摘要：該文聚焦人工智能技術(shù)在公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率優(yōu)化中的應(yīng)用；探討如何運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析、智能算法等手段，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的客流預(yù)測(cè)、優(yōu)化線路規(guī)劃與車輛調(diào)度；分析人工智能技術(shù)在智能交通管理等方面的應(yīng)用策略，旨在為提升公共交通運(yùn)營(yíng)效率提供新思路。

關(guān)鍵詞：人工智能；公共交通；運(yùn)營(yíng)管理；運(yùn)營(yíng)效率

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.056

中圖分類號(hào)：TP 18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）09-0-03

Research on the Application of Artificial Intelligence Technology in Optimizing the Operational Efficiency of Public Transportation Systems

MENG Xin1， LV Haoran2

（1. Inner Mongolia Huangtaolaigai Coal Co.， Ltd.， Ordos 017000， China;

2. University of Illinois at Urbana-Champaign， Illinois 61820， USA）

Abstract： This paper focuses on the application of artificial intelligence technology in optimizing the operational efficiency of public transportation systems. It explores how to utilize big data analysis， intelligent algorithms， and other means to achieve accurate passenger flow prediction， optimize route planning， and vehicle scheduling. By analyzing application strategies of artificial intelligence technology in intelligent transportation management and other aspects， the paper aims to provide new insights for enhancing the operational efficiency of public transportation.

Keywords： artificial intelligence; public transportation; operation management; operational efficiency

0 引言

在當(dāng)今社會(huì)的快節(jié)奏背景下，公共交通系統(tǒng)作為城市運(yùn)行的生命線，其運(yùn)營(yíng)效率直接關(guān)乎居民生活質(zhì)量與城市發(fā)展的步伐。早在2012年，國(guó)務(wù)院便首度頒布了《關(guān)于城市優(yōu)先發(fā)展公共交通的指導(dǎo)意見(jiàn)》，這一舉措不僅昭示了國(guó)家城鎮(zhèn)化發(fā)展的積極態(tài)勢(shì)，也著重強(qiáng)調(diào)了城市公共交通管理的重要性。而“十四五”規(guī)劃更進(jìn)一步提出了智慧城市與智能交通的發(fā)展愿景，旨在根據(jù)當(dāng)前城市公共交通的實(shí)際情況，借助信息技術(shù)、人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)等手段，構(gòu)建智慧交通管理體系，實(shí)現(xiàn)交通出行的智能化管理與服務(wù)，以期提升公共交通效率，推廣智慧出行與綠色出行理念，緩解城市交通擁堵問(wèn)題，進(jìn)而提升居民生活品質(zhì)，助力資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會(huì)的構(gòu)建。

1 人工智能技術(shù)與公共交通系統(tǒng)

1.1 人工智能技術(shù)的定義和分類

人工智能技術(shù)是對(duì)人類智能進(jìn)行模擬的理論、方法、技術(shù)以及應(yīng)用系統(tǒng)。其目標(biāo)在于實(shí)現(xiàn)部分人類智慧所具有的功能，比如學(xué)習(xí)與推理。它通過(guò)不斷提升學(xué)習(xí)能力和推理能力，對(duì)人類思考及決策的過(guò)程予以模仿[1]。人工智能技術(shù)借助計(jì)算機(jī)程序或者機(jī)器來(lái)模擬人類智能，讓計(jì)算機(jī)具備感知、理解、判斷、推理、學(xué)習(xí)、識(shí)別、生成、交互等類似人類的智能能力，進(jìn)而能夠執(zhí)行各類任務(wù)，甚至在某些方面超越人類。

從技術(shù)與應(yīng)用維度看，人工智能技術(shù)主要可劃分為五大類別：第一類是機(jī)器學(xué)習(xí)，作為AI的核心分支，它使計(jì)算機(jī)能基于數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)自主學(xué)習(xí)，并據(jù)此做出決策與預(yù)測(cè)，涵蓋監(jiān)督、無(wú)監(jiān)督及強(qiáng)化學(xué)習(xí)等，廣泛應(yīng)用于圖像、語(yǔ)音識(shí)別及自然語(yǔ)言處理等領(lǐng)域。第二類是深度學(xué)習(xí)，作為機(jī)器學(xué)習(xí)的特殊形式，它模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與功能，利用多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理復(fù)雜數(shù)據(jù)，如圖像、語(yǔ)音和自然語(yǔ)言，在上述領(lǐng)域取得顯著成果。第三類是自然語(yǔ)言處理（NLP），專注于將人類語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可理解和處理的形式，包括文本分類、生成、信息提取及機(jī)器翻譯等，廣泛應(yīng)用于智能客服、問(wèn)答及寫(xiě)作等場(chǎng)景。第四類是計(jì)算機(jī)視覺(jué)，旨在使計(jì)算機(jī)具備“觀看”并理解圖像與視頻的能力，涉及圖像識(shí)別、目標(biāo)檢測(cè)、分割及人臉識(shí)別等，在自動(dòng)駕駛、安防監(jiān)控及醫(yī)學(xué)影像分析等方面發(fā)揮重要作用。第五類是智能機(jī)器人，作為AI在機(jī)器人領(lǐng)域的應(yīng)用，具備自主決策與行動(dòng)能力，涵蓋自主導(dǎo)航、語(yǔ)音識(shí)別及人機(jī)交互等方面，在工業(yè)、醫(yī)療、軍事等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。人工智能技術(shù)博大精深，隨技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新，其分支領(lǐng)域正不斷拓展與深化。

