基于出租車系統中智能交通技術的應用

0 引 言
??? 社會經濟的迅速發展和城市規模的不斷擴大，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制約社會經濟的發展以及城市的規劃。因此，建立快捷的城市公共交通系統對社會經濟及城市的發展有著重要意義。
??? 國外發達國家將智能交通技術應用于城市交通領域，有效地緩解了城市交通壓力，提高了城市交通的運營效率。而城市出租車系統是城市公共交通系統中的重要組成部分，因此，將智能交通技術應用于城市出租車系統，對建立快捷而高效的城市公共交通系統具有重要意義。本文提出建立城市出租車綜合信息服務中心和使用車載智能終端，建立智能城市出租車系統。

1 智能交通技術應用于城市出租車系統的必要性和可行性
1．1 必要性
??? 城市出租車系統是城市公共交通中的重要組成部分，城市出租車系統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，造成能源浪費和公共交通效率低下。將智能交通技術應用于城市出租車系統，能有效地將出行者需求信息與出租車信息進行整合，提高城市出租車系統的綜合運輸能力，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生，解決交通堵塞問題。將智能交通技術應用于城市出租車系統，可以促進整個城市公共交通領域提供優質高效的運輸服務，對構建綠色和諧的公共交通體系有著重要的意義。
1．2 可行性
??? 智能交通技術包括先進的信息技術、電子通信技術、自動控制技術、計算機技術以及網絡技術等。將現代科技應用于交通運輸管理體系，可對各種資源進行最優的配置，提高交通運營效率。運用現代通信、信息、電子及計算機網絡技術，可以建立以電子地圖和路網、出租車信息數據庫為核心的智能平臺；全球定位系統GPS、地理信息系統GIS等技術的應用，可以使出租車利用移動通信和先進的車載設備進行數據搜集，使信息中心了解出行者的需求信息，進行科學合理的資源配置。

2 城市出租車智能交通技術應用系統的構成
2．1 城市出租車系統綜合信息服務中心
??? 城市出租車系統綜合信息服務中心主要是依托城市公共交通智能化平臺，以先進的地理信息系統(GIS)技術、GPS技術、計算機技術、通訊技術為基礎，建立大量的信息采集與發布系統硬件、開發信息處理軟件、埋設傳輸光纜。要使交通信息應用好，必須建立健全智能交通系統的各個部分，如出行與運輸管理系統、交通監控系統、先進車輛安全系統、商用車輛運行系統、公共交通運輸管理系統、電子收費系統、緊急情況管理系統等。目前國內外信息采集硬件主要以傳感型的檢測器技術(如機械式、光電式、電磁式、地磁式、超聲波式等)、視頻型的圖像捕捉技術和信息通訊技術(有線通訊、無線通訊、衛星通訊、GPS定位)等新技術，以市場運作模式建立統一的出租車信息服務中心，為出租車運營企業和出行者提供綜合的信息服務。

0 引 言
??? 社會經濟的迅速發展和城市規模的不斷擴大，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制約社會經濟的發展以及城市的規劃。因此，建立快捷的城市公共交通系統對社會經濟及城市的發展有著重要意義。
??? 國外發達國家將智能交通技術應用于城市交通領域，有效地緩解了城市交通壓力，提高了城市交通的運營效率。而城市出租車系統是城市公共交通系統中的重要組成部分，因此，將智能交通技術應用于城市出租車系統，對建立快捷而高效的城市公共交通系統具有重要意義。本文提出建立城市出租車綜合信息服務中心和使用車載智能終端，建立智能城市出租車系統。

1 智能交通技術應用于城市出租車系統的必要性和可行性
1．1 必要性
??? 城市出租車系統是城市公共交通中的重要組成部分，城市出租車系統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，造成能源浪費和公共交通效率低下。將智能交通技術應用于城市出租車系統，能有效地將出行者需求信息與出租車信息進行整合，提高城市出租車系統的綜合運輸能力，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生，解決交通堵塞問題。將智能交通技術應用于城市出租車系統，可以促進整個城市公共交通領域提供優質高效的運輸服務，對構建綠色和諧的公共交通體系有著重要的意義。
1．2 可行性
??? 智能交通技術包括先進的信息技術、電子通信技術、自動控制技術、計算機技術以及網絡技術等。將現代科技應用于交通運輸管理體系，可對各種資源進行最優的配置，提高交通運營效率。運用現代通信、信息、電子及計算機網絡技術，可以建立以電子地圖和路網、出租車信息數據庫為核心的智能平臺；全球定位系統GPS、地理信息系統GIS等技術的應用，可以使出租車利用移動通信和先進的車載設備進行數據搜集，使信息中心了解出行者的需求信息，進行科學合理的資源配置。

