公交优先系统完整技术方案
公交优先系统技术方案
1 系统体系结构
1.1 软件体系结构
系统体系结构示意图
公交优先系统至少由以下功能组成：
1．公交车辆实时精确定位
公交车辆定位信息采集频率不小于1Hz，差分后的定位数据精度在亚米级。
2．公交车辆信号优先
系统实现基于公交网络的交通信号优化、基于公交干线信号绿波优化、基于公交路口的感应优先控制。同时协调好公交车辆与社会车辆的通行，使道路交通有最大的通行效率。
3．干线绿波协调控制
系统具有干线协调控制功能，形成绿波带，提高干线道路车辆的行驶速度。
4．特种车辆绿色通道
对特种车辆实施有效的交通诱导和保障，为特种车辆提供安全、高效、畅通的通行环境。系统应能在检测、自动识别、定位特种车辆的基础上，调整交通信号控制策略，为特种车辆的快速、安全通行提供必要的“绿色通道”。
5.与现有中心区智能信号控制系统公交优先的数据交换，将在建的XX南站信号控制系统接入本系统。
6．交通信息采集、传输和数据纠错。
系统必须具备实时、有效的交通信息采集、传输和数据纠错功能。在交通信息传输过程中，控制系统应具有良好的抗干扰性，确保信息与指令传输的稳定性，所采集的交
通信息具有良好的可靠性。控制系统还应具备有效的数据信息自动查错、纠错等功能，减少错误信息对系统带来的影响。
7.设备运行维护
设备运行维护子系统主要对公交优先系统相关的系统、设备进行监管，包括：中心服务器、数据库、检测设备、交通信号控制机、定位设备等。对发生故障的系统或设备应能实时报警，并生成故障日志。
1.2 整体数据流程图
整体数据流程图
1.3 系统接口设计
系接口设计是地面公交优先控制系统建设成功的关键因素之一。系统与各子系统之间交换的数据主要分为三类：
1.信号控制指令信息；
2.交通状态采集信息；
3.公交车辆定位采集信息；
系统接口示意图如下：
系统接口示意图
针对以上3类不同信息的特点，选择不同的接口方式进行数据交换，如下图：
数据交换示意图 消息服务接口：
消息服务接口是系统集成平台的重要组成部分，是平台内部以及对外的动态数据
交换枢纽。
对各子系统的监控和指挥调度过程中的实时信息，采用消息接口方式和消息服务
器通信，以保证数据的及时性。将设备状态、信息请求、控制指令、数据反馈等信息
应用系统
消息服务接口
数据访问服务接口
地理信息服务接口
统一以消息形式实时提交给消息服务器，消息服务器根据信息自动负责消息的转发、传递、过滤、消息日志等功能，以及处理结果的返回。
数据访问服务接口：
建立数据访问服务中间层。应用程序通过中间层服务进行数据操作，应用程序不必因为数据库中存储结构的变化而修改，即应用程序与数据结构之间不存在依赖关系，数据访问服务通过身份审核机制防止非法用户的登录，提供标准的支持远程访问
的接口服务。
平台采用WebService技术开发数据访问服务。Web 服务已成为数据交换、访问和操纵的主流机制。它的底层标准已经成熟，而且它的一些优点，例如松散耦合和虚拟化，已经向实现面向服务架构（Service-Oriented Architecture，SOA）这一目标前进
了一大步。
地理信息服务接口：
地理信息服务接口主要对与交通管理相关的GIS数据进行管理，保证各业务部门共
用地理信息数据，同时保证数据的同步。
GIS体系应用示意图
2 系统软件设计
系统根据功能分为：信息采集分析子系统、公交信号优先控制子系统、交通信号控制子系统、特种车辆优先控制子系统、信号配时管理子系统、设备运行维护子系统等。
2.1 信息采集分析子系统
2.1.1 差分处理
公交信号优先控制要求车辆定位精度经过差分处理后达到亚米级。利用车载定位设备实时采集公交车辆的位置、速度、方向等信息，并实时通过公交定位信息差分处理，达到对公交车辆的精确定位。基于差分处理结果进行公交定位信息分析，给出实时的触发区域分析结果。
公交定位信息采集分析子系统的工作示意图如下所示：
公交定位信息采集分析子系统工作示意图
2.1.1.1 公交定位信息差分处理
GPS北斗双模定位设备实现公交车辆位置信息的采集，为了提高定位精度，车辆的实时位置和速度信息可以利用实时接收差分定位数据平台的差分信息来修正。
公交定位信息差分处理模块基于江苏CORS基站提供的差分数据包，利用实时接收公交车辆的单点定位信息，实现定位数据的差分处理，差分处理后的定位数据能够达到亚米级。并能实现未来10000辆公交车辆的扩容处理。
