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基于实时专家系统的公交调度平台发展
尹向勇
摘 要：公交调度平台是公交车智能调度系统的核心。公交调度的实时专家系统是根据公交车的运行状态而建立，使积累多年的最好的调度经验用在调度预案中。该系统采用渐进式的原因是因为结合了基于案例推理和基于规则的推理。实际应用表明，该系统提高了判断水平和决策层的调度能力。
关键词：公交调度，实时专家系统
1 前言
公交智能调度系统是由四个子系统：信息采集系统、信息发送系统、信息显示和信息管理系统。调度平台是系统的核心。在公交位置、短消息和移动通信的帮助下系统总线的运行状态信息传递到实时控制中心。调度程序可以通过地理信息系统监控和显示系统对公交车进行监控。。该调度平台是公交智能调度信息处理系统的一部分。
由于公交车发生事故或者故障、道路拥堵等原因，公交车辆调度人员在操作过程中采取调度措施，以便尽快恢复运行秩序。该公交调度平台应开发采用智能手段，通过收集专家经验和预先调度计划形成调度的知识数据库。此外，使用模型算术形成推理机制以便提高的评审和决策水平。
自从20世纪50年代末，西方国家投入大量人力和财力一直致力于研究计算机辅助总线操作，以及举办了一些特殊国际会议。通过超过40年的硬功夫，这种技术进入实用阶段。特别是在最近几年中开发的智能总线调度系统与智能交通系统相结合来实现实时总线调度系统[1]。
在S.Bonora[2] (1996)、Maged[3] (1999)、GScemamad[4] (2000)和gscemamad[4]（2000）的论文中，控制中心采用总线跟踪技术监督公交运营系统。在此同时，在控制中心的通信系统和公交车之间建立无线通信的调度技术。控制中心的诊断处理的是因公交车延迟，差距，群聚而错过了公共车连接或其他事务，以确保及时发出命令。
A.Marques[5]（1996）和Stelio[6]（1997）自从1993开始研究欧盟国家的超级巴士研究项目。这个项目持续了30月。论文介绍了如何灵活运用动态超级巴士时间表软件有效应对公共汽车运行时出现的紧急情况。超级巴士有两个主要部件：一是制定公交规划，包括时间表，公交调度计划和人员调度；二是实时调度，包括自动事故检测，提出了调度方案和重新安排计划等等。
中国与国外在公共汽车调度上有如下差异：
1）乘客要求很高。在西方国家，汽车不是旅行的主要交通工具。因为小汽车的普及和发达城市铁路的完善，所以国外公共汽车的客流比中国小。
2）时间表的变化。一般而言，西方国家的时间表保持不变。但在中国，客流变化频繁，时刻表也必须相应的改变了。
3）调度目标。由于巴士的时间间隔较大，在国外，调度的目标是确保每一站的时间表是准时的，特别是在传输中转车站[7]，要保证乘客换乘。但在中国，公交车的时间间隔很小（只有1到2分钟的时间线），所以传输中转问题不是很重要。这个对于调度员的首要任务是确保巴士的起始站和终点站要根据时间表行进。因为服务频率高，调度员要应对调度的时间要求很紧。
因此，开发的总线调度系统必须与中国现状结合起来。
在中国，黄建华教授研究了真正的实时调度和调度控制交通[8-9]。阳鑫淼教授在公交调度的基础上，研究了非实时信息[10]和公交调度峰值曲线的优化方法优化系统[11]。张飞舟教授研究了实时调度[12]策略。然而，这些研究都是理论上的或是放在特定的压力环境的。影响公交车辆运行的因素有很多，既有动态的，也有相互制约关系的，还有规律的影响因素和突发事故。这就要求公交调度系统必须有能力应对各种复杂多变的急救事件，而且有综合解决问题的能力和提出调度实时方案。本文结合了北京市公交集团智能调度系统的发展来叙述的。
2 在实时专家系统中公交调度特点的应用
A.公交调度的特点
一般而言，有两种调度类型：一是客流的变化是正常的，这些变化几乎都在公交时刻表之中，但有必要通过添加或减少公交车数量来调整时间表。另一种是除了常规的临时改变外，公交车事故、公交车故障、道路拥堵、服务纠纷或乘客滞留等，这时要求调度员采取临时调度措施来解决当前的问题来恢复公交车的运营秩序。从长期的调度实践中调度员积累了丰富的经验，当紧急情况发生时，调度员可以采取调整公交车的运营顺序、调整发车间隔、快速公交、区间公共汽车、跨线公交车反式线路总线等方法来解决出现的问题。
B.公交车的实时专家系统的特点
总线调度实时专家系统的分配过程可以概括为三个阶段：
1）公交操作的实时状态在公交车位置、短消息和移动通讯设备的帮助下收集的。
2）实时推理和决策的调度方案是根据遇到紧急情况时的信息通过显示操作系统的专家知识来提出的。
3）发出实时调度命令。调度通过移动通信系统的运行总线发出指令，使他们尽快恢复秩序。
在许多情况下，系统通过专家的思维和推理来解决问题，是取决于知识和经验，不遵循严格的逻辑推理和模糊运算，直接分析问题并找到解决问题的更简单、更方便的方式[13]。专家的优势主要在于其知识的体验和特定的思维方式。他们作为一个充分发挥思想与图像的优势的结果可以提供高质量的解决方案。在输入信息的过程中，专家首先将使用经验思维，如果体验思维能解决问题，逻辑思维就不会被使用。此外，如果逻辑思维有效，专家就不会使用创新思维。专家会用他的创新思维解决问题时，新的问题和情况发生。公交车调度的实时专家系统是通过案例的推理方法来解决图像思考问题的，通过规则推理的方法来解决逻辑思维，通过知识的学习来解决创新思维。
3 公交调度推理机制
公交车调度方案具有实时性。开发这样专家系统可能会很难，因为要实现在有限的时间内充分和正确的调度方案。实时专家系统开发了一些应用方法[14]，如渐进推理，并行推理等