2 城市出租車智能交通技術應用系統的構成
2．1 城市出租車系統綜合信息服務中心
??? 城市出租車系統綜合信息服務中心主要是依托城市公共交通智能化平臺，以先進的地理信息系統(GIS)技術、GPS技術、計算機技術、通訊技術為基礎，建立大量的信息采集與發布系統硬件、開發信息處理軟件、埋設傳輸光纜。要使交通信息應用好，必須建立健全智能交通系統的各個部分，如出行與運輸管理系統、交通監控系統、先進車輛安全系統、商用車輛運行系統、公共交通運輸管理系統、電子收費系統、緊急情況管理系統等。目前國內外信息采集硬件主要以傳感型的檢測器技術(如機械式、光電式、電磁式、地磁式、超聲波式等)、視頻型的圖像捕捉技術和信息通訊技術(有線通訊、無線通訊、衛星通訊、GPS定位)等新技術，以市場運作模式建立統一的出租車信息服務中心，為出租車運營企業和出行者提供綜合的信息服務。

2．1．1 工作原理
??? 綜合信息服務中心運用系統工程理論將交通流誘導技術、差分GPS定位技術、GIS及地圖匹配技術、公共交通運營優化及評價技術、計算機網絡技術、數據庫技術、通信技術、電子技術等集成為先進的交通信息管理系統。綜合信息服務中心的基本工作原理(見圖1)可以描述為：通過GPS，GSM移動通信技術進行數據和信息采集，結合居民出行調查、路網信息等靜態信息，以GIS為操作平臺，對信息進行智能整合和優化，實現出租車的智能調度和指揮，降低出租車的空載率，節約出行者的等待時間，進而達到提高城市公共交通運營效率的目的。

2．1．2 主要功能
??? 靜態數據存貯功能 所有出租車的車輛信息均通過計算機網絡在信息中心進行存儲、處理，中心還能顯示基于電子地圖的地理信息系統，對城市的所有路網信息和出租車站點信息進行存儲。中心工作人員能方便、直觀地看到各車輛的實際運營位置及運營狀態，為調度提供依據。
??? 動態數據的搜集和處理 信息中心能搜集出行者通過網絡和移動通信設備發出的需求信息和出租車通過車載設備向中心發出的車輛運營信息與路況信息以及各固定出租車候車地點的數據信息，信息中心對這些信息進行整合與處理，從而進行合理調度。
??? 調度功能 搜集動態數據信息后，信息中心結合靜態數據信息與各固定出租車揚招點、候客點數據采集終端(派車機)的網絡接入數據信息，通過軟件對資源進行合理優化配置，滿足出行者的需要。監控功能 信息中心通過GPS對出租車進行監控，防止交通事故的發生，保證出租車司機和乘客的安全。維護功能 對綜合信息中心的硬軟件進行檢測和維護，保證綜合信息中心的各種設備正常運行，對出租車的車載設備進行維護。
2．2 出租車車載智能終端
??? 目前，出租車的車載設備大多只具有語音調度功能。將智能交通技術應用于出租車系統后，出租車車載智能終端將成為一個集出租車調度(語音信息、數字信息)、出租車安全防范(GPS技術、數字圖像技術)、出租車數據采集與控制(車況信息、電子計價結算、無線通信技術、車輛電子控制)、出租車電子導航功能和多媒體信息發布及接收等功能為一體的車載設備。
2．2．1 車載智能終端的系統構成
??? GPS系統是由控制中心和車載監控終端兩大部分構成，兩部分之間采用GSM蜂窩網無線數字雙向通訊方式。GPS／GSM衛星定位車載系統由兩大部分組成：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、串口擴展、打印輸出。GPS車載移動終端系統結構框圖如圖2所示。

