物聯(lián)網(wǎng)在智能公交及停車場(chǎng)中的應(yīng)用

（杭州電子科技大學(xué)，浙江 杭州 310018）

2012年年末，全國城市及縣城擁有公交專用車道5255.8千米，比上年末增加了830.2千米。公共汽電車運(yùn)營車輛47.49萬輛、52.82萬標(biāo)臺(tái)，分別比上年末增長4.8%和5.7%。運(yùn)營線路38243條，總長度71.46萬千米，比上年末增加了2359條，4.16萬千米。

隨著城市快速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市公交系統(tǒng)也不斷變得龐大。城市雖在發(fā)展但車輛增長速度遠(yuǎn)快于城市道路規(guī)模的發(fā)展，這給城市公交系統(tǒng)帶來了不小的壓力。因此城市公交系統(tǒng)的正常高效運(yùn)營，就必須依賴于運(yùn)營管理和技術(shù)手段的先進(jìn)性，還必須形成能夠?qū)崟r(shí)、有效地獲取和處理公交信息的管理機(jī)制。

智能公交就是運(yùn)用當(dāng)下最先進(jìn)的GPS定位技術(shù)、3G通信技術(shù)、GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)，結(jié)合公交車輛的運(yùn)行特點(diǎn)，建設(shè)公交智能調(diào)度中心，對(duì)線路、車輛進(jìn)行規(guī)劃調(diào)度，實(shí)現(xiàn)智能排班、提高公交車輛的利用率，同時(shí)通過建設(shè)完善的視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)公交車內(nèi)、站點(diǎn)及站場(chǎng)的監(jiān)控管理。

物聯(lián)網(wǎng)是通過全球定位系統(tǒng)（GPS）、射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、激光掃描儀等傳感設(shè)備，以一定標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接在一起，然后進(jìn)行信息通信和交換，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種概念。它的核心技術(shù)主要包括RFID技術(shù)、4G技術(shù)、ZigBee技術(shù)、無線傳感網(wǎng)（Wireless Sensor Net-work,WSN）技術(shù)、超寬帶（UWB）技術(shù)、GPS等[2]。

物聯(lián)網(wǎng)的核心是物與物、人與物之間的信息交互，其基本特征課概括為全面感知、可靠傳送和智能處理。它的作用在于，從物理世界獲取信息，經(jīng)過信息處理機(jī)制的處理后反作用于物理世界，使人能更方便有效地管理和利用物理世界。

1 智能公交應(yīng)用現(xiàn)狀

智能公交已經(jīng)在江蘇、廣州、浙江等9個(gè)?。▍^(qū)）的常州、南京、武漢、深圳等21個(gè)城市進(jìn)行了初步推廣應(yīng)用，提升了城市公交系統(tǒng)的現(xiàn)代化水平和服務(wù)能力，起到了有效緩解城市道路交通擁堵、實(shí)現(xiàn)交通節(jié)能減排的作用。

公交系統(tǒng)智能信息服務(wù)方面，武漢、深圳、寧波、無錫等多個(gè)城市已建成智能公交系統(tǒng)平臺(tái)并進(jìn)行了示范運(yùn)營，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)公交車輛的智能化調(diào)度，同時(shí)亦能提供面向計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)等多種終端的公交動(dòng)態(tài)出現(xiàn)信息查詢服務(wù)。該智能公交系統(tǒng)平臺(tái)在城市的示范推廣，極大地提高了公交車輛的準(zhǔn)點(diǎn)率，優(yōu)化了公交車輛調(diào)度系統(tǒng)，方便了城市居民的公交出行，獲得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

2 物聯(lián)網(wǎng)在智能公交中的應(yīng)用

2.1 智能公交系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能公交系統(tǒng)包括4個(gè)實(shí)體子系統(tǒng)，分別為乘客子系統(tǒng)，調(diào)度中心子系統(tǒng)，車輛子系統(tǒng)，道路交通子系統(tǒng)。

（1）乘客子系統(tǒng)

乘客子系統(tǒng)包括電話問詢、互聯(lián)網(wǎng)查詢、觸摸屏查詢、電子站牌顯示等四個(gè)功能。對(duì)于以公交出行的人來講，它們需要有多種途徑來及時(shí)了解想要乘坐的公交車或線路的情況或信息，包括班次，時(shí)間，線路，下一班公交的距離、時(shí)間、擁擠度，全程可換乘信息等全面實(shí)時(shí)的信息。乘客子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)通過通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從網(wǎng)絡(luò)中獲取到實(shí)時(shí)的車輛及線路的相關(guān)信息，然后展示給乘客，乘客便可以隨時(shí)地了解到所需要的內(nèi)容。

