智能公交系统的动态调度和时刻管理的制作方法

智能公交系统的动态调度和时刻管理的制作方法
【专利摘要】本发明为一个公交系统提供将公交车组队进行动态调度的方法。该方法包括为公交系统的每个行程确定一个服务间隔，根据每一个行程的服务间隔来确定公交车队的组合，根据行程服务间隔和车队组合来确定每辆公交车的调度时刻表，将调度时刻表经由通信传达给每一辆公交车，并且将车队组合也传送给车队中的每一辆公交车。每个车队组合将多辆公交车在它们的共同路段组成一个车队，使得多辆不同行程的公交车可以像一列火车般同时停靠在车站，以方便乘客转车。
【专利说明】智能公交系统的动态调度和时刻管理

【技术领域】
[0001] 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】
[0002] 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。
[0003] -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。
[0004] 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。
[0005] 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或〇)。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。
[0006] 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。
[0007] 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。
[0008] 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。
[0009] 此外，当公交系统只涉及一个电子轨道路线或多个独立的电子轨道路线时，公交 调度系统只需要分别决定每个路线发车的频率或时间。然而，当公交系统涉及到多个有共 同路段的电子轨道时，调度系统在确定派车时间和频率时可以不仅满足客流需求，而且通 过利用共同路段来根据客流需求将车辆动态组队或将车队动态分离来进一步提升运输效 率。此外，当车载系统具有自动速度控制能力时，车载系统必须能准确控制速度从而遵守调 度时刻表并相应地执行车队组合分配。
[0010] 因此，电子导航公交车需要有一个行程管理方法来根据其分配到的行程确定应该 跟随的电子轨道；同时电子导航公交车还需要一个时刻管理方法来根据调度时刻表确定合 适的行车速度。另外，公交系统也需要一个行程规划方法和动态调度方法来有效地安排行 程和调度电子导航公交车，以满足客流需求并最大限度地提高公交系统的效率。


【发明内容】

[0011] 根据本发明的一个实施例，本发明为一个公交系统提供将公交车组队进行动态调 度的方法。这个调度方法包括以下几个步骤：为公交系统的每个行程确定服务间隔，根据每 一个行程的服务间隔来确定公交车队的组合，根据行程服务间隔和车队组合来确定每辆公 交车的调度时刻表，将调度时刻表传送给相应的公交车，并将车队组合传送给所述车队中 的每一辆公交车。
[0012] 在此方法中，每个行程的服务间隔可又以下几个步骤完成：估计此行程的客流需 求，计算此行程的完成时间，为此行程分配一定数量的公交车，然后根据此行程的客流需 求，行程完成时间，分配到的公交车数目来决定此行程的服务间隔。在一个实施例中，该方 法以实时的方式实施，例如每5分钟或10分钟或15分钟执行一次。这样，此方法能够实时 地估计客流需求，实时更新行程完成时间和公交车数目的分配；因此也就可以根据实时的 客流需求，行程完成时间，以及分配到的公交车数目来实时地决定行程的服务间隔。
[0013] 根据每个行程的服务间隔，该动态调度方法进一步决定公交车队的组合分配。每 个车队组合将多辆公交车在它们的共同路段组成一个车队。在一个实施例中，每辆公交车 的车队组合信息包括车队组合对应的一系列路段以及在每个路段上该公交车在车队中的 位置。车队组合的分配包括找到至少一组具有相同路段的多个行程并为每一个行程组根据 行程组里每个行程的服务间隔确定至少一个车队组合。在另一实施方案中，车队组合的分 配还进一步包括：确定该车队中的执行每个行程车次的公交车在车队中的位置。
