Системы идентификации пассажиров

Наличие данных о поездках пассажиров на транспорте общего пользования (ТОП) является важной информацией для анализа и планирования его работы, оценки эффективности действующей маршрутной сети и необходимости ее изменения.

Практика периодических натурных наблюдений уже не отвечает современным требованиям управления пассажирскими перевозками из-за дороговизны, низкой достоверности результатов и длительности их получения.

Автоматические системы учета пассажиров позволяют с высокой достоверностью получать данные практически сразу после проведения наблюдений. Технологии автоматического учета пассажиров делятся на три группы:

• 1) на основе учета оплаты проезда;
• 2) путем определения веса ПС;
• 3) посредством подсчета количества входящих и выходящих пассажиров.

Автоматические системы учета пассажиров на основе оплаты проезда

хорошо зарекомендовали себя на линиях транспорта общего пользования, оснащенных турникетами для входа и выхода пассажиров на остановочных пунктах или в салоне — системы ERF (Electronic Registering Fareboxes — электронный регистрирующий турникет). На практике таких линий немного: в нашей стране это линии метро, а за рубежом очень редко линии трамвая и метробуса. Во многих зарубежных городах даже линии метро не оборудуются турникетами и большинство пассажиров используют многоразовые билеты, не требующие фиксации факта проезда (компостирования, электронного считывания и т. п.). Это предопределяет узкий спектр использования этой системы.

Система расширяет функциональность сферы оплаты проезда за счет фиксации и занесения в базу данных количества проходов через турникет с разнесением по времени по 15-минутным интервалам. Если в системе оплаты используются смарт-карты, то система может фиксировать корреспонденции по идентификатору карты, увязывая месторасположение турникетов входа и выхода пассажира.

Автоматические системы учета количества перевозимых пассажиров на основе определения массы ПС не получили широкого распространения из-за невозможности точно определить изменение в количестве пассажиров при незначительном пассажирообмене на маршруте. Обычно для измерения массы ПС датчики встраиваются в подвеску, и на точность измерения оказывают влияние динамические нагрузки, изменение собственной массы ПС (например, за счет расхода топлива), различной массы пассажиров и т. п.

Автоматические системы подсчета количества вошедших и вышедших пассажиров используют активные и пассивные инфракрасные датчики, видеодетекторы и нажимные датчики.

Инфракрасные датчики являются самым распространенным решением для подсчета пассажиров.

Датчики активного типа состоят из передатчика и приемника. Передатчик с помощью светодиода формирует узкий луч инфракрасного излучения, прерывания которого посредством отраженного сигнала фиксирует приемник. Это позволяет объединить передатчик и приемник в одном корпусе, что упрощает выбор места и установку системы. Количество прерываний будет соответствовать количеству вошедших или вышедших пассажиров. Луч пересекает дверной проем ПС в вертикальной или горизонтальной плоскости. Как правило, инфракрасные излучатели располагают парами в направлении пересечения для возможности определения направления пересечения (на вход или на выход). На один дверной проем необходимо таким образом установить минимум две пары датчиков. Если дверной проем широкий, количество датчиков возрастает в зависимости от возможности одновременного входа и выхода пассажиров, при этом датчики можно устанавливать только в вертикальной плоскости. В связи с этим активные инфракрасные датчики не получили широкого распространения на транспорте.

Датчики пассивного типа имеют излучатель, формирующий два параллельных луча, которые, но отраженному сигналу позволяют распознать направление движения пассажира. Как правило, датчики такого типа устанавливаются в вертикальной плоскости, при этом большое значение имеет правильная ориентация датчиков, которую определяют экспериментально при установке, так как она сильно зависит от особенностей конструкции ПС.

Принцип действия датчика пассивного типа основан на пироэлектрическом эффекте. Пироэлектрический эффект — это возникновение электрического заряда на поверхности кристалла при нагреве или охлаждении. В пироэлектрических устройствах формируется заряд в ответ на изменение температуры. Поскольку изменение температуры происходит при перемещении тепловых волн, пироэлектрические устройства являются детекторами потока тепла. Таким образом, как только пассажир попадает в зону действия датчика, он формирует электрический сигнал.

