基于物聯(lián)網(wǎng)的智能公交系統(tǒng)研究

武根友，李 江，李曉輝

（軍械工程學(xué)院計算機工程系，河北石家莊 050003）

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能公交系統(tǒng)研究

武根友，李 江，李曉輝

（軍械工程學(xué)院計算機工程系，河北石家莊 050003）

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以將城市公交車輛、乘客、站點等節(jié)點相連，實現(xiàn)信息交互和共享，為公交調(diào)度提供快速、準確的信息。研究了基于射頻識別（RFID）技術(shù)的公交系統(tǒng)的原理、結(jié)構(gòu)和設(shè)計方案。該方案將射頻識別設(shè)備嵌入到公交車輛、站點、乘客公交卡中，實現(xiàn)車輛、人員信息的識別與監(jiān)測，結(jié)合公交調(diào)度信息管理系統(tǒng)和智能分析軟件，對公交調(diào)度進行自動化、智能化管理，提高效率，改善公交服務(wù)質(zhì)量。

物聯(lián)網(wǎng)；射頻識別技術(shù)；公交系統(tǒng)

互聯(lián)網(wǎng)改變了人們的工作和生活方式，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，則將互聯(lián)網(wǎng)延伸和擴展到了世界萬物之中，從人與人的溝通，跨越到人與物品、物品與物品之間的信息交互?！拔镂锵噙B的物聯(lián)網(wǎng)”使周圍的物品能夠被遠程感知和控制，構(gòu)成一個智能的工作、生活空間，在更廣大的范圍內(nèi)影響人類的工作和生活。在IBM提出“智慧星球”之后，更是掀起了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)全球化發(fā)展與應(yīng)用的高潮。2009年我國政府也提出了“感知中國”的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略。智慧家居、智能交通、高速公路智能管理系統(tǒng)、智能工業(yè)監(jiān)測等許多典型應(yīng)用系統(tǒng)迅速構(gòu)建，展示了物聯(lián)網(wǎng)巨大的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景［1］。

本文主要研究物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)在智能公交系統(tǒng)中的應(yīng)用，通過無線射頻識別技術(shù)感知并獲取公交車輛、乘客及站點等節(jié)點信息，依托通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建城市移動公交網(wǎng)，應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等智能軟件進行分析處理，實現(xiàn)公交調(diào)度管理的自動化、智能化。

1 物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)是信息技術(shù)的最新發(fā)展成果，其概念隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展而不斷擴展?？偟膩碇v，物聯(lián)網(wǎng)是將射頻識別設(shè)備、傳感器、二維碼等信息感知與獲取設(shè)備，嵌入到各種物體、設(shè)施和環(huán)境中，經(jīng)過接口與無線網(wǎng)絡(luò)相連，并通過互聯(lián)網(wǎng)、通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)相互連接，實現(xiàn)物品與人、物品與物品之間信息互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)［2］。這種網(wǎng)絡(luò)將信息技術(shù)、智能技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)集成在一起，嵌入到每個物體中，實現(xiàn)自動化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理，使每個物體會“說話”，能“行動”，呈現(xiàn)出“智能化”。

物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)目前主要采用信息感知層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層和應(yīng)用處理層面等三層結(jié)構(gòu)處理方法［3］。信息感知層主要采用現(xiàn)代信息采集設(shè)備、傳感器設(shè)備等進行信息的識別和采集，技術(shù)上有無線射頻技術(shù)、紅外識別、無線傳感器以及全球定位系統(tǒng)等。網(wǎng)絡(luò)傳輸層采用各類網(wǎng)絡(luò)傳輸信息，實現(xiàn)各類異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，涉及到通信協(xié)議、自動組網(wǎng)、智能連接技術(shù)等。應(yīng)用處理層對信息進行綜合分析處理，應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘、決策支持等智能處理技術(shù)和智能芯片技術(shù)，對信息進行自動化、智能化的處理，實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)中各物件之間的協(xié)調(diào)、控制。

物聯(lián)網(wǎng)作為一個新興的交叉領(lǐng)域，涉及自動識別、網(wǎng)絡(luò)通信、先進傳感器和智能芯片等諸多技術(shù)。射頻識別技術(shù)被認為是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一。基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)是當前研究和應(yīng)用的熱點。RFID系統(tǒng)主要由閱讀器和電子標簽兩部分構(gòu)成。其基本工作原理是：閱讀器發(fā)射射頻信號，電子標簽通過電感耦合或者電磁耦合進行能量耦合，向閱讀器發(fā)送存儲在芯片中的信息；閱讀器接受到數(shù)據(jù)后，將數(shù)據(jù)傳遞給計算機系統(tǒng)進行存儲和處理［4］。RFID技術(shù)具有非接觸、讀取速度快、環(huán)境干擾小、便于使用等諸多優(yōu)點，應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。