[0014] 此外，由于行程的服务间隔可根据实时的客流需求估计而更新，该动态调度方法 还可以根据实时估计的客流需求来实时更新车队组合的分配。在一个实施方案中，所述方 法进一步实时接收公交车的当前位置，并根据实时的公交车位置来更新车队组合的分配。
[0015] 在进一步的实施方案中，动态调度方法还可以为行程中的一个车站产生一个过站 命令，选择一辆公交车来执行这个过站命令，并将此过站命令通过通信传送给这辆选定的 公交车。在一个实施例中，这样的过站命令适用于低需求的车站。动态调度方法可以根据 一个车站的客流需求以及公交车途经这个车站的频率或次数来确定此车站是否是个低需 求的车站，并为低需求车站产生过站命令。由于可以过站不停，所选择的公交车可以在更短 的时间内完成它的行程；因此可以提高公交的整体服务质量和运输效率。
[0016] 这种将公交车组队的调度方法提供了一个独特的优势。从不同的起点站发车的公 交车可以在它们的共同路段组成车队，然后在他们离开共同路段时解散（或分离）车队使 它们可以各自开往它们不同的目的地。这种新颖的运作方式允许不同行程的多辆公交车像 一列多节列车一样靠站，因此需要换乘的乘客只需要在车队靠站时简单地走出一辆公交车 再进入车队里另一辆不同路线的公交车，从而大大地方便了需要换乘的乘客。通过将不同 的起点站和终点站的公交车在它们的共同路段中组成车队，调度系统大大提高了公交服务 的质量以及公交系统的效率。
[0017] 虽然在这个新颖的运作方式中公交车的速度仍然可以由驾驶员来直接控制，但更 好的方式是采用自动纵向控制技术（例如，自动维持所需的车速或保持与前方车辆的距 离）。这种自动纵向控制可以确保一个车队里的多辆公交车在靠站时车与车之间保持一致 的紧密的纵向间隙，这样就很像一列火车般地停在车站。因此，本发明还为具有自动控制其 车速的电子导航公交车提供一个时刻管理方法，该方法可确保公交车遵守调度时刻表并完 成车队组合操作。
[0018] 时刻管理方法包括：从公交调度系统接收调度时刻表和车队组合的分配，从接收 到的调度时刻表和车队组合分配中取得一个对应于当前行程车次的时刻表和当前车队组 合，然后根据当前车队组合和公交车的当前位置确定一个车队操作模式并进行与车队相关 的操作，并且根据所述的车队操作模式和当前行程车次的时刻表来决定所需的车速。通过 实现所需的车速，电子导航公交车可以遵照调度时刻表来执行所分配的行程车次及车队组 合。
[0019] 更具体地说，电子导航公交车上的无线通信单元接收调度时刻表和车队组合的分 配。时刻管理方法根据该公交车当前的位置和当前时间从收到的调度时刻表与车队组合分 配取得该公交车当前的行程车次及当前的车队组合。在一个实施方案中，所述时刻管理方 法通过检查以下两个条件来确定该公交车是否处于在车队操作模式之下：（1)当前车队组 合分配不空（即有一个相关的车队组合分配），（2)公交车的当前位置正处于当前车队组合 分配里的一个共同路段。如果任一条件不满足，时刻管理方法即判定公交车不处于车队操 作模式中。如果这两个条件都满足，该公交车就处于车队操作模式中，时刻管理方法进一步 执行与车队组合相关的操作。
[0020] 然后，时刻管理方法根据所述的车队操作模式以及当前的行程车次来决定公交车 所需的行车速度。如果该公交车是在车队操作模式中或者前方还有另一辆车，时刻管理方 法首先决定一个到前方车辆的理想车距，然后根据到前方车辆的实际车距，理想车距，和当 前的车速来决定该公交车所需的行车速度。如果该公交车不在车队操作模式中并且前方没 有另一辆车时，时刻管理方法根据该车的当前位置，下一个站的位置，以及到下一站的时刻 来决定该公交车所需的行车速度。在另一实施方案中，所述时刻管理方法还结合了交通信 号的配时控制信息来决定公交车的所需速度。
[0021] 在行程规划和管理方法以及动态调度和时刻管理方法的基础上，本发明还提供了 一个采用全自动电子导航公交车的智能公交系统。该智能公交系统包括多辆电子导航公交 车，多个客流统计设备用于获得乘客的行程信息，至少一个通信设备（通常安装在道路基 础设施上），以及一个包含至少一个调度处理器的控制中心。