В системах учета пассажиров надежность и точность подсчета входящих и выходящих пассажиров обеспечивают за счет использования одновременно инфракрасных датчиков обоих типов, которые монтируются в одном устройстве. Пример такого датчика приведен на рис. 2.18.

Рис. 2.18. Комбинированный датчик учета пассажиров.

При попадании в зону чувствительности детектора активный и пассивный элементы «видят» человека; генерируемые датчиком сигналы усиливаются, оцифровываются и передаются с помощью последовательного интерфейса в анализатор, который, преобразуя эти сигналы, выдает результат измерений. Путем сочетания и анализа принципов действия различных детекторов можно компенсировать отдельные недостатки датчиков. Датчики устанавливаются несимметрично относительно центра двери (в большинстве конструкций ПС именно в этом месте размещается плафон освещения).

Дальнейшее совершенствование датчиков подсчета пассажиров основывается на использовании более высокочастотного сигнала, который позволит различать отдельных пассажиров, пассажиров с велосипедами и в инвалидных колясках, что повысит качество информационных сервисов. Например, он позволит оповещать пользователей, что в автобусе место для размещения инвалидной коляски уже занято и т. п.

Российский опыт НПП «Транснавигация» — головная организация Министерства транспорта Российской Федерации по вопросам научно-технического сопровождения подпрограммы «Внедрение и использование спутниковых навигационных систем в интересах транспорта» на наземном автомобильном и городском электрическом транспорте — в рамках Федеральной целевой программы «Глобальная навигационная система» разработала аппаратно-программный комплекс для автоматического определения и анализа пассажиропотоков на городском пассажирском транспорте^[1].

Система предназначена для комплексной оптимизации пассажирских перевозок в задачах среднесрочного и долгосрочного планирования. В основе автоматизированной системы лежат технологии автоматического сбора информации о пассажиропотоках на маршрутной сети и оперативное получение характеристик пассажиропотока в формате данных табличного обследования.

В состав системы входит (рис. 2.19) оборудование подсчета входящих/выходящих пассажиров, полностью обеспечивающее автоматический подсчет с определением направления (вход/выход) но открытию двери транспорта с погрешностью до 7% в зависимости от используемого оборудования и плотности входа пассажиров по ступенькам, автоматическое окончание подсчета по закрытию двери и передачу данных в сопряженный навигационно-связной блок.

Навигационно-связной блок (ПСБ) обеспечивает автоматическое определение места входа/выхода пассажиров в момент закрытия каждой из дверей транспорта с помощью встроенного навигационного приемника и автоматическую передачу посчитанных пассажиров, но каналам GPRS в аналитический центр в формате «Номе]) НСБ, номер двери, вошло, вышло, широта, долгота, дата и время».

Кроме оборудования подсчета и НСБ в систему входит и программный комплекс, максимально автоматизирующий процесс получения, накопления и комплексного анализа данных.

Рис. 2.19. Комплекс подсчета количества входящих и выходящих пассажиров НПП «Транснавигация»

В базовые функции системы входят:

• • оперативный контроль объемов перевозки для задания суточных план-нарядов по сбору выручки;
• • оптимизация маршрутной сети на уровне пассажирского предприятия и города на основании информации об остановочном пассажирообмене каждого обследованного маршрута.

В системе предусмотрена дополнительная функциональность:

• • возможность расчета доходности маршрута с учетом тарифных зон оплаты проезда (в том числе с использованием данных матрицы межостановочных корреспонденций);
• • ведение актуальных паспортов маршрутов с помощью современных средств геоинформатики, адаптированных к задачам городского пассажирского транспорта;
• • инструментальное определение норм на пробег по периодам суток на любом перегоне маршрута для составления актуального расписания движения.