1.2 公共交通系統(tǒng)

公共交通系統(tǒng)，簡(jiǎn)而言之，是一個(gè)由多樣化交通方式及其配套設(shè)施與運(yùn)營(yíng)管理模式共同構(gòu)成的綜合服務(wù)體系。它涵蓋了公交車、地鐵、輕軌、有軌電車、出租車、輪渡以及共享自行車等多種交通工具，這些交通方式交織在一起，形成了城市交通的核心網(wǎng)絡(luò)[2]。公共交通系統(tǒng)的核心目標(biāo)在于，以高效、便捷的方式滿足公眾的出行需求，并在此基礎(chǔ)上引導(dǎo)減少私人車輛的使用，進(jìn)而有效緩解交通擁堵?tīng)顩r，降低環(huán)境污染。

在城市規(guī)劃的宏大藍(lán)圖中，公共交通系統(tǒng)占據(jù)著舉足輕重的地位，其設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)需深思熟慮，綜合考慮乘客需求、道路實(shí)際狀況、交通工具的運(yùn)載能力、運(yùn)營(yíng)成本等多重因素。一個(gè)運(yùn)行高效、服務(wù)便捷的公共交通系統(tǒng)，不僅能夠顯著提升城市居民的生活質(zhì)量，而且更能為城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步注入強(qiáng)大動(dòng)力。

2 公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率的影響因素

2.1 線路規(guī)劃與調(diào)度

公共交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率受多重因素影響，其中，線路規(guī)劃與調(diào)度兩個(gè)環(huán)節(jié)顯得尤為關(guān)鍵。線路規(guī)劃不僅需要精準(zhǔn)對(duì)接城市交通的實(shí)際需求，還需充分考慮地形地貌與城市規(guī)劃的特點(diǎn)，確保在經(jīng)濟(jì)與技術(shù)層面均具有可行性。通過(guò)這樣的規(guī)劃，可以有效提升公共交通的覆蓋率，緩解城市交通擁堵?tīng)顩r，并顯著降低運(yùn)營(yíng)成本。而在調(diào)度方面，則高度依賴于實(shí)時(shí)的客流信息、車輛的實(shí)際狀況以及駕駛員的合理安排。同時(shí)，調(diào)度系統(tǒng)還需具備應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，通過(guò)科學(xué)的調(diào)度手段，提高公交車輛的準(zhǔn)點(diǎn)率，優(yōu)化運(yùn)力配置，并增強(qiáng)公共交通系統(tǒng)的整體靈活性。這兩個(gè)方面相互交織，共同作用于公共交通系統(tǒng)，顯著提升其運(yùn)營(yíng)效率。

2.2 客流量預(yù)測(cè)

公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率深受客流量預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性的影響?？土髁款A(yù)測(cè)作為運(yùn)營(yíng)決策的重要依據(jù)，直接關(guān)系到公交車輛的調(diào)度安排、發(fā)車間隔以及運(yùn)力配置。精確的客流量預(yù)測(cè)能夠幫助公交企業(yè)更好地滿足乘客需求，避免運(yùn)力過(guò)?；虿蛔愕那闆r發(fā)生，從而提升運(yùn)營(yíng)效率。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的客流量預(yù)測(cè)，公交企業(yè)需綜合考慮多種因素，包括歷史客流數(shù)據(jù)、天氣條件、節(jié)假日安排、特殊事件等。通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)的預(yù)測(cè)模型和技術(shù)手段，如時(shí)間序列分析、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等，公交企業(yè)能夠更科學(xué)地預(yù)測(cè)未來(lái)客流量變化趨勢(shì)，為運(yùn)營(yíng)調(diào)度提供有力支持[3]。因此，客流量預(yù)測(cè)在提升公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率中扮演著至關(guān)重要的角色，是公交企業(yè)實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理、提高服務(wù)質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