[0022] 每辆电子导航公交车装备有一个电子制导系统，它通过通信来接收调度时刻表及 车队组合分配，并根据调度时刻表与车队组合分配来对公交车实施自动控制从而执行指派 的公交服务。该电子制导系统包括一个无线通信单元，一个行程管理模块，一个时刻管理模 块，一个位置感测单元，一个横向控制模块，一个转向致动器，以及一个纵向控制模块。该无 线通信单元接收调度时刻表和车队组合分配；行程管理模块根据调度时刻表中所指派的行 程来确定电子导航公交车应该跟随的电子轨道以便执行所分配的行程。时刻管理模块根据 所述的车队组合分配和调度时刻表来确定公交车所需的行车速度。位置感测单元提供公交 车相对于所述电子轨道的位置偏差，横向控制模块根据位置感测单元所提供的位置偏差确 定所需的转向角。转向致动器根据所需的转向角来转动方向盘（或转向轮）。纵向控制模 块根据时刻管理模块所提供的行车速度来决定所需的油门与刹车的指令并将这些指令通 过公交车上CAN通信传送给公交车的电子控制系统。（CAN通信和电子控制系统是公交车本 身就具有的。）电子控制系统执行这些指令来控制公交车的油门（或引擎）和刹车系统从 而达成公交车所需的行车速度。在另一个实施例中，电子制导系统还包括人机界面用于将 接收到的调度时刻表通知给公交车的驾驶员及车上乘客。人机界面还可将接收到的车队组 合也提供给驾驶员。
[0023] 时刻管理模块通过以下几个步骤来决定公交车所需的行车速度。它从调度时刻表 与车队组合分配中获得当前行程车次对应的时刻表以及当前车队组合，根据当前的车队组 合及公交车的当前位置来确定公交车是否处于车队操作模式并进行与车队组合相关的处 理，然后根据是否处于车队操作模式以及当前行程的时刻表来决定公交车的所需速度。
[0024] 行程管理模块根据所分配的行程来确定该公交车需要跟随的电子轨道。它先根据 所分配的行程来获取与此行程相关的道口信息，然后取得该公交车的当前位置。根据公交 车的当前位置和道口信息，行程管理模块确定该公交车是否处于或接近一个道口，如果是 这样，该行程管理模块识别此所在道口。然后根据所识别的道口中的正确轨道讯息以确认 公交车所需跟随的电子轨道。
[0025] 位于控制中心的调度处理器根据客流统计设备得到的乘客的行程信息来估计客 流需求，根据估计出来的客流需求来确定多个行程，再确定每一个行程的服务间隔，根据每 一个行程的服务间隔产生车队组合分配，根据车队组合分配和行程的服务间隔产生每辆公 交车的调度时刻表，经由通信将调度时刻表传达给每一辆公交车，并且将车队组合分配也 传达给车队中的每辆公交车。
[0026] 调度处理器通过以下步骤对客流需求进行估计。它先获得现在在公交车上的乘客 人数，确定乘客的起讫地点，获取客流需求的历史数据，然后根据在公交车上的乘客人数， 乘客的起讫地点，和客流需求的历史数据来估计客流需求量。根据估计到的客流需求，调度 处理器确定多个行程。它先根据高客流需求的起讫地点组合来建立高需求的行程，然后将 起讫地点组合与高需求行程关联起来，并通过将高需求行程延伸至低客流需求量的起讫地 点的方式来建立低需求的行程。
[0027] 调度处理器然后为每一个行程确定服务间隔。在一个实施例中，调度程序根据行 程的客流需求，行程完成的时间，和指派给此行程的公交车数目来确定每一个行程的服务 间隔。根据每一个行程服务间隔，调度处理器进一步产生车队组合的分配。在一个实施例 中，调度处理器首先识别具有共同路段的行程并将它们分在同一个行程组里，然后根据组 内每一个行程的服务间隔来为每一组有共同路段的行程确定至少一个车队组合。在又一个 实施例中，调度处理器还确定车队中每一辆公交车在车队中的位置。
[0028] 根据服务间隔和车队组合的分配，调度处理器然后为每辆公交车确定调度时刻 表。它先确定每个行程的时刻表，再把每个行程车次指派给一辆公交车，并将每辆车所指派 的行程车次的时刻汇合成此公交车的调度时刻表。因此，多个行程车次可以指派给一辆公 交车上，而且每辆公交车的调度时刻表包括这辆公交车所有的行程和每个行程车次的时刻 表。随后，调度处理器通过通信设备将所产生的调度时刻表传送给其对应的公交车；公交车 上的无线通信单元接收到调度时刻表后将其传递到行程管理模块和时刻管理模块。行程管 理模块确定公交车所需跟随的电子轨道来执行调度时刻表中每一个具体的行程，时刻管理 模块确定公交车所需的速度来实现公交车的调度时刻表。
[0029] 此外，调度处理器也将车队组合分配信息传达给相应的车队组合中的每辆公交 车。公交车的通信单元接收到车队组合的分配后将其传递给时刻管理模块，该模块在确定 公交车所需的行车速度时将车队组合的信息考虑在内，以确保该公交车根据所分配的车队 组合来执行加入或离开车队的操作。