Система также может использоваться для оперативного перераспределения ПС в режиме реального времени исходя из динамики загрузки салона. Более шести лет результатами внедрения системы пользуются более чем в пяти регионах России.

Нажимные датчики представляют собой пластины из стального сплава, способные деформироваться под воздействием внешних нагрузок, таких как масса пассажира. Па международном рынке они известны под названием treadle switch based — педальные переключатели. Такие устройства для автоматического учета пассажиров производятся рядом фирм, занятых в сфере перевозок, и достаточно часто встречаются в Германии. Деформирующиеся пластины (treadle mat) устанавливаются поблизости от входа, обычно на ступенях транспортного средства (рис. 2.20). Металлическая пластина может быть покрыта резиновым ковриком и крепиться к ступеням с помощью специальных фиксаторов или прочных клеев, хотя последние применяются реже из-за своей недолговечности. Под пластиной находятся несколько датчиков, которые формируют сигнал с информацией о направлении движения пассажира. Специальные функции программного обеспечения и конструкции, обработка сигнала о закрытых дверях обеспечивают защиту от ложных срабатываний, таких как проход домашних животных, опирание костылем, лежание сумки и т. п. За счет этого точность подсчета пассажиров у нажимных датчиков выше, чем у инфракрасных, и ошибка не превышает 5%. Однако при высокой загрузке ПС предпочтение все же стоит отдать инфракрасным датчикам.

Рис. 2.20. Нажимной датчик фирмы «Tapeswitch Corporation».

(www. tapeswitch. com).

Срок службы нажимных датчиков в условиях теплого климата и чистых дорог достигает 10 лет и резко снижается в районах со снежным покровом и в условиях обработки дорожного покрытия антиобледенительными средствами и песком.

Видеорегистраторы обеспечивают учет пассажиров на основе технологий распознавания образов. Система состоит из стереоскопических видеокамер, способных производить захват изображения в зоне, расположенной иод видеорегистратором. Устройства, установленные над дверными проемами, обеспечивают регистрацию пассажиров, входящих или выходящих из ПС. Для качественной работы в условиях плохой освещенности используется светодиодная подсветка. Запись изображений позволяет впоследствии проверять добротность полученных данных в целях повышения качества мониторинга. По заявлениям некоторых производителей, точность измерений может достигать 98% (ошибка 2%).

Обработка результатов учета пассажиров датчиками на входе в транспортное средство, согласно требованиям ГОСТ Р 54 723—2011. Глобальная навигационная спутниковая система. Системы диспетчерского управления городским пассажирским транспортом. Назначение, состав и характеристики решаемых задач подсистемы анализа пассажиропотоков, должна обеспечить необходимой информацией эффективную реализацию следующих мероприятий:

• • локальное изменение организации движения на маршрутах транспорта общего пользования;
• • совершенствование сводного плана распределения ПС по маршрутам, дням недели, времени суток и месяцам года;
• • совершенствование маршрутной сети;
• • изменение структуры подвижного состава по вместимости.

Важно В связи с тем что ни одна из систем автоматического учета пассажиров не является абсолютно точной, как правило, количество пассажиров, подсчитанных как входящие, не совпадает с количеством вышедших пассажиров. Поэтому при обработке результатов учета следует предусмотреть коррекцию полученных данных.

Коррекция данных основывается на изложенных ниже предположениях и логически вытекающих из них алгоритмах:

• • на первой остановке маршрута пассажиры только входят в ПС, и нет ни одного выходящего пассажира;
• • на последней остановке маршрута пассажиры только выходят из ПС, и нет ни одного входящего пассажира;
• • заполняемость транспортного средства на последней остановке равна нулю;
• • количество пассажиров в одном рейсе соответствует среднему количеству пассажиров, зарегистрированных на входе и на выходе;
• • если количество пассажиров, вошедших в ПС, не равно количеству пассажиров, вышедших из ПС, то получившаяся разница распределяется между отдельными остановками. Эту разницу необходимо корректировать на остановках, где было зарегистрировано большее количество пассажиров на входе или на выходе;
• • распределение входящих или выходящих пассажиров осуществляется исходя из положения, что заполняемость транспортного средства не может быть отрицательной величиной.