（2）公交車輛子系統(tǒng)

公交車輛子系統(tǒng)包括公共信息發(fā)布、特殊指令下達(dá)、車輛間聯(lián)絡(luò)、運(yùn)行情況反饋等四個(gè)功能。每一輛公交車，在車身上都會(huì)安裝信息采集裝置和唯一ID標(biāo)識(shí)的RFID標(biāo)簽，再通過物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)距離微波讀寫技術(shù)，RFID技術(shù)，GPS定位技術(shù)在全程，每個(gè)公交站和其他特定的公交線路中的某些地點(diǎn)，收集每一輛公交車的實(shí)時(shí)信息，通過通信網(wǎng)絡(luò)匯總至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行與其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互。

（3）道路交通子系統(tǒng)

道路交通子系統(tǒng)包括站點(diǎn)客流情況、道路交通狀況和緊急突發(fā)事件等三個(gè)功能。通過該子系統(tǒng)，公交系統(tǒng)可以及時(shí)準(zhǔn)確的獲取到各個(gè)站點(diǎn)的客流情況，道路交通狀況和緊急突發(fā)事件。通過該子系統(tǒng)可以使車輛的調(diào)度、分配、到站預(yù)報(bào)等等諸多工作和功能的準(zhǔn)確性得到提升，也可以提升公交系統(tǒng)的管理效率。

（4）調(diào)度中心子系統(tǒng)

調(diào)度中心子系統(tǒng)包括車輛監(jiān)控、公交信息采集與發(fā)布、公交信息處理、緊急事件處理、調(diào)度輔助決策等五項(xiàng)功能。調(diào)度中心是公交系統(tǒng)的心臟，各個(gè)子系統(tǒng)采集的信息，發(fā)出的請(qǐng)求，發(fā)生的事件都需要通過調(diào)度中心處理，統(tǒng)籌整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。對(duì)乘客子系統(tǒng)的查詢做出反饋，對(duì)公交車輛子系統(tǒng)提交的信息進(jìn)行處理和發(fā)布、調(diào)度和決策，對(duì)道路交通子系統(tǒng)的信息處理，對(duì)緊急突發(fā)事件的處理。

四個(gè)子系統(tǒng)通過物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)相連接，使整個(gè)智能公交系統(tǒng)整體正常高效地運(yùn)轉(zhuǎn)，真正體現(xiàn)了公交系統(tǒng)的智能化。

2.2 智能公交系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)

（1）地面公交運(yùn)行信息感知技術(shù)

地面公交運(yùn)行信息感知技術(shù)基于居民出行調(diào)查數(shù)據(jù)、公交IC卡數(shù)據(jù)、車載定位設(shè)備及道路交通管理控制設(shè)施自動(dòng)采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行挖掘、分析、建模與應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)，具有實(shí)用性強(qiáng)、技術(shù)可靠性高的特點(diǎn)。其中，基于小票調(diào)查法和 IC卡數(shù)據(jù)獲得其持有乘客的上下車站點(diǎn)的快速公交站點(diǎn)OD推算方法，能夠大大提高公交運(yùn)行過程中實(shí)時(shí)客流信息感知的效率?；诠籌C卡數(shù)據(jù)和AVL數(shù)據(jù)的公交信息融合分析系統(tǒng)，能夠動(dòng)態(tài)感知公交客流分布。

（2）公交主導(dǎo)型交通系統(tǒng)控制技術(shù)

該技術(shù)提出了公交車輛、社會(huì)車輛、行人過街的協(xié)同控制方法，實(shí)現(xiàn)了公交主干線綠波通行控制的技術(shù)突破，主要包括以下兩個(gè)方面：

①公交線路—?？空尽房趨f(xié)同控制技術(shù)。對(duì)于設(shè)?？空镜男盘?hào)交叉口，建立了并行遞推最小二乘預(yù)測(cè)算法，同步預(yù)測(cè)公交車輛進(jìn)站時(shí)刻、公交車輛?？繒r(shí)長及交叉口社會(huì)車輛通行需求等動(dòng)態(tài)信息?；趧?dòng)態(tài)博弈理論，提出了公交線路—?？空尽房趨f(xié)同控制優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了公交車輛在交叉口利用紅燈時(shí)間上下乘客，綠燈時(shí)刻通行，上下的乘客利用紅燈的時(shí)間進(jìn)出車站。該技術(shù)的突破可大幅度減少公交車輛在停靠站和交叉口的總延誤。