??? 系統采用兩個CPU，GPS／GSM智能車載通信系統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，并將車輛的位置和狀態信息傳送到監控中心；同時，接收監控中心的控制數據，并且對車輛進行控制。GSM網絡是車載單元和監控中心進行信息交換的數據鏈路。其功能如下：將GPS定位信息準確地傳回監控中心；將監控中心的控制數據傳給車載設備。由車載GPS系統所確定的車輛位置信息通過車載通信單元將其發送給調度指揮中心，調度指揮中心便可及時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。通過移動目標監控調度系統，調度指揮中心隨時可以知道入網移動目標的方位。不僅可以進行安全合理的監控調度，而且可以為人網移動目標提供無線通信、遇險報警、決策指揮等多項服務。
??? 車載監控終端包含有GPS定位模塊和GSM模塊，GPS模塊可根據管理指令將移動載體的當前位置、運行狀態等信息發往控制中心，并在控制中心的電子地圖上實時顯示出來。GPS模塊選用瑞士U-BLOX公司的TIM GPS接收器。TIM GPS接收機通過GPS天線接收衛星信號，解算出車載移動終端的位置信息，一方面存儲于緩沖區中，作為日后路徑回放用，另一方面直接由單片機通過串口發送到GSM模塊。GSM模塊再通過GSM短消息方式把位置信息發送到監控中心，監控中心通過GIS軟件平臺就可以直觀、清晰地在電子地圖上發現車輛的軌跡，實現車輛的實時監控。另外，車載終端也可以發送報警信息和語音信息到監控中心，監控中心也可以通過文字或語音的方式對車輛實施調度。
2．2．2 車載智能終端的功能
??? 護車圣GPS／GPRS利用高科技的管理技術，建立一套先進、高效、穩定、可靠的車輛監控調度系統，是現代出租車企業提高運營效率和服務水平的有效路徑。
??? 本方案利用GSM通信網絡和GPS，建立GPS車輛調度服務系統，實現對車輛的實時調度監控、防劫防盜報警等功能。通過本系統，企業能夠提高車輛的有效利用率，提高車輛運行的安全性和處理突發事件的能力，加強對車輛和司機的管理，從而提高公司的管理力度和效率，增強公司競爭力。