[0030] 调度处理器还可为一辆行进在前的公交车产生一个让车指令并经由通信传达给 该公交车。在收到让车指令之后，该公交车会选择跟随一个绕行轨道以便让运行在它后面 的一辆公交车超过它。这样的操作可以方便公交系统处理一些特殊情况，譬如当运行在后 面的公交车误点而需要加速或者当运行在前面的公交车由于故障而需要停止服务时。
[0031] 这种采用全自动电子导航公交车的智能公交系统能够提供很大的优势。首先，电 子导航公交车可以提供类似轨道交通的性能，譬如准确地保持公交车在车道中的位置和精 准靠站能力。因此，这种智能公交系统可以在远低于传统轨道交通的成本的前提下提供性 能媲美轻轨或铁路的公交系统。其次，本发明的行程规划和管理能力使该公交系统可以在 不增加驾驶员的工作量或公交的运营成本的情况下灵活地实时规划行程以满足实时的客 流需求。再次，通过本发明的动态调度和时刻管理，公交车可以更准确地依照调度时刻表运 行，而且不同行程的公交车可以在共同的路段中组成车队，这大大地方便了乘客换乘也大 大降低了换乘的等车时间。公交系统的载客量也可以通过公交车组队的方式来增加。

【专利附图】

【附图说明】
[0032] 以下附图可帮助解释本发明的进一步的细节：
[0033] 图1示出的电子导航公交车能够自动跟随一条由安装在车道里的磁标记定义的 磁轨。
[0034] 图2是一个电子制导系统的框图，该电子制导系统安装在电子导航公交车上用以 引导公交车沿指定的轨道行驶。
[0035] 图3显示了一个公交系统的路线图，其中有多个路线共用一段走廊。
[0036] 图4是一个电子制导系统的框图，该系统具有无线通信和行程管理能力并根据所 分配的行程选择需要跟随的磁轨。
[0037] 图5显示了在一个两条公交路线合并的道口的轨道布局。
[0038] 图6显示了在一个两条公交路线合并的道口的另一轨道布局。
[0039] 图7显示了在一个两条公交路线合并的道口的另一轨道布局。
[0040] 图8显示了在一个两个公交线路分开的道口的轨道布局。
[0041] 图9显示了一个在车站的轨道布局，该布局使电子导航公交车可以选择停靠在车 站或直接通过该站但不停站。
[0042] 图10显示了在车站的另一轨道布局，该布局使电子导航公交车可以选择停靠在 车站或直接通过该站但不停站。
[0043] 图11是一个行程管理方法的实施例的过程流程图。
[0044] 图12是另一个电子制导系统的框图，该系统具有无线通信和行程管理能力并根 据所分配的行程选择需要跟随的磁轨。
[0045] 图13是一个行程规划实施方案的过程流程图，该过程根据客流需求决定行程安 排。
[0046] 图14是一个客流需求估算过程的流程图。
[0047] 图15是一个调度方法实施例的过程流程图，该调度过程用于调度公交系统的公 交车。
[0048] 图16是一个用于决定行程服务间隔的过程的流程图。
[0049] 图17是一个示意图，显示有电子导航公交车的智能公交系统的一个实施例。
[0050] 图18是一个调度方法实施例的过程流程图，该调度过程可将公交车用组队的方 式进行调度。
[0051] 图19是一个电子制导系统的框图，该系统具有自动的纵向和横向的控制功能以 及行程管理和时刻管理功能。
[0052] 图20是一个时刻管理方法的实施例的过程流程图，该时刻管理过程根据分配的 车队组合和调度时刻表来决定所需的行车速度。
[0053] 图21是示意图，显示有电子导航公交车的智能公交系统的另一个实施例。

【具体实施方式】
[0054] 图1示出一个电子导航公交车102,它能够自动跟随安装在车道里的磁性标记物 (磁标记）104所限定的磁轨106。磁标记104通常为永久磁铁，安装在路面下并且一个磁极 (北极或南极）朝上。磁标记104可以沿车道的中心线安装或与车道中心线相隔一个（或 多个）预定的偏移量来安装。两个相邻的磁标记104之间的距离可以是固定的距离（例如， 1米）也可以根据车道的曲率或其他方面的考虑而变动。
[0055] 图2是一个安装在电子导航公交车102上的车载电子制导系统202的框图200。 该电子制导系统202能够使电子导航公交车102自动跟随由磁标记104所定义的磁轨106。 位置感测单兀204确定电子导航公交车102相对于磁轨106的横向偏离。由于磁轨106和 车道中心线之间预定义的偏移是已知的，位置感测单元204可以判断电子导航公交车102 的相对于车道中心线的横向偏离。