②地面公交綠波通行控制技術(shù)。對(duì)于無停靠站的信號(hào)交叉口利用公交通行動(dòng)態(tài)感知技術(shù)，提出了基于馬爾科夫鏈的公交車輛行駛時(shí)間預(yù)測(cè)方法，建立了多目標(biāo)、多規(guī)則的地面公交綠波通行優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了無?？空窘徊婵谛盘?hào)控制方案的自適應(yīng)和公交車輛調(diào)度方案的自校正，確保公交車輛在交叉口處的綠波通行。對(duì)于設(shè)行人過街信號(hào)燈的路段，根據(jù)行人過街行為的在線估計(jì)，提出了行人過街信號(hào)魯棒控制算法，實(shí)現(xiàn)了路段中公交車輛的綠波通行，減少了沖突，提高了公交車輛綠波通行的穩(wěn)定性。

3 物聯(lián)網(wǎng)在智能公交停車場(chǎng)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 物聯(lián)網(wǎng)智能公交停車場(chǎng)概述

當(dāng)公交車進(jìn)入停車場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱入場(chǎng)）后，需要經(jīng)歷安全檢查（以下簡(jiǎn)稱安檢），收繳票款（以下簡(jiǎn)稱收銀），車輛加油，修理，清洗（以下簡(jiǎn)稱洗車），泊車，巡更，直到離開停車場(chǎng)（以下簡(jiǎn)稱出場(chǎng)）這樣一個(gè)完整的生命周期。傳統(tǒng)的公交停車場(chǎng)管理體系對(duì)于現(xiàn)在龐大的公交系統(tǒng)來說，已經(jīng)無法高效經(jīng)濟(jì)地完成這項(xiàng)任務(wù)。

公交車在生命周期中的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都將有聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，車輛停放的泊位也通過物聯(lián)網(wǎng)來智能管理。由于停車場(chǎng)管理系統(tǒng)還將為公交公司其他多個(gè)部門的信息管理系統(tǒng)提供不同類型和格式的數(shù)據(jù)，有些信息管理系統(tǒng)也需要為停車場(chǎng)管理系統(tǒng)提供必需的數(shù)據(jù)，因此，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)架就不單要考慮“物-物”互聯(lián)和“物-網(wǎng)”互聯(lián)的情況，還要考慮“系統(tǒng)-系統(tǒng)”互聯(lián)。故采用了RFID技術(shù)，遠(yuǎn)距離微波讀寫和中間件技術(shù)作為項(xiàng)目的核心技術(shù)設(shè)計(jì)的基于物聯(lián)網(wǎng)的智能公交停車場(chǎng)管理系統(tǒng)才是高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)潔的管理系統(tǒng)。如圖1為智能公交停車場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)示意圖。

圖1 智能公交停車場(chǎng)物聯(lián)網(wǎng)示意圖

3.2 智能公交停車場(chǎng)管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

管理系統(tǒng)共分為七個(gè)子系統(tǒng)。

（1）入場(chǎng)感知子系統(tǒng)

通過微波天線自動(dòng)識(shí)別裝在公交車輛上的電子標(biāo)簽獲取車輛信息，并對(duì)車輛安檢，對(duì)車輛破損部位進(jìn)行拍照取證，同時(shí)入口門衛(wèi)使用無線手持設(shè)備讀取司機(jī)卡號(hào)和車輛信息，檢驗(yàn)司機(jī)與車輛的組合是否和調(diào)派計(jì)劃一致，系統(tǒng)將感知到的數(shù)據(jù)通過公司內(nèi)部的無線局域網(wǎng)傳輸?shù)礁兄獢?shù)據(jù)中間件服務(wù)器，完成入場(chǎng)和安檢過程。

（2）收銀感知子系統(tǒng)

車輛進(jìn)入收銀室區(qū)域時(shí)，收銀員使用無線手持設(shè)備讀取車輛上錢箱及錢袋中的電子標(biāo)簽中的信息，獲取錢箱和錢袋信息，設(shè)備會(huì)將錢箱和錢袋編號(hào)連同車輛信息等數(shù)據(jù)通過無線局域網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器，完成收銀過程。

