淺談公交智能調(diào)度云系統(tǒng)關鍵技術(shù)應用

引

言

      隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市化的不斷擴大，市民對交通出行各種需求的增長，城市交通擁堵越來越嚴重，城市公共交通的壓力隨之增大，優(yōu)先發(fā)展公交戰(zhàn)略作為城市交通發(fā)展的重要方向，因此需要運用信息化技術(shù)手段實現(xiàn)城市交通的智能化。長期以來我國大部分城市的公交企業(yè)制定公交運營計劃主要靠管理人員的經(jīng)驗，服務水平較差，建立智能調(diào)度云系統(tǒng)可以改善公交的管理水平，提高公交的服務水平。

      公交智能化云系統(tǒng)通過衛(wèi)星定位技術(shù)、GIS技術(shù)、計算機技術(shù)等手段對公交進行信息化管理，系統(tǒng)具有車輛定位、車輛調(diào)度指揮、信息查詢統(tǒng)計等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛運行狀況實時監(jiān)測管理，實時掌握線路運行狀態(tài)，合理調(diào)整運力，為營運決策提供技術(shù)支持。

      目前全球定位主要有GPS、北斗、GLONASS、伽利略四個系統(tǒng)組成，而應用最廣泛的是GPS和北斗系統(tǒng)。

      GPS全球定位系統(tǒng)是20世紀70年代由美國陸?？杖娐?lián)合研制的新一代空間衛(wèi)星導航GPS定位系統(tǒng)，主要目的是為陸?？杖箢I域提供實時、全天候和全球性的導航服務。

      北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)是由我國自主研發(fā)的，致力于向全球用戶提供高質(zhì)量定位、導航和授時服務的定位系統(tǒng)，主要服務包括開放服務和授權(quán)服務兩種方式。開放服務是向全球免費提供定位、測速和授時服務，授權(quán)服務是為有高精度、高可靠衛(wèi)星導航需求的用戶，提供定位、測速、授時和通信服務以及系統(tǒng)完好性信息。

      衛(wèi)星定位技術(shù)包括偽距單點定位、載波相位定位和實時差分定位。偽距測量是測定衛(wèi)星到接收機的距離，即由衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號到達公交車載接收機的傳播時間乘以光速所得的距離；載波相位測量是測定衛(wèi)星載波信號到接收機天線之間的相位延遲；實時差分定位的原理是在已有的精確地心坐標點上安放接收機（稱為基準站），利用已知的地心坐標和星歷計算觀測值的校正值，并通過無線電通信設備（稱為數(shù)據(jù)鏈）將校正值發(fā)送給運動中的接收機（稱為流動站）。

      數(shù)據(jù)庫（Database）技術(shù)是為了有效管理數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)處理的效率而發(fā)展并完善起來的專門技術(shù)。隨著數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS, DataBase Managerment System）業(yè)務量的不斷增長，數(shù)據(jù)庫的安全穩(wěn)定運行在系統(tǒng)運行中至關重要，因此采用一系列技術(shù)手段確保數(shù)據(jù)庫安全是一項關鍵重要的工作任務。

      數(shù)據(jù)庫的安全是通過信息化技術(shù)手段保護數(shù)據(jù)庫安全完整運行，以防止不合法的使用所造成的數(shù)據(jù)泄露、更改或破壞。數(shù)據(jù)庫的安全主要是針對數(shù)據(jù)而言，包括數(shù)據(jù)獨立、數(shù)據(jù)安全、數(shù)據(jù)完整、并發(fā)控制、故障恢復等方面。

      大數(shù)據(jù)（Big Data）最早是由麥肯錫（Mckinsey& Company）在《大數(shù)據(jù)：創(chuàng)新、競爭或和生產(chǎn)力的下一個前沿領域》報告中首次提出的概念，由于大數(shù)據(jù)超過傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)處理能力，常規(guī)軟件工具無法在一定時間范圍內(nèi)對數(shù)據(jù)進行獲取管理，因此需要通過大數(shù)據(jù)技術(shù)對海量數(shù)據(jù)進行處理分析，為決策提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。

      一般意義上的大數(shù)據(jù)是指海量的單一類型的數(shù)據(jù)或多元化多來源的數(shù)據(jù)。大數(shù)據(jù)具有5V特點（IBM提出）：Volume（大量）、Variety（多元）、Value（低價值密度）、Velocity（快速）、Veracity（真實性）

