS車載移動(dòng)終端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

    系統(tǒng)采用兩個(gè)CPU，GPS／GSM智能車載通信系統(tǒng)車載控制部分由車載控制、車載外接兩部分組成。兩部分之間通過電纜通信。工作原理如下：車載單元接收GPS定位信號(hào)，并將車輛的位置和狀態(tài)信息傳送到監(jiān)控中心；同時(shí)，接收監(jiān)控中心的控制數(shù)據(jù)，并且對車輛進(jìn)行控制。GSM網(wǎng)絡(luò)是車載單元和監(jiān)控中心進(jìn)行信息交換的數(shù)據(jù)鏈路。其功能如下：將GPS定位信息準(zhǔn)確地傳回監(jiān)控中心；將監(jiān)控中心的控制數(shù)據(jù)傳給車載設(shè)備。由車載GPS系統(tǒng)所確定的車輛位置信息通過車載通信單元將其發(fā)送給調(diào)度指揮中心，調(diào)度指揮中心便可及時(shí)掌握各車輛的具體位置，并可以直觀、清晰地顯示在電子地圖上。通過移動(dòng)目標(biāo)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，調(diào)度指揮中心隨時(shí)可以知道入網(wǎng)移動(dòng)目標(biāo)的方位。不僅可以進(jìn)行安全合理的監(jiān)控調(diào)度，而且可以為人網(wǎng)移動(dòng)目標(biāo)提供無線通信、遇險(xiǎn)報(bào)警、決策指揮等多項(xiàng)服務(wù)。
    車載監(jiān)控終端包含有GPS定位模塊和GSM模塊，GPS模塊可根據(jù)管理指令將移動(dòng)載體的當(dāng)前位置、運(yùn)行狀態(tài)等信息發(fā)往控制中心，并在控制中心的電子地圖上實(shí)時(shí)顯示出來。GPS模塊選用瑞士U-BLOX公司的TIM GPS接收器。TIM GPS接收機(jī)通過GPS天線接收衛(wèi)星信號(hào)，解算出車載移動(dòng)終端的位置信息，一方面存儲(chǔ)于緩沖區(qū)中，作為日后路徑回放用，另一方面直接由單片機(jī)通過串口發(fā)送到GSM模塊。GSM模塊再通過GSM短消息方式把位置信息發(fā)送到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心通過GIS軟件平臺(tái)就可以直觀、清晰地在電子地圖上發(fā)現(xiàn)車輛的軌跡，實(shí)現(xiàn)車輛的實(shí)時(shí)監(jiān)控。另外，車載終端也可以發(fā)送報(bào)警信息和語音信息到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心也可以通過文字或語音的方式對車輛實(shí)施調(diào)度。
2．2．2 車載智能終端的功能
    護(hù)車圣GPS／GPRS利用高科技的管理技術(shù)，建立一套先進(jìn)、高效、穩(wěn)定、可靠的車輛監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，是現(xiàn)代出租車企業(yè)提高運(yùn)營效率和服務(wù)水平的有效路徑。
    本方案利用GSM通信網(wǎng)絡(luò)和GPS，建立GPS車輛調(diào)度服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對車輛的實(shí)時(shí)調(diào)度監(jiān)控、防劫防盜報(bào)警等功能。通過本系統(tǒng)，企業(yè)能夠提高車輛的有效利用率，提高車輛運(yùn)行的安全性和處理突發(fā)事件的能力，加強(qiáng)對車輛和司機(jī)的管理，從而提高公司的管理力度和效率，增強(qiáng)公司競爭力。
    功能列表如下：
    車輛地理位置信息 查詢跟蹤定位利用GPS進(jìn)行車輛定位，利用GPRS／SMS對位置進(jìn)行回傳，使得出租車管理／調(diào)度中心隨時(shí)知道車輛的位置。車載設(shè)備通過GPS模塊接收衛(wèi)星信息，可以提供實(shí)時(shí)的車輛位置信息。該信息通過無線通信(GSM／GPRS)手段傳回控制中心后在電子地圖上顯示出來，可以確定車輛的地理位置。