[0056] 此外，磁标记104时可以根据预定的磁极排列顺序来安装以形成各种代码，所述 的位置感测单元204检测磁标记104的朝上的磁极并将磁极的排列顺序进行解码。由于每 个磁标记104可以以其北极或其南极朝上安装，每个磁标记104则构成一个1位的二进制 代码（1或0)。例如，如果北极被定义为1，那么代码1100101，可由7个连续磁标记104按 以下磁极朝上的顺序安装来实现：北，北，南，南，北，南，北。位置感测单元204检测到每个 磁标记的磁极并将其磁极记录到磁极序列里，并检查是否最后N个（在上面例子中N = 7) 磁标记104形成的磁极序列符合一个预定义的代码（上面例子中的代码为1100101)。许多 方法可以用于解码，例如直接将磁极序列与预定义的代码进行比较或者使用码形成计算法 诸如海明码（Hamming Code)。位置感测单元204可以将解码得到的代码输出给其它系统 或单元使用。位置感测单元204的示例性方法和设备在美国专利申请号14/195713中有描 述。该专利申请题为用于智能车辆导航的位置感测系统，于2014年3月3日提交，指派给 了本申请的受让人，在此列为参考。
[0057] 根据从位置检测单元204输出的横向偏离，一个横向控制模块206由此计算确保 该公交车102跟随磁轨106所需要的转向角度。横向控制模块206还可以从公交车102的 控制器区域网络（CAN)获取车速，并在确定所需转向角时将车速考虑在内。横向控制模块 206还可以利用从位置检测单元204得来的代码信息来推断车道曲率，磁标记的序号，沿磁 轨106的行驶距离，以及预先存储在横向控制模块206的存储器里的代码表中的其他信息。 各种控制技术可被用于根据横向偏差和其他可用信息来确定所需的转向角度。这些控制技 术在本领域技术人员中是众所周知的，因此这里不作描述。
[0058] 转向驱动器单元210包括一个可以转动方向盘212的马达（或液压阀）。当从横 向控制模块206接收到所需的转向角时，该马达（或液压阀）将方向盘212转动到所需的 转向角度。转向驱动器单元210还可以包括一个伺服控制处理器（未示出），以及用于测量 转向盘角度的传感器。伺服控制处理器根据横向控制模块206确定的所需的转向角进一步 确定马达（或液压阀）应将方向盘212转到的角度（或马达或阀应施加到方向盘212上的 转矩）。
[0059] 电子制导系统202还包括一个人机界面（HMI)单元208。该人机界面单元208将 信息提供给公交车102的驾驶员（或监控人员）并从驾驶员那接收命令。它还接收来自横 向控制模块206的系统运行状态，并将驾驶员的命令发送至横向控制模块206。人机界面单 元208还可以监控系统操作及信息的完整性。人机界面单元208给驾驶员提供音频和视觉 反馈，并配备有开关和面板可供驾驶员进行操作。
[0060] 图2所示的电子制导系统202能自动引导电子导航公交车102沿着磁轨106运行。 然而，一个典型的公交系统通常管理多个路线（大都市的公交系统有时甚至管理几百条路 线），不同的路线共享车站或中转站以方便需要换线的乘客的现象也很普遍。特别是在城 市的中心，旅游景点，校园里，不同的路线共享几个连续路段（常被称为走廊）也是常见的。 图3显示了一个公交系统的路线图，其中有多个路线共用一段走廊。图中有五个路线302， 分别在本文中被称作R(红）线，B(蓝）线，K(黑）线，G(绿）线，和Y(黄）线。车站304 用圆圈来标示，其中每个车站304的标识是由代表路线的一个字母和代表该车站在相应线 路上的由左到右位置的一个数字组成。例如，在K线的车站304被标识为Kl，K2, K3等，而 在R线上的车站304被标识为Rl，R2, R3,等等。
[0061] 如上所述，不同于铁路，地铁或轻轨系统的轨道，电子轨道可能不能直接彼此交 叉。对于磁轨106尤其如此，因为磁轨的直接交叉可能导致交叉处磁场干扰因而破坏基于 磁场强度测量值估计的横向偏差。因此，磁轨106的布局需要仔细设计以保证多个磁轨的 磁场不会互相干扰。此外，电子导航公交车102也需要一个行程管理方法，以便在道口确定 需要跟随哪个磁轨并实施所作的磁轨选择以便正确完成分配的行程。
