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    综合交通枢纽信息化系统概念设计理念及应用

    2013-02-26 11:58:11 来源: 作者:潘宁 肖少白 评论:
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    传统的公交、轨道交通、飞机、轮渡总站以相对独立的形式发展了很长时间。这些总站早期设在市中心,却很少考虑不同交通模式之间的衔接,主要是因为很少有人需要换乘。

    而今天,随着出行距离的增加和人们工作场所更广泛地分布在城市的各个位置,单独的交通模式已不能满足所有旅客的需求。许多人的出行实际已经涵盖了至少两种不同的交通模式,并且之前有过在雨天和黑夜中出行的不愉快体验。综合交通枢纽的发展对此有所改善,但旅客仍旧会因在不舒适的环境中、因信息量有限、因寻找换乘和不可预知的等待时间等方面有不好的体验。

    本文关注综合交通枢纽的发展,以及由此所产生的问题和可以应用的潜在技术解决方案。综合交通枢纽一般是大型开放空间,有如迷宫一般的通道和走廊,而且常常运作效率低下,这些都会危及到旅客的舒适性、安全性、可靠性。通过适当的技术实施,来改善这些换乘枢纽的吸引力,需要完成大量的工作。

    需要强调的是,单是技术不能解决综合交通枢纽的所有问题,但是结合适当的基础设施和管理方法,我们可以为旅客开发一个愉悦和友好的环境,增加公共交通的使用率,使公共交通成为受欢迎的模式。

    在项目初期对智能交通进行结构设计是成功的关键。应利用已建立的标准,采用综合的方式来设计系统,而不是在项目结束时,当大部分基础设施已经建立和完成的时候再增加进去,那样无济于事。同时也要考虑实施过程中的运营和维护,不然,效率和价值将会锐减,乘客在恶劣的环境中仅获得有限的信息,这会让他们重新选择私人交通出行。

    1、综合交通枢纽

    综合交通枢纽的功能有多种,不仅有直接与交通相关的服务,还可作为社区汇集点。事实上,综合交通枢纽产生了大量客流,并为其他设施,如零售和商业提供了客源。反过来,这些设施又为旅客提供了更加适宜的和友好的环境。

    交通枢纽理论上应提供不同交通模式之间高效便捷的换乘,为旅客提供无缝的体验。所有交通模式,公共(汽车、轨道、飞机等)和私人(汽车、自行车、行人等),都应考虑在内并在设计中进行定制,在适宜的环境中容纳它们。

    交通枢纽应包含的内容有:不同交通模式之间的衔接;私人和公共交通换乘的汇集点;交通资源的有效利用;为各类旅客,无论是步行者还是乘车者,提供通道。

    开发综合交通枢纽的主要目标有:最大化利用公共交通网络;加强旅客在不同交通模式之间的无缝换乘;高效和可靠的运营和管理;信息化系统;提供清洁、美观、宜人的环境;安全性和可靠性;成为社区汇集点;愉快、轻松、积极的体验。

    关键是换乘单是为车辆设计的,主要是为旅客设计的;没有旅客就没有车辆的需求。在走出最初的交通模式时,旅客期望看到关于下一个出行模式清晰的、明确的方向指示。各种模式之间的衔接应是直接的,避免长距离的步行。车辆和行人之间应完全隔离,以创造清洁和健康的环境。

    常见问题

    我们往往能在设计中考虑到所有这些好的目标,为什么却很少能在实践中实现这些目标呢?可能因为限制了投资,缺乏真正的承诺,其他竞争者优先或者只是偏离了目标;不管什么原因,我们常常遇到实际与我们自己设定的很多标准不符。

    在多模式实施中经常遇到的问题包括:各模式之间不便捷的换乘;信息缺乏,无明确的方向指示;信息过剩,杂乱无章;只考虑车辆,忽视旅客;过于庞大、开放的环境;不安全的环境;拥挤、混乱的环境。

    这些问题有的可以重新解决,通过在原先的地方开发一个综合的设计,以满足上述目标;有的需要利用技术解决方案来实现。

    信息化系统概念

    综合交通枢纽是一个开放系统,它以交通系统为内部环境,同时又以其所依托的城市或地区系统为其外部环境。由于系统与环境间往往存在着大量的不断的物质、能量与信息的交换,所以有利因素与不利因素常常是相互伴随、相互渗透。由于综合交通枢纽与其所在的城市或地区有着紧密而复杂的联系,其运营安全性对整个城市或地区有着巨大影响。