    車輛監(jiān)控監(jiān)控出租車內(nèi)安裝一個(gè)攝像頭，通?？腿松宪嚲团囊粡堈掌鎯?chǔ)在本地GPS設(shè)備中。一旦有報(bào)警馬上發(fā)送拍下來的照片到后臺(tái)，以協(xié)助公安部門尋找嫌犯?？杀４嫒?可以根據(jù)公安部門的需要增加存貯容量)左右的照片，并且可以對具體時(shí)間段進(jìn)行遠(yuǎn)程查詢，將符合條件的照片上傳。這樣對犯罪嫌疑人的威懾加強(qiáng)，從而提高司機(jī)的人身安全性，對公安的事后破案也有幫助。
    報(bào)警功能在司機(jī)連續(xù)按下報(bào)警按鍵3 s后，攝像頭拍攝車內(nèi)照片，并將報(bào)警信息和照片一同發(fā)送到調(diào)度中心／運(yùn)營商，在核實(shí)報(bào)警真實(shí)性后將報(bào)警車輛的行駛位置、線路等信息通知給110。照片將作為采集的案發(fā)現(xiàn)場證據(jù)供公安機(jī)關(guān)使用。與此同時(shí)，面向窗外的LED將閃爍顯示：“我被打劫，請報(bào)警”，使劫匪處于監(jiān)控中心和公眾的雙重監(jiān)控之下，更有效地遏制、避免和打擊違法犯罪。
    載客／空車狀態(tài)監(jiān)測 車載終端留有接口與計(jì)價(jià)器空車指示燈控制線相連，取得載客／空車狀態(tài)，作為GPS信息的一部分上傳。中心接到電召電話，即可利用此功能快速查找離客人最近的空載車輛，既方便客人又減少空載?？刂浦行目梢酝ㄟ^監(jiān)控終端選擇監(jiān)控單輛車或按特定條件組合的多輛車，命令發(fā)送到車載設(shè)備后，車載設(shè)備發(fā)送自身的位置信息回控制中心?？刂浦行谋O(jiān)控車輛時(shí)可以選擇指定車載設(shè)備按一定時(shí)間間隔或按一定位置間隔發(fā)送位置信息回中心。控制中心在電子地圖上顯示車輛位置，并可顯示車輛行駛的軌跡路線。多個(gè)中心可以同時(shí)監(jiān)控一輛車。
    照相功能 當(dāng)司機(jī)按下“空車”指示牌，乘客就被拍下來，如果車內(nèi)情況正常，照片會(huì)自動(dòng)被系統(tǒng)刪除。調(diào)度中心／運(yùn)營商可下發(fā)拍照指令，立即查看車內(nèi)狀況(該功能可自己選擇是否設(shè)置)。
    調(diào)度 為降低出租車空載率，減少道路擁堵和環(huán)境污染，增加出租車收入，一般發(fā)達(dá)城市都安裝集群通信系統(tǒng)，每個(gè)司機(jī)配有對講機(jī)。本系統(tǒng)已經(jīng)為出租車調(diào)度系統(tǒng)打下了基礎(chǔ)。當(dāng)然，中國移動(dòng)、中國聯(lián)通的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)也能完成調(diào)度功能。
    遠(yuǎn)程信息發(fā)布 運(yùn)營商可遠(yuǎn)程控制和下發(fā)LED顯示屏的顯示信息，包括商業(yè)信息、公益信息、政府的方針政策、交通信息、天氣預(yù)報(bào)等各種信息。與市場上現(xiàn)有的出租車GPS系統(tǒng)完全不同，這項(xiàng)功能把一個(gè)單純的車載GPS終端變成了一個(gè)媒體平臺(tái)。運(yùn)營商可以控制下發(fā)信息的內(nèi)容，顯示時(shí)間，刷新屏幕的方式等。
    移動(dòng)電話 移動(dòng)電話完成車載GSM電話功能，可實(shí)現(xiàn)與全球GSM手機(jī)及公話用戶的互通，其附加業(yè)務(wù)包括漢顯菜單功能、用戶賬號(hào)。
    短數(shù)據(jù)傳輸短數(shù)據(jù)傳輸是為車輛與其管理者之間完成某類功能而建立的數(shù)據(jù)通道，如出租車計(jì)價(jià)器的稅控?cái)?shù)據(jù)傳輸。
    車況黑匣子 車況黑匣子業(yè)務(wù)提供車輛行駛過程中最近狀態(tài)的記錄，包括位置記錄、命令記錄、報(bào)警記錄、監(jiān)控記錄。
2．3 智能交通技術(shù)應(yīng)用于出租車系統(tǒng)中需解決的主要問題
    將智能交通應(yīng)用于城市出租車系統(tǒng)，是一項(xiàng)復(fù)雜而龐大的工程，必須解決其中的幾個(gè)主要技術(shù)問題。
    (1)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)