[0062] 图4是一个电子制导系统402的框图400,该系统包括无线通信单元404和一个行 程管理模块406来实现行程管理方法，其中与系统202相同的单元用与图2相同的参考号 来标识。与图2中的电子制导系统202类似，电子制导系统402包括位置检测单元204,横 向控制模块206,转向驱动器210和人机界面208,此外，在电子制导系统402还包括无线通 信单元404,它与一个公交系统的控制中心（未示出）通信。无线通信单元404从控制中 心（比如运行在控制中心的调度系统）接收一个行程分配，并将接收到的行程提供给行程 管理模块406。行程管理模块406根据所分配的行程以及公交车102的当前位置来决定需 要跟随的主磁轨。行程管理模块406然后将所选出的主轨道输出给横向控制模块206,后者 将引导电子导航公交车102沿主轨道行进。行程管理模块406和横向控制模块206可以驻 留在同一个处理器（例如，嵌入式处理器或工业PC)里也可以分别驻留在两个单独的处理 器。
[0063] 图5显示了在一个两条公交路线合并的道口的磁轨布局。这种道口的一个实例是 图3中Y线和在车站K4和K5之间的K线合并的交界处。为了描述方便，行车方向以箭头 506和508标出；当然，行车方向也可以与标出的方向相反。图5中磁轨502和504在合并 之前均位于车道中央；但磁轨502和504也可以偏移车道中心。当Y线的磁轨502转弯而 与K线的磁轨504相汇合的过程中，磁轨502开始朝一侧逐渐偏移，使得在两个磁轨502和 504之间在汇合后有足够的距离（在图5中标记为"d"）。此距离d确保两个轨道502和 504的磁标记104的磁场之间没有干扰。通常d不小于0. 5米。
[0064] 合并后，一条磁轨可以结束。在图5中，Y线的磁轨502结束，电子导航公交车102 将沿着K线的磁轨504行进。原本在Y线运行的电子导航公交车102将跟随轨迹510完成 从磁轨502到磁轨504的过渡。相关的进一步细节将会在描述图11时提供。
[0065] 图6显示了在一个两条公交路线合并的道口的另一轨道布局600。其中与图5相 同的部分用相同的参考编号标出。在布局600中，K线的磁轨504在进入道口时横向移动 到一侧并在两磁轨合并后结束。行驶在Υ线的电子导航公交车始终跟随Υ线的磁轨502而 行驶在Κ线上的电子导航公交车将遵循轨迹602从而完成从磁轨504到磁轨502的过渡。
[0066] 图7显示了在一个两条公交路线合并的道口的另一轨道布局700。其中与其他轨 道布局图相同的部分用相同的参考编号标出。在布局700中，磁轨502和504均保持在车 道中心，但磁轨502或504中的一个会在交叉点（或合并点）Ρ之前结束。图7中Υ线的磁 轨502在合并点Ρ之前结束，原本运行在Υ线的电子导航公交车在到达Κ线的磁轨504之 前用航位推算法（dead-reckoning)的方式继续运行，其运行轨迹为702。
[0067] 图8显示了在一个两个公交路线分开的道口的轨道布局800,其中与其它轨道布 局图相同的部分用相同的参考编号标出。这种道口的一个例子是图3中K线和在车站K9和 K10之间的G线之间的交界处。为了描述的目的，行车方向以箭头806和808标出；然而， 行车方向也可以逆转。在进入道口前G线的磁轨802在与车道中心偏离d距离处开始。磁 轨802转弯并在转弯过程中逐步移到车道中央。运行在G线的电子导航公交车将被引导着 跟随的轨迹804从而完成从磁轨504到磁轨802的过渡。
[0068] 图9显示了一个在车站的轨道布局，该布局使电子导航公交车可以选择停靠在车 站或直接通过该站但不停站。一条进出站磁轨904在车站910之前的一个位置点P1开始 并与磁轨902保持平行但相隔一个间距。这条进出站磁轨904然后转弯靠站，之后再转弯 离开车站并与磁轨902再度平行。进出站磁轨904在离站后的位置点P2结束。沿磁轨902 运行的电子导航公交车102不需要进站时只需继续沿磁轨902行进即可。当需要进站时， 沿磁轨902运行的电子导航公交车102可选择进出站磁轨904为主磁轨，这样它将被引导 着沿着轨迹906从磁轨902过渡到进出站磁轨904。在离开车站910后，电子导航公交车 102将被引导着沿着轨迹908从进出站磁轨904过渡到磁轨902。
[0069] 图10显示了在车站的另一轨道布局1000,该布局使电子导航公交车可以选择停 靠在车站或直接通过该站但不停站。其中与其他轨道布局类似的部分用相同的参考编号标 出。在这个布局设计中，进出站磁轨1002开始于一个位置点P1，结束于一个位置点P2,而 没有平行于磁轨902的起始段和结尾段。电子导航公交车仍将沿轨迹906 (轨迹908)完成 从磁轨902 (或1002)到磁轨1002 (或902)的过渡。此外，图9及图10所示的布局900和 1000可以很容易地用于车站以外的位置作为用以超车或让车的绕行轨道布局，以方便一辆 在后面行驶的公交车绕过其前方在同一个磁轨运行的公交车。
