智能公交系統(tǒng)電子站牌的研究與設計

摘要電子站牌用于動態(tài)顯示公交車輛的相關信息，介紹了電子站牌的基本工作原理，設計了電子站牌內部的主要硬件部份，研究并優(yōu)化了電子站牌報站的算法，同時提供了數據丟失時的補償方案．

關鍵詞電子站牌；顯示；預報；經驗速度

中圖分類號TP3914 文獻標識碼A 文章編號10002537（2012）05004205

智能公交系統(tǒng)是在公交終端通過GPS（GlobalPositioningSystem）定位，公交終端定時向調度中心發(fā)送定位信息，調度中心接收到相關信息再分發(fā)給電子站牌，電子站牌收到信息之后及時更新顯示，顯示經過本站臺各路車輛離站的距離，及時進行預報等服務，因此電子站牌的服務是面向外出市民候車的一個重要環(huán)節(jié)．

現在電子站牌并沒有普及到每個城市，即使有的城市已經運行，試行的結果并不很理想［1］，電子站牌的服務沒有全面考慮到市民乘車的各項需求，存在設計不合理，顯示內容不正常，錯誤顯示或者干脆不顯示等問題，由于通信中斷、數據丟失或電源切斷等原因導致電子站牌無法正確更新［2］．

本文設計除采納正常的硬件設施外，還采用了低成本且有效的手段來保障電子站牌的正常工作，如增加藍牙模塊等硬件補償；研究并優(yōu)化了電子站牌報站的算法；當信息包丟失時會致使電子站牌顯示異常，提供了有效的補償方案，從而達到電子站牌較為完善的服務．

1電子站牌概述

公交監(jiān)控調度中心或線路調度中心（以下總稱為調度中心）收到公交車載的定位等信息，然后進行有效的采集、處理，處理后的數據包括公共信息（廣告，交通順暢擁塞狀態(tài)等），調度信息，控制信息，線路信息（車輛定位信息）等，以無線通信方式發(fā)送到電子站牌，電子站牌進行簡單的處理和動態(tài)發(fā)布車輛離站到站情況．

電子站牌收到信息向調度中心返回確認信息，并向調度中心匯報自己的工作狀態(tài)和自檢文件，用于調度中心及時進行設備監(jiān)控．

文雄軍等：智能公交系統(tǒng)電子站牌的研究與設計根據日常需要，電子站牌分總站電子站牌和中途站電子站牌2類，中途站電子站牌也即平時公交途經的各站，最主要的功能是動態(tài)顯示信息，同一路線車有很多車，在所有路線中預報離本站最近的公交車的車距，即預報距離和時間，例如“902路車離本站800米，預計4分鐘到達”，在總站電子站牌主要顯示收發(fā)車信息，它需要語音提示［3］．

2電子站牌的設計構成

常見的電子站牌主要由通信模塊、顯示模塊、主單元處理器MCU、外圍設備控制（供電、語音播放接口、傳感器、散熱）組成［4］，由單片微處理器MCU統(tǒng)一協(xié)調各部分工作，其結構組成如圖1所示．

通信模塊由GPRS、單片機系統(tǒng)和外部接口組成，負責無線通信．通信方式設置為CDMA1X/GSM（支持GPRS）；通信天線接口設置SMA/SMB；通信天線阻抗設置50Ω；外部擴展接口設置為EIARS232/485［3］，通信模塊可以采用SIMCOM公司的SIM100．

當電子站牌與調度中心通信中斷時，原有的自動預報功能失效，在設計通信部份添加藍牙模塊，電子站牌可以通過藍牙功能與附近公交車輛傳送信息包，還有相鄰的電子站牌也可以進行相互的信息發(fā)送，只需要各電子站牌及公交終端開放藍牙功能，成本低故可采納．

2.2主單元MCU

主單元MCU（MainControlUnit）采用高檔耐用快速的單片機微處理器，接收通信模塊發(fā)過來的數據，根據事先設置好的站牌ID號判斷有效信息，保留本站相關信息，然后進行處理，將顯示數據發(fā)送到相應的顯示器，對站牌的工作進行統(tǒng)一控制．

MCU要支持LCD模塊，LED模塊和控制臺的連接［1］，故電路板上需要5～6個以上串口，應采用帶雙串口的支持MCS51指令集的80C52封裝系列單片機．主要完成配置信息的輸入和儲存、LCD/LED模塊的顯示控制、系統(tǒng)控制和可選的語音報站功能，負責協(xié)調站牌各功能模塊正常工作．在此建議采用華邦的W77IE58P控制芯片，電路圖及參數略．

2.3顯示部分

電子站牌最主要也是乘客直觀感覺到的任務是顯示，常見的“閃爍”模式用來突出顯示車輛正在本站中，公交車線路在某站時表示燈閃爍［5］，經過的站表示灰色，前向的站顯示其他色如原來的黑色．