Логические условия, изложенные выше, учитывают случаи, которые могут произойти на практике с наибольшей степенью вероятности. Например, мы основываемся на том факте, что на первой остановке людей на выходе из транспортного средства не будет, хотя на практике такое может случиться: достаточно часто в городских условиях конечная остановка является также и первой (когда в конечной точке маршрута отсутствует диспетчерская станция), поэтому здесь могут быть и входящие и выходящие пассажиры. Однако если мы будем рассматривать железнодорожный транспорт или маршруты трамваев, это предположение будет однозначно правильным. Убрав избыточное количество пассажиров на первой остановке, мы совершим меньше ошибок, чем убирая это количество с промежуточных остановок, рискуя тем, что на них может выйти большее число пассажиров.

Правило прибавлять или вычитать разницу, образовавшуюся между данными, полученными от систем автоматического учета пассажиров, касается в первую очередь остановок с большим пассажирообменом. Существует высокая вероятность того, что автоматическая система учета ошибется на остановке, где входит и выходит большое количество людей, а не там, где входит и выходит один человек.

В результате обследования и аналитической обработки собранных данных в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54 723—2011 должны быть получены пространственные и временные характеристики пассажиропотоков как на отдельных маршрутах, так и на маршрутной сети в целом, в том числе следующие показатели:

• • количество перевезенных пассажиров в каждом рейсе;
• • наполнение салона, но перегонам маршрута;
• • пассажирооборот остановочного пункта;
• • пассажирооборот крупных транспортных узлов (например, сумма пассажирооборота всех остановочных пунктов, обслуживающих станцию метро, железнодорожный вокзал и т. п.);
• • межостановочные корреспонденции;
• • коэффициенты неравномерности пассажиропотока;
• • средняя дальность поездки;
• • потребность в ПС по маршрутам и по часам суток.

Пример Рассмотрим пример расчета межостановочных корреспонденций на основе результатов учета входящих и выходящих пассажиров на остановочных пунктах. Такие данные необходимы для оптимизации маршрутной системы, гак как данные, но входу и выходу пассажиров дают только представление об эффективности организации существующих маршрутов. В то же время получить данные о корреспонденциях мы можем только в результате дорогостоящего талонного обследования. Поэтому использовать математические методы для получения матрицы корреспонденций на основе автоматически полученных данных представляется весьма эффективным подходом.

Точное решение данной задачи возможно только для ситуации, когда на маршруте имеется три остановочных пункта. Для большего количества остановочных пунктов решение можно получить из предположения, что выход пассажира на остановочном пункте является независимым событием, вероятность которого обратно пропорциональна количеству пассажиров в ПС при соблюдении условия равенства вошедших и вышедших пассажиров.

На маршруте имеется пять остановочных пунктов. В результате подсчета количества входящих (а) и выходящих (/;) пассажиров на каждом остановочном пункте (вход — выход —j) получили данные, приведенные в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Аналитический способ определения матрицы межостановочных корреспонденций

Окончание табл. 2.6

Для выполнения расчетов можно воспользоваться аналитическим способом определения матрицы межостановочных корреспонденций^[2]:

а_х Q, — bj.

где /?, = —+ 1, Rj_i+ = —тг.— +1, Q — наполнение ПС на перегоне маршрута. ^ ^.

Результаты расчета (см. табл. 2.6) показывают, что от первого до второго остановочного пункта проехало пять пассажиров, от первого до последнего — восемь, а больше всего пассажиров проехало от третьего до последнего — 30.

• [1] URL: http://www.transnavi.ru
• [2] Автоматизация управления транспортными системами / А. П. Артыпов [и др.]. М. :Наука, 1984.