    實(shí)施城市智能出租車系統(tǒng)，需要用到大量動(dòng)態(tài)和靜態(tài)交通數(shù)據(jù)。靜態(tài)數(shù)據(jù)包括城市路網(wǎng)信息、居民出行OD量、城市居民分布及收入水平、城市出租車數(shù)量等；動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)包括GPS定位數(shù)據(jù)、GIS中電子地圖上的矢量數(shù)據(jù)、客流量、動(dòng)態(tài)交通數(shù)據(jù)等。需要借助先進(jìn)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)量大，數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)仍然是智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)研究中的難點(diǎn)。
    (2)城市智能公共交通優(yōu)化理論與方法
    將智能交通應(yīng)用于城市出租車系統(tǒng)，主要是在GIS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)查的居民出行數(shù)據(jù)，對出租車在不同價(jià)格水平和不同收入水平下的居民出行需求進(jìn)行預(yù)測，在此基礎(chǔ)上對地區(qū)出租車數(shù)量和配置進(jìn)行優(yōu)化，對出租車的運(yùn)營時(shí)段進(jìn)行設(shè)計(jì)，從規(guī)劃方面提高出租車的服務(wù)水平。由于城市路網(wǎng)系統(tǒng)比較復(fù)雜，建立的優(yōu)化模型中變量數(shù)目較多，可以采用近年來出現(xiàn)的模擬生物進(jìn)化的遺傳算法、螞蟻算法求解此類問題。
    (3)智能出租車調(diào)度理論與技術(shù)
    由于GPS定位技術(shù)已基本成熟，其差分定位精度可以保證在5 m以內(nèi)，完全可以滿足智能公共交通調(diào)度對定位精度的要求，而且隨著電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，出租車與綜合信息服務(wù)中心雙向通信的可靠性也能得到保證。因此，需要解決的關(guān)鍵問題是如何進(jìn)行不同區(qū)間、緊急情況車輛的實(shí)時(shí)調(diào)度。此問題實(shí)質(zhì)上是一個(gè)模式識(shí)別問題。一定的交通狀態(tài)(由客流量、車輛運(yùn)行狀況、交通流量、緊急事件等因素組成)對應(yīng)一種特定的調(diào)度方案(一種模式)，可以通過交通調(diào)查和專家問卷的方式找出當(dāng)前交通狀態(tài)和調(diào)度方案之間的關(guān)系，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練后，輸入一定的交通狀態(tài)，系統(tǒng)便可以自動(dòng)給出調(diào)度方案。

3 公共交通信息服務(wù)實(shí)現(xiàn)方法
    在智能城市出租車系統(tǒng)中，最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出租車路徑誘導(dǎo)信息。這實(shí)際上是研究智能公共交通系統(tǒng)與先進(jìn)的出行者信息系統(tǒng)(ATIS)的信息共享與接口問題，需要建立大型的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫和快速查詢系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)基于人工智能的路徑選擇算法，以保證查詢時(shí)間短、結(jié)果準(zhǔn)確。

4 結(jié)語
    智能公共交通系統(tǒng)(ITS)在城市交通領(lǐng)域中的應(yīng)用實(shí)施是歷史發(fā)展的必然。智能交通系統(tǒng)是當(dāng)今世界上交通運(yùn)輸?shù)母咝录饧夹g(shù)，先進(jìn)的交通信息系統(tǒng)又是ITS的基礎(chǔ)，我國應(yīng)該充分重視進(jìn)行研究、開發(fā)與應(yīng)用，將智能交通技術(shù)應(yīng)用于城市出租車系統(tǒng)，通過技術(shù)手段改變目前的出租車運(yùn)營方式，使出行者能輕松地獲得有價(jià)值的出租車信息，有效提高出租車系統(tǒng)的運(yùn)營效率；同時(shí)，使交通日益擁塞、資源浪費(fèi)、交通事故發(fā)生頻繁、能源浪費(fèi)等城市公共交通問題得到較好改善，建立快捷、高效的城市公共交通體系。