[发明专利]智能公交系统的动态调度和时刻管理

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于实时的客流需求和交通状况来动态调度电子导航公交车的调度方法和系统。更具体地说，本发明提供的方法可以让电子导航公交车根据分配到的行程来自动选择所需跟随的电子轨道以及让公交调度系统根据实时的客流需求来动态规划公交车行程及确定调度时刻表。

背景技术

近几十年来，为现代城市发展低成本，高效率，高性能的公共交通系统吸引了大量的关注。许多大都市建立了地铁。但由于地铁造价非常昂贵，地铁通常在需要满足非常大的客流量时采用。一些城市选择建立轻轨，轻轨系统兼具传统铁路的吸引力以及在街道层面渗透到城市中心的能力。虽然轻轨比地铁便宜，但仍然远没有达到低成本，并且轻轨需要专用的轨道，从而降低了留给其他车辆的道路空间和通行能力。一些城市选择发展快速公交(BRT)系统，该系统具有成本比地铁及轻轨低得多，并且可以与其他车辆共用车道的优点。然而，快速公交系统所使用的常规公交车不能提供能与铁路系统相媲美的靠站性能。

一个能提高公交系统的性能同时保持其低成本优势的技术是电子导航公交车。在车载自动控制系统的引导下，这些电子导航公交车可以提供类似轨道交通的性能，如准确地保持其在车道中的位置和精准靠站能力。电子导航公交车通常采用基于视觉，或全球定位系统(如DGPS)，或道路传感等技术来识别车辆在车道上的横向位置。一个车载的自动控制系统根据该横向位置来决定所需的转向角度并通过转向驱动器转动方向盘(或转向轮)来实现所需的转向角度。此车载自动控制系统还可以包括速度传感器和距离传感器(如雷达和激光雷达)及相关驱动器来控制公交车的速度以便保持所需速度及与前方车辆的安全距离。

基于视觉的系统使用照相机来识别车道以及车辆在车道上的横向位置。然而，基于视觉的系统在能见度低的情况，如在有雾，雨，雪的天气里，很难工作。基于差分全球定位系统的车辆导航系统使用其到至少四个卫星的距离来根据三角测量原理估计车辆在地球上的位置，然后通过对应着数字地图来估计车辆在车道上的位置。然而，当车辆行驶在高楼附近，隧道里，或在茂密的树木下，差分全球定位系统可能会遇到信号阻塞和多径效应等问题而准确度降低甚至暂时不能工作。基于道路参考的系统需要在车道上(或车道里)安装道路参考装置，如感应电线，雷达反射带，或磁性标记物等，车载传感系统通过感测所述的道路参考装置来得到车辆在车道上的位置。其中采用磁性标记物的道路参考系统具有可靠性高和对天气情况不敏感的优点。

采用磁性标记物(简称磁标记)的道路参考系统将离散的磁标记安装在车道里作为电子轨道。安装在公交车上的磁场传感器测量上述磁标记所产生的磁场强度，然后根据测量的磁场强度来确定传感器和磁标记之间的距离从而估计公交车相对于所述车道的位置。此外，每一个磁标记安装时可以南极朝上也可以北极朝上，这两极可以用来表示二进制信息(即1或0)。这样一序列的磁极可以组成代码，用来推断道路信息，如车道的曲率和安装点的里程距离等。

当一个采用电子导航公交车的公交系统只管理或运作在一条公交线路或多个相互独立的路线时，每一个电子导航公交车只需要遵循分配给它的路线上的那一条轨道上。然而，如果一个公交系统涉及到多条电子轨道线路而且这些线路会有交汇或有共同路段时，电子导航公交车就需要进入和退出这些共同路段，因而需要在交汇的路口甚至在共同路段里决定其需要跟随的电子轨道，以便正确地执行分配给他们的路线。

不同于铁路，地铁或轻轨等轨道交通系统，电子轨道可能不能在实体上真正交叉。例如，如果两个磁轨(即由磁标记所定义的轨道)直接相互交叉，磁标记在交叉点会比较接近，从而导致它们的磁场相互干扰。其结果是，安装在电子导航车上的磁场传感器在交叉点测量到的是组合的磁场强度而不是每个磁标记的磁场。因此，根据这样的测量值而得到的位置估计并不反映电子导航车相对于任一磁标记或磁轨的真实位置，造成电子导航车不能跟随两条磁轨中的任何一条。因此，磁轨的布局必须仔细设计，以确保在两个磁轨需要交汇时其磁场不会互相干扰。由于这个独特的挑战，电子导航公交车也需要一个行程管理方法，以确定应该跟随哪条磁轨并正确执行所作的决定，以便完成分配的行程路线。

这种车载行程管理功能同时给公交调度系统很大的自由度。调度系统得以动态地定义和更新行程路线，以便在不增加驾驶员的工作量或公交系统的运营成本的基础上最大限度地满足客流需求。要充分利用这一优势，公交调度系统有必要有行程规划方法来(实时)估计客流需求并生成/更新行程安排以有效地满足客流需求，同时最大限度地提高公交系统的运输能力和效率。