[0070] 图11是一个行程管理方法的实施例的过程的流程图。该行程管理过程1100可以 由行程管理模块406来执行，也可以在公交系统的控制中心中运行然后将结果（即被选中 的所需要跟随的磁轨）从控制中心传送到公交车102。在每一个处理循环中，行程管理过 程1100开始于步骤1102以读取由通信单元（例如，图4中的模块404)从控制中心接收来 的行程分配。行程管理过程1100进一步根据分配到的行程获得相关的道口信息。在图11 所示的实施例中，行程管理过程1100在程序运行开始时根据行程确定道口信息，而在每次 处理循环中只有当指定的行程发生变化时才更新道口信息。因此，行程管理过程1100在步 骤1104中检查分配到的行程是否已经改变，例如，通过比较新接收到的行程分配和当前存 储的行程分配。如果分配的行程被改变，则行程管理过程1100在步骤1106中根据新接收 到的行程更新道口信息。
[0071] 一个行程的相关道口信息包括该行程上每个道口的位置和为了执行该行程在每 个道口需要跟随的主轨道。在一个实施例中，道口位置由沿某个特定磁轨的磁标记的序号 来确定。例如，对于图5所示的Y线，该道口的位置可由磁标记Ml所对应的序号来标示。 也就是说，如果磁标记Ml是Y线的磁轨502上的第2000个磁标记，那这个道口的位置就是 2000。在一个道口所需要跟随的主轨道是由一个代表该主轨道在此道口所有轨道中的按既 定方向排列的位置的序列号来定义，比如图5所示的道口的主轨道是磁轨504,它是从右数 第一条轨道，从左数第二轨迹。如果预定义的方向是从右到左（或从左到右），那么主轨道 的序列号为1(或2)。因此，如图5所示的道口的信息可表示为[2000，1]。因此，如表1所 不，每个行程的相关道口信息可以组成一个道口信息表。该表的每一行对应于一个道口，第 一列代表道口位置，第二列代表所需选择的主轨道的序列号。
[0072] 表1.道口信息表
[0073]

【权利要求】
1. 一种用于公交系统的将公交车组队进行调度的方法，包括： 为该公交系统的每个行程确定服务间隔； 根据每一个行程的服务间隔确定车队组合的分配，其中一个车队组合将多辆公交车在 它们的共同路段组成一个车队； 根据以上的服务间隔和车队组合的分配，确定每辆公交车的调度时刻表； 把调度时刻表传送给每一辆公交车；和 把车队组合的信息传送给车队组合中的每一辆公交车。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中确定每一个行程的服务间隔包括：估计该行程的 客流需求，计算该行程的完成时间，和为该行程分配一定数目的公交车；其中该行程的服务 间隔是根据所述客流需求，行程完成时间，及分配给该行程的公交车数目来确定。
3. 根据权利要求1所述的方法，其中实时确定每一个行程的服务间隔包括：实时估计 该行程的客流需求，实时计算该行程的完成时间，并实时决定分配给这个行程的公交车数 目。其中该行程的服务间隔是根据客流需求，行程完成时间，以及分配给该行程的公交车数 目来实时确定。
4. 根据权利要求1所述的方法，其中确定车队组合的分配进一步包括： 找到至少一个行程组，中具有共同路段，其中一个行程组包括至少两个具有共同路段 的行程；和 为每个行程组确定至少一个车队组合，该车队组合是根据该行程组里的每个行程的 服务间隔来确定的。
5. 根据权利要求4所述的方法，其中确定车队组合的分配进一步包括根据所估计的客 流需求量实时修改车队组合的分配。
6. 根据权利要求1所述的方法，还包括实时接收公交车的位置并根据公交车的位置实 时更新车队组合的分配。
7. 根据权利要求1所述的方法，其中传送给一个车队组合里的一辆公交车的车队组合 信息包括该车队组合对应的一系列路段以及在每个路段上该公交车在车队中的位置。
8. 根据权利要求1所述的方法，还包括实时估计行程的客流需求量和实时根据所估计 的客流需求来改变至少一辆公交车的行程。
9. 如权利要求1所述的方法，还包括： 为一个行程中的一个车站产生一个过站命令，选择分配给该行程的一辆公交车来执行 该过站命令，并将该过站命令传送到选定的公交车； 由此，所选定的公交车在接到过站命令后经过该站而不停靠，因而能在更短的时间内 完成该行程。