2.3 運(yùn)營(yíng)成本控制

公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率的一個(gè)重要影響因素是運(yùn)營(yíng)成本控制。運(yùn)營(yíng)成本控制涉及多個(gè)方面，包括人力成本、燃料成本、車輛維護(hù)成本以及設(shè)施管理費(fèi)用等。合理控制這些成本，可以顯著提高公共交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率。例如，通過(guò)優(yōu)化人員配置、提高員工工作效率來(lái)降低人力成本；采用節(jié)能型車輛、加強(qiáng)車輛維護(hù)保養(yǎng)來(lái)減少燃料消耗和維修費(fèi)用；同時(shí)，合理規(guī)劃設(shè)施建設(shè)和維護(hù)，避免不必要的浪費(fèi)。因此，運(yùn)營(yíng)成本控制是提升公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要綜合施策，精細(xì)化管理。

2.4 服務(wù)質(zhì)量

公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率深受服務(wù)質(zhì)量的影響。服務(wù)質(zhì)量直接關(guān)系到乘客的滿意度和選擇公共交通的意愿，進(jìn)而影響整體運(yùn)營(yíng)效率。提升服務(wù)質(zhì)量需要從多個(gè)方面入手，包括優(yōu)化線路規(guī)劃、確保車輛準(zhǔn)時(shí)準(zhǔn)點(diǎn)、提升乘車環(huán)境舒適度、加強(qiáng)站點(diǎn)管理和維護(hù)、提供便捷的票務(wù)系統(tǒng)等。當(dāng)公共交通系統(tǒng)能夠提供安全、便捷、舒適的出行體驗(yàn)時(shí)，乘客的滿意度會(huì)提升，進(jìn)而吸引更多乘客選擇公共交通，從而提高運(yùn)營(yíng)效率。因此，服務(wù)質(zhì)量是公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率不可忽視的重要因素。

3 人工智能技術(shù)在優(yōu)化公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率中的應(yīng)用

3.1 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的客流量預(yù)測(cè)模型

人工智能技術(shù)在優(yōu)化公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其中，構(gòu)建基于機(jī)器學(xué)習(xí)的客流量預(yù)測(cè)模型是不可或缺的一環(huán)。該模型綜合考慮了歷史客流數(shù)據(jù)、天氣狀況、節(jié)假日安排等多重?cái)?shù)據(jù)源，借助先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，如隨機(jī)森林、梯度提升樹(shù)（GBDT）以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，對(duì)客流量的變化趨勢(shì)實(shí)施深度學(xué)習(xí)和全面分析。在模型構(gòu)建的過(guò)程中，需經(jīng)歷數(shù)據(jù)預(yù)處理、特征篩選、模型訓(xùn)練與精細(xì)化調(diào)整等多個(gè)環(huán)節(jié)，以確保預(yù)測(cè)結(jié)果的精確性和模型的穩(wěn)健性。得益于這一模型，公交企業(yè)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)客流量的動(dòng)態(tài)變化，并迅速做出響應(yīng)，精準(zhǔn)地調(diào)整發(fā)車間隔，優(yōu)化運(yùn)力配置，進(jìn)而顯著提升運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)品質(zhì)[4]。這種基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的客流量預(yù)測(cè)模型，無(wú)疑為公共交通系統(tǒng)的智能化、精細(xì)化管理提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，不僅增強(qiáng)了系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性，也為乘客帶來(lái)了更加便捷、高效的出行體驗(yàn)。

3.2 利用深度學(xué)習(xí)優(yōu)化公交車輛調(diào)度

在優(yōu)化公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率過(guò)程中，深度學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用顯著提升了公交車輛調(diào)度的智能化水平。具體而言，通過(guò)深度學(xué)習(xí)算法，公交系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)分析海量數(shù)據(jù)，包括車輛位置、實(shí)時(shí)路況、乘客需求等，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)公交車輛調(diào)度的精準(zhǔn)優(yōu)化。深度學(xué)習(xí)模型能夠?qū)W習(xí)并理解復(fù)雜的交通模式和乘客出行規(guī)律，自動(dòng)調(diào)整公交車輛的發(fā)車間隔、路線規(guī)劃及?？空军c(diǎn)，以適應(yīng)不同時(shí)間段和路段的客流需求。這種智能化的調(diào)度方式不僅減少了乘客的等待時(shí)間，提高了公交系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率，而且還優(yōu)化了運(yùn)力配置，降低了運(yùn)營(yíng)成本。此外，深度學(xué)習(xí)技術(shù)還能輔助公交企業(yè)進(jìn)行異常情況的預(yù)測(cè)與處理，如交通擁堵、車輛故障等，通過(guò)提前制定應(yīng)對(duì)策略，確保公交服務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性。因此，深度學(xué)習(xí)在公交車輛調(diào)度中的應(yīng)用，為公共交通系統(tǒng)的智能化轉(zhuǎn)型提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