GPS北斗双模定位设备的单点定位精度在5米左右，因此系统采用载波伪距差分定位技术，实现实时亚米级定位精度的要求。数据差分的实现前提是对终端上传报文格式进行重新修改和定义。在报文中添加需要的标志信息，用以判断接收终端类型，若为基
准站则将其精确的WGS84坐标和每秒钟接收到的载波和伪距观测值存入一个全局变量供其它移动终端作差分解算用；若为移动终端则直接将接收到的载波和伪距观测值和基准站接收到的数据一起解算求得较为精确的地理坐标，作为最终定位结果。
差分处理过程示意图
2.1.1.2 公交定位信息分析
根据公交信号优先控制业务需求将触发区域分为以下四种类型：
（1）场站触发区域（行驶方向触发区域）：用于判断公交车辆行驶方向（上行或下行）。
（2）停靠站触发区域：用于判断公交车辆进站或出站。
（3）路段触发区域（路口停车线前触发区域）：用于信号控制子系统判断是否调整信号灯配时策略。
（4）路口内触发区域：用于判断公交车辆在绿灯期间是否通过该路口。
系统功能要求根据公交车辆当前位置坐标，判断公交车辆是否在上述某一类型的触发区域内：若是，则捕获相关信息生成该触发类型的触发信息，将该触发信息实时上传至信号控制子系统。
触发区域示意图
触发区域分为上述四种类型，公交车行驶方向分为上行和下行，每条公交线路有若干个不同类型的触发区域，如何有效的组织、管理触发区域数据是快速触发判断的关键。所有触发区域按公交线路进行组织管理，某条公交线路上所有触发区域数据组织方式如下图所示（TR表示触发区域，NODE表示线路分段子结点）：
某条公交线路上所有触发区域数据组织示意图
对于某辆公交车辆从驶离起点公交场站到进入终点公交场站整个过程中，触发判断流程图如下：
触发判断流程图
2.1.1.3 实现目标
根据招标文件要求，采取上述技术方案和关键算法，该子系统将实现以下目标：1）经过差分处理后，公交车辆的实时定位精度可达到亚米级；
2）公交车辆实时上传定位设备报文到服务器的时间延迟小于1秒的时间点占总传输时间点的90%以上；
3）后台服务器能够同时接收10000台以上的定位设备同时上传的定位和其他相关信息数据，并能同时对这些定位数据进行后台差分解算和信息分析；
2.1.2 数据采集
系统中使用的信息包括公交车辆定位信息，正向雷达检测信息，视频检测信息及RFID实时触发信息等。
数据采集系统能够实时接收各个分系统发送的动态信息，进行数据的转发和入库，为数据的融合分析提供基础支撑。
2.1.3 拥堵关联研判
道路拥堵分为路段拥堵和路口区域拥堵。
进行拥堵判断的数据有以下内容：
1.正向雷达检测路段拥堵。
2.视频检测路口区域拥堵。
3.线圈检测车道流量、占有率等信息，通过比对设定的阀值判断车道拥堵。
4.定位车辆长时间静止，可以作为车辆所在路段拥堵的研判条件。
2.1.4 车辆位置预测
能够预测5分钟后公交车辆到达的位置，为提前公交优先请求做准备。
公交车辆的位置预测通过历史数据预测，以及5分钟时间内的动态数据预测两种方式进行计算，计算出的结果通过比对，确定以哪种结果为准。
基于历史数据的预测，通过分析长时间某一线路公交车的运行轨迹，确定在相似时间相似位置的公交车辆，5分钟后到达的空间范围，最后预测该公交车辆5分钟后可能处在的位置。
基于动态数据预测公交车辆位置，根据过去5分钟内车辆运行的平均速度，结合路网地图，以及沿途通过停靠站和路口等影响时间和行进速度的因素，估计5分钟时间内车辆可能到达的位置。
两种预测结果如果差距较小，以动态数据预测的结果作为预测位置。如果差距较大，超过设定的距离阀值，则均不采用。
公交位置预测流程
优先请求生成流程
路口检测图例
2.1.5 信号优先请求
公交车辆的优先放行请求，根据三层控制策略，在第二层和第三层进行公交优先请求，分为干线公交优先和路口公交优先。
路口级公交优先，以公交车通过路口前触发区域为条件，当车辆即将通过路口时，向公交优先系统发送优先请求信号。
公交优先申请流程图
干线级公交优先，以公交车辆5分钟预测位置到达路口前触发区域为条件。当5分钟后的公交车预测位置，进入干线起始路口触发区域的数量超过设定阀值（车辆数）时，向公交优先系统发送优先请求信号。
干道公交优先请求流程图2.2 公交信号优先控制子系统