2 智能公交系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

公共交通工具是倡導(dǎo)城市居民“低碳”出行的首選，但公交系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量卻一直存在很多問題，如公交車到站準點率不高，乘客候車時間長，交通高峰時非常擁擠，乘車時間長等。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，就能夠?qū)崿F(xiàn)上述設(shè)想。采用RFID技術(shù)，能夠?qū)卉囎詣幼R別、定位、監(jiān)控和管理，通過網(wǎng)絡(luò)將信息共享，在站點實時顯示車輛信息，調(diào)度中心可以及時快速反應(yīng)，科學(xué)調(diào)度，改善公交服務(wù)質(zhì)量。

在系統(tǒng)設(shè)計中綜合采用射頻識別通信網(wǎng)絡(luò)接入和全球定位等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實時獲取車輛、乘客等信息，監(jiān)控公交運行狀態(tài)，實現(xiàn)調(diào)度管理的自動化。通過智能分析軟件，對公交線路優(yōu)化、公交站點設(shè)置及突發(fā)情況調(diào)度等問題提供智能化解決方案。系統(tǒng)主要包括智能感知系統(tǒng)和智能調(diào)度系統(tǒng)兩大部分，總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能公交系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖

2.1 智能感知系統(tǒng)

智能感知系統(tǒng)是將RFID讀寫設(shè)備，嵌入公交車輛、站點和乘客公交卡中，構(gòu)成“智能公交車”和“智能站點”。智能公交車主要由電子標簽讀寫器、信息顯示設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)模塊等設(shè)備構(gòu)成，結(jié)合車載GPS模塊，可自動定位車輛位置信息，通過車載智能芯片及軟件可計算車輛速度、預(yù)測道路擁堵情況，并通過網(wǎng)絡(luò)模塊將信息發(fā)送至調(diào)度中心。乘客公交卡中嵌入電子標簽，通過車載讀寫器，識別上、下車乘客，自動統(tǒng)計乘客數(shù)量、所乘站數(shù)等信息?！爸悄苷军c”通過讀寫器識別停靠站的公交車，并接受調(diào)度中心的信息，通過信息顯示設(shè)備顯示駛向該站點的各路公交車的距離、道路情況等信息［5］。

2.2 智能調(diào)度系統(tǒng)

智能調(diào)度系統(tǒng)由高性能的計算機系統(tǒng)和智能調(diào)度軟件構(gòu)成，為公交調(diào)度管理提供信息平臺，完成數(shù)據(jù)存儲與處理、協(xié)調(diào)控制、各站點信息顯示控制等。軟件包括數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、業(yè)務(wù)管理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)倉庫、決策支持系統(tǒng)等。系統(tǒng)以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)處理的基礎(chǔ)上，應(yīng)用數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘等智能處理技術(shù)，對各類信息進行統(tǒng)計、分析，為公交調(diào)度提供支撐。

3 智能公交系統(tǒng)功能及實現(xiàn)

智能公交系統(tǒng)主要由車輛信息監(jiān)測、乘客信息監(jiān)測、智能公交站點和公交智能調(diào)度系統(tǒng)等4個模塊組成，各模塊功能和實現(xiàn)詳述如下。

3.1 車輛信息監(jiān)測

系統(tǒng)采用RFID技術(shù)實現(xiàn)公交車輛信息的自動化采集。RFID標簽嵌入公交車體中，公交站點安裝閱讀器，讀取、識別公交車輛信息。公交車輛的出車、返回及停靠站信息將被自動識別，結(jié)合車載GPS定位系統(tǒng)，可以實時定位車輛位置，共享位置信息。各站點的RFID讀寫系統(tǒng)，可以獲取?？空竟卉囆畔ⅲㄟ^網(wǎng)絡(luò)傳送至調(diào)度中心，進行公交車的“考勤登記”，實現(xiàn)公交車輛調(diào)度管理的自動化。在選擇RFID標簽時，要綜合考慮成本、識別率和可靠性等問題。公交車停靠站點時，通常與站牌之間有一定的距離，一般在3m－5m左右，標簽的讀寫距離應(yīng)在10m左右，滿足車輛低速行駛時可靠讀取。選擇時，優(yōu)選體積小、成本低、可靠性強的電子標簽［5］。

3.2 乘客信息監(jiān)測

乘客信息監(jiān)測主要統(tǒng)計各站點上下車的乘客信息，這主要通過公交車內(nèi)部的RFID系統(tǒng)實現(xiàn)。目前，國內(nèi)很多城市都實現(xiàn)了公交乘車卡、城市一卡通等自助乘車系統(tǒng)，提高了乘車管理的自動化水平。嵌入RFID標簽的公交乘車卡，刷卡時，車載RFID讀寫器就能夠讀取電子標簽中的信息，確定乘客身份，統(tǒng)計出上下車乘客數(shù)量等信息。這些信息對公交車輛的調(diào)度、公交線路的優(yōu)化有著重要意義。數(shù)據(jù)傳回調(diào)度中心后，利用數(shù)據(jù)挖掘等分析工具，對各個站點上下乘客數(shù)量、乘客乘車距離、乘車高峰期等信息進行統(tǒng)計、聚類等智能分析，挖掘潛在的規(guī)律，及時根據(jù)客流量優(yōu)化公交線路，根據(jù)客流時間動態(tài)調(diào)度公交開行頻率，從而提高公交調(diào)度的科學(xué)性和服務(wù)質(zhì)量。