      現(xiàn)在公交車輛多采用是GPS與北斗的雙系統(tǒng)復合模塊來定位，車載終端實時獲取車輛經(jīng)緯度、速度和方向等行車數(shù)據(jù)，通過移動網(wǎng)絡將相關數(shù)據(jù)上傳智能調(diào)度平臺，調(diào)度人員可以通過可視化管理平臺，通過定位技術(shù)對移動車輛進行統(tǒng)一集中管理和實時監(jiān)控調(diào)度，及時發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整發(fā)車狀態(tài)，通過衛(wèi)星定位系統(tǒng)實時查看車輛運行軌跡。車輛運行軌跡圖見圖1

圖1 車輛運行軌跡圖

      現(xiàn)在的公交車載設備因受網(wǎng)絡技術(shù)的限制，很多功能無法實現(xiàn)，如在線支付、無人駕駛、在線識別等。未來“北斗+5G”的應用是公交車載設備的發(fā)展方向，5G系統(tǒng)以毫秒級時延，峰值10Gbps的帶寬和超高密度連接，為智能調(diào)度系統(tǒng)插上騰飛的翅膀，差分后的北斗定位系統(tǒng)能夠提供厘米級定位服務，提供高精度的位置感知，兩者結(jié)合，必將推進智慧公交的進一步發(fā)展和飛躍。

      數(shù)據(jù)庫安全目的是對數(shù)據(jù)安全性完整性的有效保護，確保智能調(diào)度云系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，通過數(shù)據(jù)保密、加密算法、身份認證、磁盤陣列、數(shù)據(jù)備份、異地容災等信息化手段進行主動防護確保數(shù)據(jù)安全。

     大數(shù)據(jù)分析常和云計算聯(lián)系在一起，濟南公交智能調(diào)度云系統(tǒng)云存儲和云分析的運行需要巨大的計算和存儲資源，采用Hadoop、Spark、云存儲、云計算等分布式處理方式實時分析海量的定位數(shù)據(jù)，同時采用MapReduce模型技術(shù)用于大規(guī)模數(shù)據(jù)集的并行運算，實現(xiàn)了智能化、高效率的計算和分析。

      Hadoop是一個分布式計算平臺，可以在Hadoop上開發(fā)和運行處理海量數(shù)據(jù)的應用程序，Hadoop生態(tài)系統(tǒng)主要由HDFS、MapReduce、Hbase、Zookeeper、Oozie、Pig、Hive等核心組件構(gòu)成，高可靠、高擴展、高有效、高容錯等特性使Hadoop成為最流行的大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。Spark提供強大的內(nèi)存計算引擎，幾乎涵蓋了所有典型的大數(shù)據(jù)計算模式，包括迭代計算、批處理計算、內(nèi)存計算、流式計算(Spark Streaming)、數(shù)據(jù)查詢分析計算(Shark)以及圖計算(GraphX)。Spark支持分布式數(shù)據(jù)集上的迭代式任務，可以在Hadoop文件系統(tǒng)上與Hadoop一起運行。大數(shù)據(jù)技術(shù)框架圖見圖5。

      通過對定位數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合乘車刷卡記錄，對客流、運營狀況等進行全面分析，分析運量與運力的匹配，分析運行的周轉(zhuǎn)時間，分析運營的均衡性，分析挖掘數(shù)據(jù)存在的趨勢和可能性，為線網(wǎng)優(yōu)化評估提供決策支持。

圖5 大數(shù)據(jù)技術(shù)架構(gòu)圖

      隨著人工智能的發(fā)展，數(shù)據(jù)分析和精準算法結(jié)合起來，必將成為公交管理決策的有力工具，為公交智慧化、精準化、便捷化、安全化提供重要技術(shù)支撐。

      公交智能調(diào)度云系統(tǒng)對其關鍵技術(shù)的綜合要求較高，本文對車輛定位技術(shù)、等關鍵技術(shù)的應用進行了分析，這些信息化關鍵技術(shù)將是建設新型智慧城市的基礎，應用能夠改善公交車輛運營效率，實現(xiàn)車輛精準調(diào)度，進一步提升公交企業(yè)智能調(diào)度信息化水平，提高公交企業(yè)服務管理水平。