1 项目背景
中国社会经济的持续高速增长带来城市机动化水平的日益提高，从而引发了城市交通拥堵和环境污染等问题，使得城市交通出行效率大大降低，交通阻塞问题已成为影响城市科学发展的主要瓶颈之一，世界各国政府尤其是发达国家把解决交通问题作为经济建设的重要课题。我国面临的局面更为复杂，要彻底解决我国交通拥挤的局面就必须发展公共交通，吸引出行量，改变人们出行方式，使居民出行改乘占用单位道路面积最小的公交方式，从而使中国的城市交通成为以公共交通为主，私人轿车出行为辅，减少路面的交通流量，消除混合交通。
建设部、发展改革委、科技部等六部联合发文《关于优先发展城市公共交通的意见》，提出优先发展城市公共交通是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段。其中重点提及要积极利用高新技术改造传统公交系统、加强对运营车辆的指挥调度，提高运营效率。
目前国内有部分公司从事公交调度产品的研发，但受限于规模小、市场化不足，产品和技术陈旧，不能满足新时期公交智能化的迫切需求。国外相关技术和产品都建立在运营环境良好的条件下，难以满足国内公交企业负责的业务需求。
大力发展城市公共交通，离不开现代化的科技支撑，智能公共交通管理系统是现代化都市交通管理的重要组成部分，是提高公共交通服务水平、吸引出行量的必要手段，体现了一个城市的现代化交通管理水平，是中国解决交通问题的重要措施之一，是构建和谐社会的有效举措。本项目研究的关键技术主要应用于智能公共交通管理系统，尤其是对公交车辆实时调度、城市路网和公交网络通行能力等多种对公交调度的约束条件、公交动态信息服务系统的研究，都针对性的满足我国城市公共交通现代化管理的迫切需求。
本项目在系统研究城市智能公交系统的理论、技术基础上，开发完成了实用软件系统，这将极大提高企业生产力，提高运营服务水平，带来城市公交发展的革命性变化，并为我国智能公共交通管理系统的产业化、标准化奠定基础。
2 研究范围与年限
本项目研究年限为2004年1月至2007年12月。
3 主要内容
3.1 总体思路
智能公共交通管理系统是改善城市公交状况、提高公交系统效率的关键手段，优化的公交调度能够提高现有公交的利用效率，改善公交行车安全，减少能量消耗和环境污染。
本项目中针对国内城市公交系统当前突出存在的公交车辆调度手段落后、线路安排和班次调度没有考虑城市交通系统恶化公交系统自身承载能力、缺少对公交系统动态服务水平评价、公交调度以车队线调度模式为主的弊端，确定通过公交通行能力、动态服务水平评价机制、车辆实时调度、线网优化模型及企业区域调度技术等关键性技术的研究，解决当前公交系统的不足。并结合公交企业管理信息化、智能化的趋势，将管理信息系统（MIS）引入公交企业管理，构建综合性城市智能公交管理系统。
智能公交管理系统主要解决四个问题：
（1）提高公交企业的信息共享、应用水平，提高公交企业管理水平和效率；
（2）提高整个城市公共交通系统使用效率度；
（3）提高城市公共交通服务质量，改善乘客满意度；
（4）提高公交企业自身管理水平、降低经营成本。
据此，本项目从以下方面进行创新和研究：
（1）通过对智能公交管理系统体系架构的研究，确定智能公交管理系统各子系统的功能需求和数据需求。
城市智能公共交通管理系统的建设和运营，涉及信息、数学优化、管理、资源调度等多学科的领域、并需要应用通信、控制、计算机网络、GPS/GIS等现代高新技术，因此对于城市智能公共交通管理系统的研究首先应该从其系统架构的研究展开。
本项目将对智能公交管理系统体系架构进行研究，确定其分系统--公交智能化运行系统与公交企业智能化管理系统的构成，以及各子系统、功能模块以及模块之间的通信协议和接口。
（2）通过研究公交调度算法，提高车辆调度效率
在公交调度上，长期以来国内都是人工调度，调度效果完全依赖调度员的个人经验，对于在途车辆缺乏必要的监测，无法及时评估线路运行情况，导致发车间隔不合理，造成运营效率较低的问题。