3.3 基于自然語(yǔ)言處理的乘客服務(wù)與反饋處理機(jī)制

在優(yōu)化公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率過(guò)程中，基于自然語(yǔ)言處理的乘客服務(wù)與反饋處理機(jī)制發(fā)揮著關(guān)鍵作用，主要體現(xiàn)在：自然語(yǔ)言處理技術(shù)賦能公交系統(tǒng)，使其能精準(zhǔn)理解乘客的語(yǔ)音或文本查詢，從而提供個(gè)性化信息服務(wù)。乘客可通過(guò)智能客服，以自然語(yǔ)言詢問(wèn)路線、到站時(shí)間、換乘建議等，系統(tǒng)迅速解析并反饋準(zhǔn)確信息，可顯著提升出行體驗(yàn)。同時(shí)，該技術(shù)還用于處理乘客反饋，乘客可用自然語(yǔ)言表達(dá)建議與不滿，系統(tǒng)則進(jìn)行內(nèi)容分類、情感分析及關(guān)鍵詞提取，助力公交企業(yè)快速定位問(wèn)題，優(yōu)化服務(wù)流程，提升服務(wù)質(zhì)量。此外，基于自然語(yǔ)言處理的智能客服可實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷服務(wù)，及時(shí)響應(yīng)乘客需求，減輕人工客服負(fù)擔(dān)，提高服務(wù)效率。這一智能化機(jī)制不僅提升了公共交通運(yùn)營(yíng)效率，還增強(qiáng)了乘客滿意度與忠誠(chéng)度[5]。因此，人工智能技術(shù)在公共交通中的應(yīng)用，尤其是基于自然語(yǔ)言處理的乘客服務(wù)與反饋處理機(jī)制，為提升運(yùn)營(yíng)效率、優(yōu)化乘客體驗(yàn)提供了重要支撐。

3.4 計(jì)算機(jī)視覺(jué)在公交場(chǎng)站管理中的應(yīng)用

在優(yōu)化公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率過(guò)程中，計(jì)算機(jī)視覺(jué)在公交場(chǎng)站管理中的應(yīng)用尤為顯著。具體來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)通過(guò)以下幾個(gè)方面助力公交場(chǎng)站的高效運(yùn)營(yíng)：一是車輛識(shí)別與進(jìn)出管理。利用高清攝像頭和圖像處理算法，自動(dòng)識(shí)別進(jìn)出公交場(chǎng)站的車輛車牌，實(shí)現(xiàn)快速通行和記錄，減少人工核驗(yàn)的時(shí)間成本，提高車輛流轉(zhuǎn)效率。二是車位監(jiān)測(cè)與調(diào)度。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)公交場(chǎng)站內(nèi)的車位占用情況，通過(guò)圖像分析技術(shù)判斷哪些車位空閑，為調(diào)度人員提供精準(zhǔn)信息，便于合理安排車輛停放，提升場(chǎng)站空間利用率。三是安全監(jiān)控與預(yù)警。在公交場(chǎng)站關(guān)鍵區(qū)域部署監(jiān)控?cái)z像頭，運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行智能分析，自動(dòng)識(shí)別異常行為、安全隱患（如火災(zāi)、人員聚集等），并即時(shí)發(fā)出警報(bào)，增強(qiáng)場(chǎng)站的安全防范能力。因此，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)在公交場(chǎng)站管理中的應(yīng)用，通過(guò)自動(dòng)化、智能化的手段，有效提升了場(chǎng)站的運(yùn)營(yíng)效率和管理水平，為乘客提供更加便捷、安全的公交出行服務(wù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本研究深入探究了人工智能技術(shù)在公共交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率優(yōu)化中的應(yīng)用，揭示了其在公交場(chǎng)站管理提升、精準(zhǔn)客流預(yù)測(cè)實(shí)現(xiàn)及線路規(guī)劃與車輛調(diào)度優(yōu)化等方面的顯著潛力。分析表明，人工智能技術(shù)正有力推動(dòng)公共交通系統(tǒng)向智能化、高效化轉(zhuǎn)型。展望未來(lái)，隨著技術(shù)持續(xù)進(jìn)步與應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)展，人工智能技術(shù)在公共交通領(lǐng)域的作用將更加凸顯。期待更多研究者與實(shí)踐者聚焦此領(lǐng)域，共促公共交通創(chuàng)新發(fā)展，為公眾帶來(lái)更加便捷、高效、綠色的出行體驗(yàn)，共筑智慧城市新篇章。

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