?功能列表如下：
??? 車輛地理位置信息 查詢跟蹤定位利用GPS進行車輛定位，利用GPRS／SMS對位置進行回傳，使得出租車管理／調度中心隨時知道車輛的位置。車載設備通過GPS模塊接收衛星信息，可以提供實時的車輛位置信息。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。
??? 車輛監控監控出租車內安裝一個攝像頭，通常客人上車就拍一張照片存儲在本地GPS設備中。一旦有報警馬上發送拍下來的照片到后臺，以協助公安部門尋找嫌犯。可保存三天(可以根據公安部門的需要增加存貯容量)左右的照片，并且可以對具體時間段進行遠程查詢，將符合條件的照片上傳。這樣對犯罪嫌疑人的威懾加強，從而提高司機的人身安全性，對公安的事后破案也有幫助。
??? 報警功能在司機連續按下報警按鍵3 s后，攝像頭拍攝車內照片，并將報警信息和照片一同發送到調度中心／運營商，在核實報警真實性后將報警車輛的行駛位置、線路等信息通知給110。照片將作為采集的案發現場證據供公安機關使用。與此同時，面向窗外的LED將閃爍顯示：“我被打劫，請報警”，使劫匪處于監控中心和公眾的雙重監控之下，更有效地遏制、避免和打擊違法犯罪。
??? 載客／空車狀態監測 車載終端留有接口與計價器空車指示燈控制線相連，取得載客／空車狀態，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。控制中心可以通過監控終端選擇監控單輛車或按特定條件組合的多輛車，命令發送到車載設備后，車載設備發送自身的位置信息回控制中心。控制中心監控車輛時可以選擇指定車載設備按一定時間間隔或按一定位置間隔發送位置信息回中心。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。多個中心可以同時監控一輛車。
??? 照相功能 當司機按下“空車”指示牌，乘客就被拍下來，如果車內情況正常，照片會自動被系統刪除。調度中心／運營商可下發拍照指令，立即查看車內狀況(該功能可自己選擇是否設置)。
??? 調度 為降低出租車空載率，減少道路擁堵和環境污染，增加出租車收入，一般發達城市都安裝集群通信系統，每個司機配有對講機。本系統已經為出租車調度系統打下了基礎。當然，中國移動、中國聯通的移動網絡也能完成調度功能。
??? 遠程信息發布 運營商可遠程控制和下發LED顯示屏的顯示信息，包括商業信息、公益信息、政府的方針政策、交通信息、天氣預報等各種信息。與市場上現有的出租車GPS系統完全不同，這項功能把一個單純的車載GPS終端變成了一個媒體平臺。運營商可以控制下發信息的內容，顯示時間，刷新屏幕的方式等。
??? 移動電話 移動電話完成車載GSM電話功能，可實現與全球GSM手機及公話用戶的互通，其附加業務包括漢顯菜單功能、用戶賬號。
??? 短數據傳輸短數據傳輸是為車輛與其管理者之間完成某類功能而建立的數據通道，如出租車計價器的稅控數據傳輸。
??? 車況黑匣子 車況黑匣子業務提供車輛行駛過程中最近狀態的記錄，包括位置記錄、命令記錄、報警記錄、監控記錄。
2．3 智能交通技術應用于出租車系統中需解決的主要問題
??? 將智能交通應用于城市出租車系統，是一項復雜而龐大的工程，必須解決其中的幾個主要技術問題。
??? (1)數據采集與處理技術
??? 實施城市智能出租車系統，需要用到大量動態和靜態交通數據。靜態數據包括城市路網信息、居民出行OD量、城市居民分布及收入水平、城市出租車數量等；動態數據包括GPS定位數據、GIS中電子地圖上的矢量數據、客流量、動態交通數據等。需要借助先進的數據融合技術將這些數據有效融合，由于涉及到的數據源多、數據量大，數據采集與處理技術仍然是智能交通運輸系統研究中的難點。
??? (2)城市智能公共交通優化理論與方法
??? 將智能交通應用于城市出租車系統，主要是在GIS操作平臺上，結合城市總體規劃和城市交通規劃，利用已有的城市交通調查數據和補充調查的居民出行數據，對出租車在不同價格水平和不同收入水平下的居民出行需求進行預測，在此基礎上對地區出租車數量和配置進行優化，對出租車的運營時段進行設計，從規劃方面提高出租車的服務水平。由于城市路網系統比較復雜，建立的優化模型中變量數目較多，可以采用近年來出現的模擬生物進化的遺傳算法、螞蟻算法求解此類問題。
??? (3)智能出租車調度理論與技術
??? 由于GPS定位技術已基本成熟，其差分定位精度可以保證在5 m以內，完全可以滿足智能公共交通調度對定位精度的要求，而且隨著電子技術和通信技術的發展，出租車與綜合信息服務中心雙向通信的可靠性也能得到保證。因此，需要解決的關鍵問題是如何進行不同區間、緊急情況車輛的實時調度。此問題實質上是一個模式識別問題。一定的交通狀態(由客流量、車輛運行狀況、交通流量、緊急事件等因素組成)對應一種特定的調度方案(一種模式)，可以通過交通調查和專家問卷的方式找出當前交通狀態和調度方案之間的關系，利用神經網絡進行訓練后，輸入一定的交通狀態，系統便可以自動給出調度方案。

3 公共交通信息服務實現方法
??? 在智能城市出租車系統中，最難解決的就是如何向出行者動態地提供出行前和在途出租車路徑誘導信息。這實際上是研究智能公共交通系統與先進的出行者信息系統(ATIS)的信息共享與接口問題，需要建立大型的網絡數據庫和快速查詢系統，并設計基于人工智能的路徑選擇算法，以保證查詢時間短、結果準確。

4 結語
??? 智能公共交通系統(ITS)在城市交通領域中的應用實施是歷史發展的必然。智能交通系統是當今世界上交通運輸的高新尖技術，先進的交通信息系統又是ITS的基礎，我國應該充分重視進行研究、開發與應用，將智能交通技術應用于城市出租車系統，通過技術手段改變目前的出租車運營方式，使出行者能輕松地獲得有價值的出租車信息，有效提高出租車系統的運營效率；同時，使交通日益擁塞、資源浪費、交通事故發生頻繁、能源浪費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。