基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能公交系統(tǒng)設(shè)計(jì)

牛國(guó)宏

(西安市高新區(qū)規(guī)劃建設(shè)局)

1 引 言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的和城市規(guī)模的快速發(fā)展，交通擁堵已經(jīng)成為困擾各大城市的一個(gè)難題。雖然許多城市采取了車(chē)輛限行、擁堵收費(fèi)等策略緩解交通擁堵，但是很難從本質(zhì)上改變交通擁堵的現(xiàn)狀。借鑒國(guó)外在城市交通管理的經(jīng)驗(yàn)，政府和交通管理者已經(jīng)普遍認(rèn)識(shí)到發(fā)展公共交通系統(tǒng)是解決城市交通擁堵的根本途徑。因此，國(guó)家推出了許多的公交優(yōu)惠政策，公共交通的規(guī)模也是越來(lái)越大，但是由于路網(wǎng)規(guī)模與汽車(chē)數(shù)量之間的嚴(yán)重失衡，給城市公共交通的運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了很大的壓力。同時(shí)，信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的公交系統(tǒng)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足人們的需求，人們對(duì)公交系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)提出了更高的要求，這無(wú)疑給公交系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)和管理提出了新的挑戰(zhàn)。

智能公交就是利用GPS 技術(shù)、GIS 技術(shù)、無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)、信息處理技術(shù)等來(lái)提高城市公交系統(tǒng)的信息化、智能化和個(gè)性化的服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)智能的公交車(chē)輛定位與跟蹤、智能車(chē)輛調(diào)度、車(chē)速監(jiān)管、車(chē)輛軌跡回放、動(dòng)態(tài)提示到站距離和時(shí)間等功能，從而提升公交系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)效率和服務(wù)水平。物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)RFID 技術(shù)、ZigBee 技術(shù)、無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等實(shí)現(xiàn)物與物、人與物之間的信息交互。因此，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)智能公交系統(tǒng)，提高城市公共交通系統(tǒng)的現(xiàn)代化水平，對(duì)于緩解城市交通擁堵問(wèn)題具有重要作用。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能公交系統(tǒng)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能公交系統(tǒng)分感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三個(gè)層次，具體的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。

(1)感知層。通過(guò)路側(cè)的智能公交站牌檢測(cè)車(chē)輛的RFID 標(biāo)簽，獲取車(chē)輛的車(chē)牌、運(yùn)行線(xiàn)路等基本信息，通過(guò)GPS 獲取車(chē)輛位置信息，并通過(guò)車(chē)內(nèi)攝像機(jī)獲取車(chē)內(nèi)相關(guān)監(jiān)控視頻，最終將所有信息利用無(wú)線(xiàn)通信模塊傳輸?shù)焦贿\(yùn)營(yíng)管理與調(diào)度中心。

(2)網(wǎng)絡(luò)層。主要通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)獎(jiǎng)感知層獲取的車(chē)輛相關(guān)信息傳輸?shù)焦贿\(yùn)營(yíng)管理與調(diào)度中心。該系統(tǒng)支持常用的GPRS、3G、4G、WiFi、ZigBee 等無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，在具體應(yīng)用時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

(3)應(yīng)用層。是系統(tǒng)功能的具體體現(xiàn)，主要面向公交調(diào)度管理者和出行者兩個(gè)層面。對(duì)于管理者和實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的智能調(diào)度、車(chē)輛跟蹤、車(chē)速監(jiān)管等。對(duì)于出現(xiàn)者可實(shí)時(shí)查詢(xún)車(chē)輛到站時(shí)間、到站距離、客流狀況、等待時(shí)間、緊急信息等。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能公交系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能公交系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖和關(guān)鍵技術(shù)

3.1 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖

對(duì)應(yīng)系統(tǒng)的架構(gòu)圖，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流圖亦分為信息采集、信息處理和信息發(fā)布三個(gè)層次，信息采集是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，信息處理是系統(tǒng)的核心，信息發(fā)布是系統(tǒng)功能的具體展現(xiàn)，具體的數(shù)據(jù)流圖如圖2 所示。