渐进式的推理是可行的，需要尽快在有限的时间优化这个系统，因为专家系统的推理时间可能会很长，所以它的引入是不错的选择。
在公交实时调度平台的发展过程中，推理机和相应的知识基础的发展是基于渐进通过结合案例推理（有形象思维）和案例的规则推理（逻辑思维）的。如图1所示，它的推理机分成两个层次：第一个推理机是基于案例的推理，属于一种类比法。它依靠处理类似的问题，在解决该类问题的过程中所获得的知识收集经验，则使它相应调整新旧状态的差异，从而使得新的问题得以解决，并形成一个新的案例。如果相应的情况下不可用，或者所找到的参数仍在等待确认，结果将发送第二级的推理机。通过规则库推理处理，并且由先前推理机补充。第二级规则KB很复杂，所以知识引入分类收纳结构，和通过DFS和平行推论使得相应的总线调度方案可以在有限的时间内提供。如果方案及规则不能在搜索的过程中相互匹配，则有必要增加新的知识，包括规则或案例。如果调度方案在第二推理机的情况下可以形成，推理的速度将有所增加。
4公交调度案例知识库的组织与推理机的实现
公交实时调度专家系统的首要任务是基于案例的推理，也是总结调度员的经验并形成的案例，这些案件已由以往调度员采取并已实践证明，用这方案来解决急救问题是可行。案例必须通过一定的存储结构存储在案例KB，其包括主要环境因素，基本特征和主要参数值的情况等，如总线号、机组编号、总线方向、总线延迟、紧急情况发生的时间、位置、存在的问题类型、延迟总线的到达时间、延迟时间的范围、所采取的调度措施等。调度员可据调度平台的问题和推理机制提交调度方案。
汽车在运行过程中，调度会遇到除了常规的急救外还有其他的，如道路拥堵、车祸、总线故障、服务纠纷、乘客呼叫警察等，因此有必要根据紧急情况对案件的特点进行分类。根据公交车辆的运行特性，紧急情况下常见的字符会影响到正常运行的时间表，可分为六种类型，首先是严重的异常总线，当母线故障或事故发生时，工作母线受到严重损坏，并可在维修工厂维修修理后几天才运行，出现这种情况公交车可从附表中删除或安排后备巴士运行。二是常见的异常巴士，当母线故障或事故发生时，工作母线通常损坏，修理后一小时内可以操作，可以部分调整计划。第三是道路拥堵，聚集和几辆公共汽车同时到达终端，长时间间隔（二十分钟以上）可能出现在操作总线。在同一时间到达的公共汽车的数量，拥堵的位置和延迟时间应记录。出现这种情况可以采取一些调度措施，如安排区间巴士、巴士快车、调整顺序、调整公交间隔和改变公交运营线路等。第四是个别巴士的延迟、道路拥堵、公交车故障、服务纠纷、乘客的滞留等，这样可以使用延迟巴士的到达时间的调度措施，如调整巴士的顺序，以及调整巴士的时间间隔。第五是特殊气候条件下的调度措施，如延长单向时间。第六是预定方案应对严重事故，如地铁故障和暴雨中的积水，这些事故可能会突然发生，所以他们可以通过设置相应的预定方案来解决问题。
该案例的存储方式对应于搜索案件的方式。目前有很多搜索方式基于该案例，如最近邻指数、归纳指数和知识指数[15]。此外还已经应用子空间方法[16]和神经索引模型[17]。根据公交调度的经验和长期的实践调度程序可以把调度问题归结为六种类型。因此，采用最近邻指数法建立搜索策略和关系数据库，用于存储经验知识。最近邻指数法有两个优点；第一个是它可以自动，客观，严格和确定的分析情况，可以用来最佳字符来区分情况。例按等级结构，从而使搜索速度提高组织。图2显示了个别总线的一个实例存储结构延迟解释最近邻指数法。搜索、类型级别和字符级别有2个级别水平。在类型级别，六种类型的情况下，单独存储并建立索引。在字符的水平树用于结构来存储的情况下，字符和得到的字符范围，以便搜索。根据搜索条件来选择。提出的调度措施可能是一个项目或多个项目（当调整的巴士序列，在同一时间，可调整的时间间隔）。
图3显示了基于案例推理公交调度系统的工作流程。
5公交调度规则知识库的组织和推理的实现
根据生产的网卡。第二推理机级别的公交调度专家系统是基于规则推理建立的。为了提高搜索速度，根据上述存储过程把知识分为六类知识，其中涉及到状态转换，字符变化规律。
把要解决的问题分成几个子问题。按照问题是由特定的工艺知识解决。该规则是有它们的优先级，并自动使用优先级存储。基于规则的推理有效地采取这些措施，以确保在极限时间内完成推理过程，并保证发出有效调度命令。
总结
公交调度实时专家系统是用带access数据库的VC 6.0开发的。该系统的数据存储在数据库里，可用高级语言直接选择（操作），因此数据查询效率得到了提升。该系统已应用到北京公共交通集团的有关智能调度系统的项目中。该系统的性能在应用的时候会得到不断的改善。
参考文献
1. U.S. Department of Transportation Federal Transit Administration, 2000,'Advance public transportation systems': The State of tire Art Update 2000
2.S. Bonora , D.Engles, 'Guidelines for The use of GPS_BASED AVL systems in public transport', Public transport electronic systems', Conference publication, 1996,pp.16-20
3.Maged Dessouky, Randolph Hail. Ali Nowroozi. Karen Mou
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