本项目在公交调度上研究调度优化算法，结合行车GPS数据的自动采集、车载终端双向通信、地理信息技术，获取实时车辆信息和客流量信息，通过对未来公交车辆行程时间和公交客流量需求的预测，根据公交线网的通行能力和公交动态服务水平的限制，对公交车辆进行实时调度和区域调度。公交车辆智能调度将主要采用系统自动调度为主，并辅以调度人员的可视化调度，最终提高公交运营效率。
（3）实现形式多样的公交信息发布方式，为乘客提供更多的动态交通信息
本项目除了应用智能公交调度技术进行实时调度、保证公交车辆的间隔和提高准点率外，还为乘客提供多种出行信息服务。乘客出行信息服务旨在为出行者在出行前或出行中选择交通方式和合适路径提供准确而及时的信息，无论在家里、办公室、公交车站或公交车上都可以获得这些信息。公交系统的实时信息包括车辆到达时间、离开时间和延误时间等。实现的发布方式包括web/wap 发布系统、电子站牌、车载查询终端、触摸屏、电话咨询中心等。通过形式多样的公交信息发布方式，乘客可拥有更大的出行选择空间。
（4）提高公交企业自身管理水平、降低经营成本
中国大多数城市的公共交通，目前仍然停留在人力资源密集的粗放型经营阶段，反映在企业内部则是运营成本较高，企业管理水平较低，难以发挥企业潜力，影响了企业的再发展。
本项目通过优化调度方式减少发车班次、对车辆技术信息的有效管理以及对营运历史数据的统计分析，实现减少人力资源浪费、降低资产维护与管理成本，改善营运车辆技术状态、堵塞人车油的管理漏洞。
同时，综合性的智能公交管理系统还将减少公交企业的管理层次，将管理层扁平化，降低公交企业的营运费用和管理费用。自动化、智能化的信息处理流程还将降低企业管理和财务成本。这些措施最终将提高企业管理水平、降低公交企业的经营成本。
3.2 技术方案
本项目主要研究智能公交管理系统体系架构、公交通行能力、公交服务水平评价模型、智能公交实时调度技术、公交区域调度技术、公交信息服务技术、公交动态数据处理及预测技术；并将上述理论研究的成果，应用于智能公交管理系统软件及硬件研发。产品将具有公交运营数据采集、车辆监控指挥、智能优化调度和乘客信息服务等功能。整个项目研究以智能公交理论研究为核心，以软件系统应用为检验，实现了理论与实际的结合。
（一）智能公交管理系统体系架构
随着我国城市公交企业管理要求的不断提高，公交企业决策层、管理层对企业信息化、智能化管理的需求也越来越迫切，引入先进的管理手段提高对企业的实际管理能力。本项目对传统的智能公交系统的体系架构进行了改进，通过把管理信息系统（MIS）集成到智能公交管理系统中，城市智能公交管理系统不但实现了对原有各智能公交子系统设备、信息、资源的集成，同时实现了公交企业管理和决策的整合。整合后的城市智能公交管理系统由公交智能化运行系统与公交企业智能化管理系统两部分构成，两个系统之间通过公交通信子系统和数据中心实现数据的共享以及其他相关业务的操作。
（二）智能公交关键性理论、模型和算法研究
1、公交车辆行驶时间预测
在乘客信息系统中采用神经网络优化算法对车辆行驶时间进行预测，保证了预测时间的有效性和时效性，据此推出能够在公交站点提供包括到站信息在内大量实时信息的电子站牌，为乘客提供更多出行选择。
2、公交客流量预测
在智能公交调度子系统中采用模糊神经网络优化算法对各站点的公交客流量需求进行预测，再结合公交车辆车载客流量检测器的数据，据此推出未来时刻公交线路车辆的需求，并进行相应的调度。
3、公交通行能力研究
当城市路网中运营的公交车辆超过公交站点、车道、路段等设施的通行能力时，由于公交车辆彼此的互相干扰、以及公交与社会车辆的行驶冲突，公交车辆行驶的速度通常会降低。这样虽然增加了公交车辆的营运班次，但是公交服务水平反而下降，同时公交企业的经济效益也受到影响。本项目对公交车辆通行能力和公交站点通行能力进行了研究，并作为约束条件用于公交车辆的实时调度。
4、公交动态服务水平评价模型研究
在对智能公交管理系统评价体系进行研究的基础上，对实时调度模式下的公交动态服务水平评价模型进行了研究，确定了动态服务水平的指标体系。根据智能公交管理系统采集的公交车辆GPS定位数据和车载客流量检测器数据，可以实时监控公交系统的服务水平。
5、智能公交实时调度算法和优化技术研究