（3）加油感知系統(tǒng)

車輛到達(dá)停車場(chǎng)加油區(qū)時(shí)，加油區(qū)工作人員使用無線手持設(shè)備讀取公交車和司機(jī)的信息，等車輛加完油后，加油機(jī)上的嵌入式系統(tǒng)會(huì)將車輛加油的相關(guān)數(shù)據(jù)以及之前手持設(shè)備讀取的車輛信息和司機(jī)信息一起通過局域網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器，完成加油過程。

（4）洗車感知系統(tǒng)

車輛經(jīng)過臨時(shí)泊車位等待前面的車洗完后到達(dá)洗車臺(tái)，洗車臺(tái)的“進(jìn)”遠(yuǎn)距離微波天線會(huì)獲取車輛信息，并在LED顯示屏上顯示“XXXX”車輛正在清洗中，洗車工刷卡并清洗公交車輛，車輛清洗完畢后駛出洗車臺(tái)，洗車臺(tái)的“出”遠(yuǎn)距離微波天線也會(huì)讀取車輛信息。

（5）泊位感知系統(tǒng)

車輛進(jìn)入和駛出泊車區(qū)域時(shí)，場(chǎng)地門口的“進(jìn)”和“出”遠(yuǎn)距離微波天線會(huì)獲取車輛信息，并在場(chǎng)地門口的LED顯示屏上更新空位數(shù)量。如果停車場(chǎng)為立體結(jié)構(gòu)的，那么在每層出入口都必須安裝“進(jìn)”和“出”的遠(yuǎn)距離微波天線。遠(yuǎn)距離微波天線將獲取到的車輛進(jìn)出泊位信息傳輸?shù)礁兄獢?shù)據(jù)中間件服務(wù)器完成車輛泊位。

（6）巡更感知系統(tǒng)

在晚間進(jìn)出停車場(chǎng)的車輛減少，泊位數(shù)量較為固定時(shí)，巡更人員按照規(guī)定的路線使用超高頻無線手持設(shè)備依次讀取泊位上公交車的電子標(biāo)簽；然后把車輛信息和泊位信息比對(duì)并綁定后，通過局域網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器，完成巡更過程。

（7）出場(chǎng)感知系統(tǒng)

司機(jī)早上報(bào)到后，根據(jù)調(diào)派計(jì)劃和LED顯示屏上顯示的車輛泊位信息找到要駕駛的車輛，駛出停車場(chǎng)?！俺觥边h(yuǎn)距離微波天線獲取到駛出停車場(chǎng)的車輛信息，出口門衛(wèi)會(huì)使用無線手持設(shè)備讀取司機(jī)卡號(hào)，驗(yàn)證司機(jī)及車輛信息是否和調(diào)派計(jì)劃一致，同時(shí)設(shè)備將車輛電子標(biāo)簽中的識(shí)別碼消除。司機(jī)信息，車輛信息等感知數(shù)據(jù)通過無線局域網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器，完成出場(chǎng)過程。

七大感知系統(tǒng)將收集車輛數(shù)據(jù)并傳輸?shù)礁兄獢?shù)據(jù)中間件服務(wù)器，服務(wù)器上的管理系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并調(diào)度公交公司數(shù)據(jù)中心，銀行電子商務(wù)系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)諸如加油，洗車，消費(fèi)結(jié)算的功能。并且對(duì)車輛的動(dòng)態(tài)進(jìn)行跟蹤，然后提供泊車位向?qū)У确?wù)。公交公司亦可根據(jù)系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)報(bào)表等信息進(jìn)行有效的管理優(yōu)化。

4 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)是由各種技術(shù)融合而成的新型技術(shù)體系。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能公交中的應(yīng)用可以使公交的運(yùn)營和管理變得高效、經(jīng)濟(jì)、方便，也能對(duì)降低能耗、改善環(huán)境污染、提升城市形象做出了貢獻(xiàn)。將物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用到公交停車場(chǎng)的管理中也可以使停車場(chǎng)的管理更加方便、高效，減少人為管理帶來的偶然性錯(cuò)誤。這些都具有巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。但是，影響物聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵問題是技術(shù)繁多，而且需要互聯(lián)互通，只有很好的解決這一點(diǎn)，才能真正給社會(huì)造福。

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