(1)信息采集。該層為物理層對(duì)應(yīng)系統(tǒng)架構(gòu)中的感知層，通常主要是利用車(chē)內(nèi)的各種傳感器獲取車(chē)輛和乘客的有關(guān)數(shù)據(jù)，它是整個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。

(2)信息處理。該層主要完成對(duì)采集的各種信息的處理、分析、融合，其通常在運(yùn)營(yíng)管理與調(diào)度中心完成。主要完成車(chē)輛位置估計(jì)、車(chē)速估計(jì)、車(chē)內(nèi)人數(shù)估計(jì)、到站時(shí)間估計(jì)、到站距離估計(jì)、車(chē)輛跟蹤等功能。

(3)信息發(fā)布。主要是通過(guò)智能站牌、互聯(lián)網(wǎng)、手機(jī)、路側(cè)終端等方式將車(chē)輛的相關(guān)信息發(fā)布給出行者，使得出行者可實(shí)時(shí)掌握選擇線(xiàn)路公交車(chē)的到站時(shí)間、客流狀況等信息。

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能公交系統(tǒng)數(shù)據(jù)流圖

3.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

(1)車(chē)速估計(jì)。車(chē)速估計(jì)是智能公交系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題之一，其直接決定著車(chē)輛到站時(shí)間預(yù)報(bào)的可靠性。傳統(tǒng)的車(chē)速估計(jì)主要是利用車(chē)載的GPS 獲取的車(chē)輛位置信息進(jìn)行計(jì)算車(chē)輛的行車(chē)速度。但是GPS 在高樓密布的城市中，很容易出現(xiàn)盲點(diǎn)，從而導(dǎo)致GPS 數(shù)據(jù)的精度下降甚至失效。因此基于物聯(lián)網(wǎng)的智能公交系統(tǒng)可通過(guò)車(chē)輛的RFID 標(biāo)簽和智能公交站牌之間的信息交互實(shí)現(xiàn)車(chē)輛位置的快速定位，從而計(jì)算得到車(chē)輛的運(yùn)行速度。并于GPS 數(shù)據(jù)進(jìn)行相融合，提高車(chē)速估計(jì)的精度。

(2)IC 卡數(shù)據(jù)的深度挖掘。公交IC 卡數(shù)據(jù)是典型的大數(shù)據(jù)，其中蘊(yùn)含了豐富的信息內(nèi)容。對(duì)于經(jīng)常乘坐公交的乘客來(lái)說(shuō)，其乘坐時(shí)間和路線(xiàn)均具有很強(qiáng)的規(guī)律性。因此通過(guò)IC 卡信息可以推算乘客的上下車(chē)站點(diǎn)，進(jìn)而估計(jì)出OD 分布，這樣可有效的掌握大致的公交運(yùn)行線(xiàn)路的客流分布，從而有利于公交的優(yōu)化調(diào)度。同時(shí)結(jié)合乘客的上下公交時(shí)間，結(jié)合站點(diǎn)之間的距離和大致對(duì)車(chē)速進(jìn)行估計(jì)，也可為車(chē)速的精確估計(jì)提供重要的參考。

(3)車(chē)內(nèi)客流估計(jì)。目前大多數(shù)車(chē)輛均安裝有視頻監(jiān)控，可以直觀掌握車(chē)內(nèi)的乘客狀況。隨著視頻處理技術(shù)的發(fā)展，利用有效快速的識(shí)別算法可快速計(jì)算并統(tǒng)計(jì)出車(chē)內(nèi)的大致乘客數(shù)量，并對(duì)車(chē)內(nèi)的擁擠狀況作出判斷，并可通過(guò)信息發(fā)布設(shè)備及時(shí)告知等車(chē)的乘客，便于乘客快速做出是否換乘的決定。

4 結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是結(jié)合傳感、通信、網(wǎng)絡(luò)、信息處理等多個(gè)技術(shù)的技術(shù)體系。本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)智能公交系統(tǒng)的總體架構(gòu)和數(shù)據(jù)流圖，并分析討論了其關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能公交系統(tǒng)中應(yīng)用的探討來(lái)提高公交系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的效率和服務(wù)水平，從而有效緩解城市擁堵的問(wèn)題。

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