    交通枢纽信息化的程度决定了枢纽运营和管理的效率,不管是乘客使用的便利性,还是管理者和运营商的服务都能得到显著提高。

    (1)枢纽信息化涵盖的内容有:枢纽运行监测信息化、枢纽乘客信息服务信息化、枢纽综合运行信息管理信息化、枢纽安全疏散与应急管理信息化、枢纽区域内运营调度信息化。

    (2)信息化系统对枢纽的意义:提升枢纽内日常监测及紧急事件下联动响应能力、提升枢纽内各运输方式衔接运转效率、提升枢纽内客流换乘组织效率与信息服务水平、提升枢纽及周边区域道路交通运输效率。

    要想在系统建成后充分发挥其效益,即应提前做出统一的设计与规划。对综合枢纽的信息化系统进行概念性设计,确定系统架构和技术解决方案,为后续的详细设计和实施阶段确定方向。

    2、信息化系统应用实例

    2.1背景

    长沙大河西综合交通枢纽位于长沙大河西先导区内规划的现代服务业核心区域,东临西二环,北靠枫林路,西连玉兰路,南接游园东路,将地铁(MRT)、快速公交(BRT)和长途客运、城市公交(含清洁动力公交)等交通方式高效交汇,换乘时间缩短至5分钟,

    换乘距离至60米以内,实现"零换乘";将接驳长-益-常城际轻轨(LRT)和规划中的湘渝高铁,实现省际、省内快速出行;将综合应用智能交通技术(ITS)、3G通讯技术、物联网技术,实现人、车、站、路四维一体的信息处理与共享;将实现"网网通",旅客可以畅通无阻地通过手机、互联网、信息服务台等方式购买到准时准点的车票。

    枢纽综合体裙楼部分共分六层:

    o负二层是具备城市安全岛功能的大型公共停车场;

    o负一层是地铁2号线换乘大厅、公交换乘中转区,配套有国际品牌超市、商业内街名品走廓,并直通商务公寓、写字楼、酒店大堂;

    o地面一层是短途巴士到发厅、电动力公交、快速公交、出租车等公共交通到发中心和主售票中心,并配套商业内街名品走廓,通过天井与负一层直通,内部环形内街布局有湖南民俗原味美食街区,布局有东北、西北、西南、北向四个大型开放式广场;

    o地面二层是长途巴士到站平台、主候车大厅,东南部设有凯旋塔广场、商务美食店,长途巴士发车/备班平台;

    o地面三层/四层设有智能交通控制中心和国际影城、书吧。

    图1长沙大河西综合交通枢纽功能区划分

    2.2需求

    在既有土建设施现状下,只有充分利用信息化智能化手段,挖掘综合枢纽的运营服务潜力,才能改善综合枢纽的交通服务能力和管理水平,加强各种交通方式接驳能力,减少出行者出行的时间消耗,实现在各种交通方式间的高效换乘,促进不同交通方式运行管理的衔接与协同效率提升,弥补土建不足。本项目对信息化的主要需求有:

    (1)公众出行信息服务需求;

    (2)多种交通方式联动、枢纽运行日常监测需求;

    (3)应急疏散需求。

    2.3技术应用

    根据概念设计理念和用户需求,确定该交通枢纽中,要应用的重要技术有:

    o旅客信息--多种渠道获得旅行信息,这可以使旅客提前做好出行计划、确定最佳出行方式。

    o换乘方便--该交通枢纽应该使用方便,允许旅客在不同出行模式间无缝换乘。

    o旅客的安全保障--整个交通枢纽中,旅客可以在繁忙的环境中感到安全可靠,这同时适用于个人安全以及封闭的车内环境。

    o系统整合--交通枢纽内外的系统整合。它可以实现不同旅行模式间信息的整合以及跨模式操作;另外,站内智能交通网络与系统内其他网络之间的整合对于终端的安全是至关重要的;这是交通网络、楼宇管理与安全系统之间的真实关系。

    o运营管理--各种出行模式的管理能够有效的利用终端设备和各种设施。由旅客信息网络获得的信息数据用于向交通枢纽中的所有运营者提供有价值的信息,这样可以提高运营效率及资源的利用。

    o可维护性--该系统应易于维护,保证其工作的最高效率。

    o环境吸引力--系统运行过程中应更好的吸引旅客去使用其中的便利设施,如便利店、酒店、商业街等。

    3、系统设计框架

    3.1概念设计理念

    概念设计阶段的主要任务是确定大河西综合交通枢纽信息化系统的总体框架和设计范围,明确系统各功能模块和关系,明确各子系统的技术应用,明确与其他系统接口及可扩展性,对系统的集成和整合做设计。

    概念设计的内容是:

    (1)调查综合枢纽的客货运输任务;

    (2)综合交通枢纽功能与水平分析;