10. 根据权利要求9的方法，其中过站命令是基于该车站所估计的客流需求和该车站 的公交车停站服务的数量来产生的。
11. 一种用于电子导航公交车使其遵守调度时刻表及执行车队组合操作的时刻管理方 法，包括： 从公交车调度系统接收调度时刻表和车队组合的分配； 从接收到的调度时刻表和车队组合的分配中获得当前的行程车次的时刻表及当前的 车队组合； 根据当前车队组合和该公交车的当前位置，确定一个车队操作模式并进行与车队组合 相关的操作； 根据所述的车队操作模式和当前行程车次的时刻表来确定所需的车速； 由此，通过实现所需的车速，电子导航公交车可以遵照调度时刻表来执行所分配的行 程和车队组合。
12. 根据权利要求11的方法，其中当前的行程车次和当前的车队组合是根据公交车的 当前位置和当前时间来从接收到的调度时刻表与车队组合的分配中取得的。
13. 根据权利要求11的方法，还包括根据所述的车队操作模式确定与前方车辆的理想 车距，其中该公交车所需的车速是根据与前方车辆的当前车距，上述的理想车距，及公交车 的当前速度来确定的。
14. 根据权利要求11的方法，其中该公交车所需的车速是根据该公交车的当前位置， 下一个车站的位置，及到下一站的时刻来确定。
15. -个智能公交系统，包括： 多辆电子导航公交车，其中每辆公交车配备有一个电子制导系统，该电子制导系统通 过通信来接收调度时刻表与车队组合的分配，并根据调度时刻表与车队组合的分配来自动 控制公交车从而执行其被指派的服务； 多个客流统计设备，用于获得乘客的行程信息； 一个包含至少一个调度处理器的控制中心，其中调度处理器根据乘客的行程信息来估 计客流需求，根据估计出来的客流需求来确定多个行程，确定每一个行程的服务间隔，根据 每一个行程的服务间隔产生车队组合分配，根据车队组合分配和行程的服务间隔产生每辆 公交车的调度时刻表，经由通信将调度时刻表来传达给每一辆公交车，并且将车队组合分 配也传达给车队中的每辆公交车；和 至少一个通信设备，用于电子导航公交车，客流统计设备，以及调度处理器之间的通 ?目。
16. 如权利要求15所述的智能公交系统，其中，所述电子制导系统还包括： 一个无线通信单元，用于接收所述调度时刻表和车队组合的分配； 一个行程管理模块，用于根据调度时刻表内所指派的行程来确定电子导航公交车应该 跟随的电子轨道以便执行所指派的行程； 一个时刻管理模块，用于根据所述车队组合的分配和调度时刻表来确定该公交车所需 的车速； 一个位置感测单元，用于提供该公交车相对于所述电子轨道的位置偏差； 一个横向控制模块，用于根据位置感测单元所提供的位置偏差来决定所需的转向角； 一个转向致动器，用于根据所需的转向角来转动方向盘；和 一个纵向控制模块，用于根据时刻管理模块所提供的所需车速来决定所需的油门与刹 车的指令； 由此，公交车上的电子控制系统执行所需的油门与刹车的指令以达到所需的车速。
17. 根据权利要求16所述的智能公交系统，其中时刻管理模块通过以下步骤决定该公 交车所需的车速： 从所述无线通信单元收到的调度时刻表与车队组合的分配中获得当前行程的时刻表 以及当前的车队组合； 从当前的车队组合与公交车的当前位置来确定一个车队操作模式并进行与车队组合 相关的处理；和 根据所述车队操作模式及当前行程的时刻表来确定公交车所需的车速。
18. 根据权利要求16的智能公交系统，其中调度处理器通过以下步骤产生车队组合的 分配： 找到至少一个行程组，其中每一个行程组包括至少两个具有共同路段的行程；和 为每个行程组确定至少一个车队组合，该车队组合是根据该行程组里的每个行程的 服务间隔来确定的。
19. 根据权利要求16所述的智能公交系统，其中调度处理器还为一辆行进在前的公交 车产生一个让车指令并经由通信传达给该公交车；该公交车会选择一个绕行轨道让运行在 其后的一辆公交车超越它。
20. 根据权利要求16所述的智能公交系统，其中所述的电子制导系统还包括人机界 面，用于将接收到的调度时刻表提供给公交车的驾驶员及车上的乘客。
【文档编号】G08G1/09GK104269048SQ201410466631
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年4月15日
【发明者】黄继华, 张维斌, 但汉曙 申请人:明日交通公司