3.3 智能公交站點

公交站點要為乘客提供實時、動態(tài)的公交信息。公交站點通過網(wǎng)絡(luò)與公交調(diào)度中心互聯(lián)，在調(diào)度中心的控制協(xié)調(diào)下進行信息的交換和共享。站點向調(diào)度中心發(fā)送獲取到的?？空竟卉囆畔?，公交調(diào)度中心對各路公交信息進行處理，統(tǒng)計各個站點、各公交線路距離最近的公交車位置、道路擁堵情況、乘客數(shù)量等信息，通過公交站點顯示設(shè)備為乘客提供候車信息，并不斷更新信息，使乘客感到正在運行的公交系統(tǒng)具有自動化、智能化的特性，提高公交服務(wù)的質(zhì)量和滿意度。

3.4 公交智能調(diào)度系統(tǒng)

公交智能調(diào)度系統(tǒng)運行于公交調(diào)度中心，負責數(shù)據(jù)的綜合處理。系統(tǒng)的基本功能是公交調(diào)度管理信息系統(tǒng)，依托系統(tǒng)進行公交調(diào)度的日常管理，完成公交公司調(diào)度計劃的制定，車輛、人員的業(yè)務(wù)管理。同時，系統(tǒng)也是公交調(diào)度自動化、智能化的平臺。系統(tǒng)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)后，數(shù)據(jù)量將大大增加，在存儲車輛、人員、站點相關(guān)信息時，將采用不同的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)存儲數(shù)據(jù)。需要采用異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)，集成多個異構(gòu)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通，提供信息共享與交互的平臺。依托該平臺，利用數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等分析軟件，可以擴展出多個智能分析軟件，從大量數(shù)據(jù)中，挖掘出有用的信息，為公交調(diào)度策略優(yōu)化、線路優(yōu)化和站點設(shè)置提供輔助支持。

4 結(jié)束語

本文研究了物流網(wǎng)相關(guān)技術(shù)在城市公交系統(tǒng)中的應(yīng)用，以提高公交調(diào)度自動化、智能化為目標，將RFID技術(shù)融入公交智能調(diào)度系統(tǒng)中。系統(tǒng)可以實時定位、監(jiān)控公交運行狀況，及時向站點提供公交車的運行信息，提高公交服務(wù)的質(zhì)量和滿意度。借助智能處理軟件，系統(tǒng)對采集到的信息進行分析綜合，為公交公司在調(diào)度策略優(yōu)化、線路優(yōu)化和站點設(shè)置等方面提供決策支持功能。

［1］楊震.物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展研究［J］.南京郵電大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，12（2）：1－10.

［2］劉強，崔莉，陳海明.物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用［J］.計算機科學(xué)，2010，37（6）：1－4，10.

［3］賀銘革，朱本飛.物聯(lián)網(wǎng)原理與基于RFID的物物互聯(lián)模式研究［J］.物流技術(shù)，2010（11）：27－28.

［4］李如年.基于RFID技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)研究［J］.中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2009（6）.594－597.

［5］李靜雅.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在城市公交系統(tǒng)中的應(yīng)用研究［J］.機械工程與自動化，2010（6）：211－213.

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［8］孫其博，劉杰，黎羴等.物聯(lián)網(wǎng)：概念、架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)研究綜述［J］.北京郵電大學(xué)學(xué)報，2010，33（3）：1－9.

Research on intelligent public transit system based on Internet of Things

WU Gen－you，LI Jiang，LI Xiao－h(huán)ui

（DepartmentofComputerEngineering，OrdnanceEngineeringCollege，ShijiazhuangHebei050003，China）

Using the Internet of Things technology，urban public vehicles，passengers and sites can be connected and communicated.quick and accurate information is provided for regulation.The automation and intelligence of public transit management are improved.The architecture and solution of public transit system based on RFID technology are researched，which can monitor the condition of buses real－time and solve the problem such as the information sharing between bus and waiting points and monitoring on passengers.The construction of the system improves the information level of public transit regulation.

Internet of Things；RFID technology；Public transit system

TP393

：A

1001－9383（2011）03－0074－03

2011－06－30

武根友（1960－），男，副教授，主要研究方向為數(shù)據(jù)庫技術(shù)、決策支持及RFID技術(shù).