    (3)制定综合枢纽信息化系统的框架结构;

    (4)确定枢纽信息化系统的设计范围;

    (5)确定系统总体要求;

    (6)确定枢纽信息要求;

    (8)确定与既有系统、区域系统的整合要求;

    (9)制定信息系统运营管理初步建议。

    3.2枢纽管理的各子系统

    根据用户需求,确定了下列枢纽管理的信息化子系统,如图3所示。包括:数据采集系统、公交/客车管理和调度、旅客信息与引导系统、停车场管理和停车位管理、视频监控系统、交通管理系统、语音通信系统、支撑系统、其他系统元素。

    显然,枢纽不能作为个体独立运行在其他路网之外;它需要与其他街道设施集成,如交通控制信号、信息标志和公交信息和管理;其他相关的交通网络如交管局和交通操作人员;以及与建筑管理系统的集成,特别是从安全和可靠的角度。

    这些集成的重要性怎么强调也不过分,而且枢纽不是从其他交通网络中独立出来的"孤岛",这点非常重要。

    图2长沙大河西综合交通枢纽智能信息化系统划分(略)

    图3长沙大河西综合交通枢纽网络功能架构

    图3显示了枢纽智能交通元素的功能架构以及相关的独立组件之间的关系:

    "内部系统被分为3个区域,信息源、信息发布和不直接连接到枢纽内的其他系统的独立系统。

    "在交通管理和控制中心以上和下面的外部系统,尽管并不由枢纽直接管理,但是因运营的需要,通过接口连接到交通管理和安全系统。

    "通过两种渠道输出公共信息;一种是通过系统接口连接到信息系统,另一种是通过网站信息门户。

    设计一个将枢纽所有组件进行全面集成的系统,提供完整的集成网络,确保能够跨系统集成。例如消防、通风系统可以与交通和建筑的运营进行联动,启动相应的应急计划,为旅客和员工提供安全和可靠的环境。这种跨系统的集成对可能出现拥堵的交通、商业及零售中心来说,是最为重要的。

    图4长沙大河西综合交通枢纽信息化系统信息流框图

    图4显示了枢纽网络中不同元素之间的数据和信息流,以及这些元素如何结合起来,提供数据和信息给关键的运营部门;主要有枢纽运营商(通过本地终端和电视墙);客车/公交运营商(通过远程终端);外部系统运营商(通过系统接口);以及广大公众(通过各种信息显示,帮助台和网站)。结合这些数据以及手动从外部渠道获取的数据(如交警,气象中心和交通运营商),就可以为所有相关部门提供全面的信息资源。

    定义和理解所需的信息和数据流对开发系统接口是至关重要的,并确保系统的各个元素在正确的时间以正确的格式获取和调用正确的信息,从而使每个元素,以最大限度地提高其有效性,并加强网络的整体运行。

    在图4中的每一种数据流以一种颜色确定,实线框表示数据源。理解此图,即理解了系统的运作。

    3.3系统集成软件和硬件

    交通枢纽信息化集成管理系统IHMS(InformationTransportationHubManageSystem)平台是对整个枢纽各子系统、包括各项集约化综合管理应用的中心平台,它涵盖了枢纽中各类信息、服务、安全、设备、保障等各个层面,是各子系统的核心管理平台。

    IHMS采用云计算技术对各子系统进行集成,实现中心管理人员对各分支系统的统一监测、控制和管理,实现了跨分支系统的联动和信息资源共享,将能极大地提高工作效率和降低运行维护成本。

    信息化系统的集成可分为三个层次:第一层次:各子系统纵向集成,各子系统实现自有的具体功能;第二层次:横向集成,体现了各子系统之间信息共享后的联动和优化组合,以实现各子系统协调优化运行,事件联动控制的功能;第三层次:一体化集成,即:在横向集成的基础上,实现中心(IHMS)集约化管理(实现网络集成、功能集成、软件界面一体化集成),以满足集中监视、控制和管理的需求。平台对所有信息资源的汇集、分析、处理和传递,将对整个枢纽进行最优化控制和最佳决策提供充分有效的保障。

    枢纽信息化集成管理(IHMS)平台为复杂任务提供了一种简洁的解决方案。IHMS平台是一个模块化的产品平台,可根据您的特定需求进行轻松定制。它将多种通信子系统集成到由一个图形界面控制的骨干网络中。

    图5长沙大河西综合枢纽信息化集成管理平台构成(略)