2.4電源及其外圍設備

內部供電模塊包含一塊開關電源模塊，將正常用電轉換為站牌各部分需要的不同電壓．

現有電子照牌存在有顯示字體及明度不合理，導致市民看不清楚．因此這里設計了傳感器，一方面用來采集站內的照度，根據照明度分不同情況調節(jié)顯示的照明度，如白天晚上不同，另一方面采集溫度，MCU根據采集到的溫度用以調節(jié)散熱風扇的轉速及開關［6］．

站牌內應該安裝防雷模塊，有效防止雷電對電子站牌的影響．為了防止意外斷電，站牌結構內部要設置備用電源．

2.5語音播放接口

一般情況可只在總站電子站牌設語音播放，它可用于在發(fā)車前提醒乘客上車和駕駛員按時到位；采用的ISD4004芯片是錄音回放型．

以上實現了電子站牌主要硬件部份的設計，考慮了常見硬件的便利性、擴展性，還有出現故障情況采用全方位的設計，如電源要備用，通信部份增加藍牙模塊，外圍增加傳感器，以更好的服務市民出發(fā)提出了最優(yōu)的設計，電子站牌外部屏體的設計在此不作說明．

3電子站牌預報站的優(yōu)化設計

電子站牌的服務直接面向廣大市民，其正確性和準確性直接影響到城市服務水平，為市民出行方便也是極為重要的，因此它的預報服務尤為重要．中途站電子站牌上方滾動字幕顯示最近一班車到本站的距離，下面顯示其他車輛到站的距離及預計到站的時間，也即后面所說的時間預報和距離預報．電子站牌距離預報獲取距離流程圖傳統(tǒng)的算法沿線路的軌跡根據車輛和車站的經緯度的差，計算出車輛距離站牌的距離［7］，計算結果少于預報距離開始進行預報，其中的報站功能與以往研究過的車輛自動報站器有些類似，在此不再重復設計．如果電子站牌的報站與車輛終端的報站名不同，也可以通過藍牙模塊與車載終端聯系予以糾正．

在此種傳統(tǒng)距離預報中，電子站牌收到車輛信息不停的與現有的站臺位置計算距離，不停的反復計算造成其他工作的滯后，也是沒有必要的，為避免系統(tǒng)在每次收到車載終端的數據后均要做同樣重復的計算，系統(tǒng)預先對線路沿線雙方向進行密集采樣，如例如近距離每隔30米取1點，距離站牌愈遠愈可以拉大采樣距離，離站較遠的預報允許存在的誤差可比離站臺近的車誤差大，預先計算好距離存儲，儲存數據包括計算該點至線路起點的距離、前方最近車站ID、以及到前方最近車站的距離．每次收到車載終端的數據，只要判斷車輛當前位置與哪個采樣點最接近，然后直接利用該采樣點的距離數據即可．采樣點與站臺的距離已經存儲，所以無須重復計算，減少了電子站牌的負擔．

實際也證明了，用采樣點的方法大大加快了電子站牌的工作效率，也是合理有效的一種算法.車輛是否處在營運狀態(tài)，是上行還是下行方向、普車還是快車等對計算結果均取決定性作用，因為快車要增加采樣點，慢車可以相對小一些，圖2為處理的流程圖．

4數據丟失時的預報補償設計

參考文獻：

［1］康行遠，高惠群.市區(qū)城鄉(xiāng)公交將安裝車載監(jiān)控［N］.嘉興日報，2011105（2）.

［2］文雄軍.基于GPS定位的智能公交服務系統(tǒng)研究與設計［D］.長沙：中南大學，2007：1318，6469.

［3］楊光.基于GPRS／GPS／GIS／Zigbee的智能公交系統(tǒng)設計［J］.微型機與應用，2011（18）：228229.

［4］張志偉.基于嵌入式的車載監(jiān)控終端的設計與實現［D］.成都：西南交通大學，2011：2930.

［5］HSIAOHT，CHANGHT.AlgorithmdesignforlongtermGPSsatelliteorbitprediction［C］//Proceedingsofthe2011ChineseControlandDecisionConference（CCDC）.Shanghai：ShanghaiJiaotongUniversity，2011：5860.

［6］劉竑冶.大城市基于軌道交通的停車換乘系統(tǒng)研究［D］.長沙：長沙理工大學，2009：18.

［7］陳國俊.基于AVL的公共汽車到站信息服務系統(tǒng)設計［J］.城市交通，2012（2）：38.

［8］周理.基于S3C2416的公交電子站牌系統(tǒng)設計［J］.世界科技研究與發(fā)展，2012，34（1）：18.

［9］文雄軍.公交車自動報站系統(tǒng)的研究［J］.湖南經濟干部管理學院學報，2007，3（2）：160162.

［10］徐龍芳.基于GPS和GPRS技術的多功能車載終端的硬件實現和關鍵技術研究［D］.濟南：山東大學，2011：58.

［11］陳遠鴻.GPS接收機天線增益特性研究［C］//廣東省測繪學會第九次會員代表大會暨學術交流會論文集.深圳：深圳市勘察研究院，2010：2930.