在公交调度采用实时调度算法，利用行车GPS数据的自动采集、车载终端双向通信、地理信息技术，获取实时车辆信息，结合公交通行能力和公交动态服务水平等作为约束条件，根据预测的客流量需求对公交车辆进行实时调度，并最终提高公交运营效率。
同时，针对公共交通业务进行了数学建模，通过对公交运营数据的分析，统计各种数据流分布规律，为公交企业进行线网规划和线路调整提供决策依据。
6、公交区域调度技术研究
对目前公交企业现有的以线路为单位的管理和调度模式进行了改进，提出了针对单车场和多车场情况的公交车辆区域调度模型。通过智能公交调度子系统与公交车辆的双向数据通信，可以对公交车辆进行灵活调度，实现区域调度的功能，实现了公交资源的最有效配置和充分利用。
（三）智能公交调度系统
利用项目的智能公交理论、模型研究成果，项目组进行了智能公交管理系统软件开发，在充分考虑先进公交运行需要的基础上，综合运用网络、通信、控制、计算机、信息处理、数字地图、卫星定位及智能交通系统技术，完成公交运营数据采集和预测、公交车辆监控指挥、智能实时调度、公交区域调度和乘客信息发布。系统通过集成设计，实现了公交管理和调度的科学性，提高了公交运营效率，增强了城市公交提供安全舒适、人性化服务的能力，具有技术先进、运行高效、可靠实用的优点。研发内容包括公交智能调度系统、公交智能车载系统、公交智能车站系统、公交智能场站系统、路口公交信号优先系统。系统可适用于常规公交和快速公交企业运营管理的需要，实现对公交运营的智能、优化调度和管理及控制。
整个智能公交管理系统根据业务功能分成以下几个部分：
1.智能调度系统：以智能公交调度系统软件为主体，实现营运调度和综合信息管理，支持公交集中化调度的需求。
（1）营运调度系统：实现优化编制运营作业计划和劳动配班计划，实现远程集中调度和实时监控。
（2）综合信息系统：为公交企业内部管理提供综合信息化服务。
2.智能车载系统：包括专用车载终端，实现同其他公交车载设备包括磁性翻牌、站节牌以及LED屏等的通讯和控制；实现喊话器接口；具备语音通话功能；具备GPS和GPRS无线通讯功能；通过里程表接口采集里程数据；通过开关门接口提取开关门信息。
3.智能车站系统：包括专用电子站牌，对所有站台及站台售票实现视频监控；提供车辆到站距离和时间预测；提供电子LED大屏字幕显示；实现主副站显示控制。
4.智能场站系统：包括公交多功能场站一体机，实现自动路签、司机考勤、触摸屏自助查询。
3.3 实施效果
应用本项目的理论研究成果，项目组合作开发出了具有自主知识产权的公交智能化调度管理系统，掌握了恶劣环境下嵌入式系统设计技术，具备了完整的集硬件、软件、工艺、结构、嵌入式终端系统等一体的控制系统设计能力。利用掌握的GPS、无线通信技术和嵌入式系统开发技术，在国内首次设计出具有自动报站、信息双向交互等功能的车载终端。
在本项目研究成果的基础上，形成了公交智能化调度系统等系列产品，MT系列智能公交车载终端以及适应不同应用侧重点的系列智能公交调度管理软件系统。这些系列产品的技术附加值和市场竞争力全部来源于本项目的研究成果。
通过本项目的研究及应用，共申请9项专利和12项软件著作权登记，其中发明专利4项、实用新型3项，外观专利2项。知识产权工作成果显著。
本项目将彻底改善多数公交公司沿用了几十年的人工调度方法以及部分已经应用的公交调度系统受到通信、成本和运营费用高等缺陷困扰问题，提高公共交通车辆调度效率，进而提高运营经济效益和居民出行服务水平。
本项目至2007年底，共成功实施了北京、上海、青岛、常州、乌鲁木齐、呼和浩特等十数个大中城市，给实施单位带来了过亿的销售收入，并达到了改善当地交通状况，提高公交服务水平，降低公交运营成本，提高居民出行满意度的效果。
4 项目创新点
本项目在国内率先进行了结合MIS系统的综合性城市智能公共交通管理系统的集成研究，完成了对城市公共交通通行能力、公交实时数据采集和处理技术、公交动态服务水平、公交车辆实时调度技术、公交区域调度等关键性技术的研究。并通过产品研发，完成了集硬件、软件、工艺、结构等一体的系统整体设计。掌握了具有自主知识产权的车载智能终端系统、智能电子站牌、场站智能系统、智能化运营调度和乘客信息服务软件的设计技术。