    多业务枢纽通信网络通常包括用以支持乘客信息广播、安全保障及枢纽控制应用的各种子系统。枢纽信息化集成管理平台将这些子系统进行了统一,通过各功能模块对每一种应用进行处理。枢纽控制功能通常集中在枢纽运营控制中心(HOC),以方便即时响应和交互。为提高系统的完整性,枢纽信息化集成管理平台(通常还包括交通控制网络)的软硬件组件分布于各个建筑和站房,即使在骨干网发生故障的情况下也能保证持续提供安全的通信服务。

    枢纽信息化集成管理平台的软件体系结构基于一种三层式模型,该模型将表示层与业务逻辑层和硬件驱动层分隔开来。

    枢纽信息化集成管理平台软件结构中的三个层次包括:表示层(图形用户界面)、逻辑层、适配层。

    为解决各交通方式应用系统所用技术标准、接口方式和数据格式不统一问题,枢纽信息化集成管理平台体系结构如图6所示。公用信息平台的信息交互主要采用适配器方式,为各交通方式应用系统和外部系统提供接入服务。

    图6长沙大河西综合枢纽信息化集成管理平台的软件体系结构(略)

    这三个层次是按功能划分的,具有明确定义的、不受软件变化影响的接口。同样,图形用户界面(GUI)的变化也不会影响任何一层的内部逻辑或功能。对于较小规模的系统,集中式的配置方式可能会更节约成本;而对于大型系统而言,分散式的体系结构则可以提高系统的性能、可用性和可扩展性。IHMS平台可支持集中式和分散式这两种体系结构。

    3.4将来系统扩展预留

    为了确保集成系统可以扩展和升级,应采用标准的系统架构,可以接受额外的设备,包括安装的或新/升级的设备。

    图7显示一个典型组件组成的一个"兼容"的交通枢纽信息化系统,它显示了不同部分组成的一个完整的操作系统,这些是:

    (1)交通枢纽信息化兼容系统

    这些是厂商或供应商根据交通枢纽信息化规范说明开发的兼容子系统。这些系统可以即插即用或只需中间插件即可并入交通枢纽信息化网络。该网络在数据采集和策略实施上都是双向的。

    (2)非交通枢纽信息化兼容系统

    主要有三种系统情况:

    o交通枢纽信息化的遗留系统。只需加一个费用很低的接口就能将其输出/输入转为交通枢纽信息化格式。他们可能不具备全部交通枢纽信息化应用的特征和设备,但是具有相似的操作方式,尽管可能降低交通枢纽信息化的功能性。除非用户是从一张白纸上开发其信息化架构,否则尽量采用遗留系统是非常重要的;

    o现代非交通枢纽信息化兼容系统是制造商/厂商已经决定不采用交通枢纽信息化功能性而开发的系统。使用低成本的接口,尽管实现本功能的要素成要比完全兼容功能的成本大的多,但是该接口应该提供充分的交通枢纽信息化功能性;

    o其他种数据类型输入例如静态时间表或者其他非自动的第3方数据。可以为这些应用开发标准的输入接口,或者由用户手工输入。

    (3)系统核心

    一个交通枢纽信息化系统的核心是供应商定制的并且能提供系统的操作核心,这对于系统的营运是至关重要的。它执行全部必要的工作来处理,分析数据及相应信息,并且管理系统内其他非核心部分的接口。

    核心也包括对路网营运至关重要的公共数据库。公共数据库将储存信息并且通过系统的不同的组成部分使之有效使用,为其他系统或用户提供输出。

    (4)交通枢纽信息化策略模块

    交通枢纽信息化利用处理的数据贯彻实施用户定义的实时策略。这些策略完全由枢纽运营者定义,它反映了运营者的政策和目标。策略的范围很广,从简单的提醒到对特殊事件及系列事件触发一个系统预先设置的应对策略。

    (5)交通枢纽信息化历史数据库

    交通枢纽信息化系统采集的所有数据都储存在历史数据库中,这些数据可以是未经处理的原数据,或是经过处理用于实施的策略数据,或是为客户提供的信息。这些数据可用于修正现有策略或改善预测算法,从而是提供给客户的数据输出质量。

    (6)用户/客户端接口

    为系统管理和运营提供数据处理的接口。包括:操作界面,模型,给予互连网的服务以及定制服务。这是真实的系统接口,在此可以控制和管理运营参数。

    (7)信息公路

    它是系统用户与外界的联系桥梁。通过这个接口可以管理付费和免费服务。系统信息通过该界面可与其他网络连结,从而可以对比内部或外边的更广阔的交通网络和用户进行服务。

    图7长沙大河西综合交通枢纽信息化将来系统扩展架构图(略)

    数据通信网络应有足够的备用容量,以兼容估计的未来几年额外的负载,从而避免代价高昂的重新布线和无线设备的升级。此外,任何数据库的需求都应有额外的容量,足以应付将来所有数据库的要求。

    4、其他考虑因素

    4.1安全性/可靠性

    安全性和可靠性是交通枢纽运营中不可忽视的重要环节,"安全第一"是基本需求和首要标准,运营安全和可靠性水平综合反映了交通枢纽运营管理水平和服务质量,是交通枢纽各系统实现顺畅、高效运营的前提。涉及到安全的子系统有:视频监控系统、热线电话、帮助台、公共广播系统;以及与消防、通风、门禁系统的接口和联动等。

    4.2信息集成和共享

    鉴于综合交通枢纽是多种交通方式集成的有机整体,各交通方式的交通需求、交通安全相互影响和制约,因此需要从系统集约化角度,实现各种交通方式的协同运营、资源优化配置、交通需求的平衡及交通安全协调应急指挥,使枢纽的交通环境更加和谐、均衡。

    交通枢纽信息系统是一个综合交通信息服务系统,是枢纽区域内各交通方式信息系统的集成,具有信息交换与共享功能,为枢纽管理部门制定运行监督方案和科学决策提供依据,同时利用数据集成的优势,以公共信息平台为基础,向各交通方式系统的运营商提供信息支持,向广大的旅客提供全方位、多方式的交通信息服务。

    4.3运营管理

    枢纽信息化集成管理平台,作为主体信息中心平台对整个枢纽内多个专业系统的运行状态和服务性信息进行信息集成、综合管理及服务应用。

    枢纽信息化集成管理平台是一个决策支持信息、行业管理信息、交通运输信息、车辆动态监控、应急救援处置和交通综合服务的综合平台,其主要服务于三个方面:为交通行业管理部门提供决策支持信息;为社会提供交通综合信息服务平台;为相关系统和应用提供信息接入平台。

    4.4其他考虑

    尽管综合枢纽系统是一个复杂、完整的系统,但是也需要集成到更广泛的交通环境中,并与其他关键的安防系统集成。枢纽站的交通情况在很大程度上会影响整个临近区域的交通网络,反之亦然。因此确保相关系统之间适当的信息动态交换相当重要。在系统设计中,除了枢纽信息化的主要系统,还需要考虑集成的一些系统功能包括:城市交通控制中心、公交运营中心、地铁运营中心、消防、通风系统、安防系统、建筑管理系统、其它外部接口等。

    考虑潜在的安全性、可靠性和运营的业务需要,必须建设枢纽控制中心,并配备熟练的操作人员,管理集成系统并通过应急响应系统对相关情况和紧急事件做出响应。

    建设相应的数据通信网络,提供足够的带宽和备用容量,以满足当前和未来需求。

    5、结语

    交通枢纽的系统集成作为一门综合性很强的新兴技术,涉及到计算机,信息工程,自动化控制、通信工程,管理工程、价值工程以及与特定应用场合相关联的众多学科。各个学科都有自己的知识体系,必须协调好这些学科相互关系的才能进行有效的系统集成。

    要建立一整套完善的、适合于综合交通枢纽的信息化系统,需要针对目前各类数字化、智能化信息产品(或系统)的特点以及未来可期、能够成为发展主流的新技术予以综合,并结合综合交通枢纽的特定管理需求来进行,只有从战略部署层面宏观地审视各项技术可能对综合交通枢纽智能化建设的优势,才能总结出一套切合实际的系统构建方案。

    综合交通枢纽数字化、智能化、信息化系统是庞大而复杂的,要想在系统建成后充分发挥其效益,即应提前做出统一的设计与规划。

    从来没有一个"放之四海而皆准"的综合交通枢纽解决方案,在某个地方适用可能并不适合其他地方,但基础的技术和方法仍然有效,通过适当的方法可为用户提供系统的设计、实施和维护。

    参考文献

    [1]张全罡,丁姝.《交通枢纽综合服务信息平台的研究与设计》.大众科技.2010年第2期,总第126期

    [2]黄建玲,刘文韬,吴东东.《综合交通数字枢纽建设方案及运营模式分析》.交通运输信息化技术及策略研究论文集.2011年07月

    [3]PERKSNeil,SOCharles,《智能交通解决方案,加强综合交通经验》.深圳,第7届中国城市智能交通论坛论文集,2011年05月

    [4]西门子.RailComManager软件架构文档(高效铁路解决方案),2011

    作者简介

    潘宁:理学学士,英国公路和运输委员会成员,项目管理协会会员。AECOM亚洲区智能交通技术总监

    肖少白:交通信息工程及控制专业硕士,AECOM中国区智能交通工程师

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