基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧公交系統(tǒng)探討

蔡章婷

(福州閩運(yùn)公共交通有限責(zé)任公司，福建 福州 350004)

近些年來，我國經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展，在人們的生活水平不斷提高的同時，生活節(jié)奏也越來越快，人們也越來越認(rèn)識到時間的寶貴。在這個大背景下為了使人們的時間得到充分的利用，國內(nèi)一些大中城市開始投入資金建設(shè)智慧公交系統(tǒng)，目前已經(jīng)初步推廣應(yīng)用到廣州等21個城市中，這使當(dāng)?shù)毓幌到y(tǒng)的現(xiàn)代化服務(wù)能力和科技水平得到明顯的提升，并且公交車輛的準(zhǔn)點(diǎn)率也有了明顯的提高，為城市居民的出行提供了極大的方便。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧公交系統(tǒng)設(shè)計方案

本文研究設(shè)計的智慧公交系統(tǒng)主要包括三個部分，即智能公交站牌、智能公交終端以及智慧調(diào)度方案。

(1)智能公交站牌設(shè)計。通過設(shè)計智能公交站牌能夠使不同的線路擁有專門的LED顯示指示燈和候車通道，從而對公交站中該候車路線中是否等候以及具體的等候人數(shù)進(jìn)行實(shí)時檢測，然后再將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)通過NB-IOT技術(shù)傳送到公司的遠(yuǎn)程服務(wù)中，之后服務(wù)器再將距離該站最近的該線路的公交車位置傳回該站的公交站牌上，并通過LED顯示指示燈將相關(guān)信息顯示出來。當(dāng)公交車達(dá)到該站點(diǎn)之后，距離該站點(diǎn)最近的下一輛該線路的公交車信息就會通過LED顯示指示燈顯示出來。另外，公交站中每一條線路都有候車按鈕設(shè)置在站牌的一側(cè)，當(dāng)有人在某條線路的候車通道候車時只需按下候車按鈕，公司的遠(yuǎn)程服務(wù)器就能夠接收到相關(guān)數(shù)據(jù)，然后向智能公交車終端發(fā)送候車車站的信息。

(2)智能公交終端設(shè)計。首先，要在每一輛公交車的上車門口處放置一個智能公交終端，然后對每一個車站具有兩種顏色的指示燈以及按鈕進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，乘客上車之后可以通過終端上的按鈕對目的地車站進(jìn)行選擇，這時指示燈會亮起紅燈，而當(dāng)前方某個車站有人在候車時相關(guān)數(shù)據(jù)就會傳輸?shù)街悄芙K端上，這時相應(yīng)站點(diǎn)的指示燈就會亮起綠燈，這樣公交車司機(jī)就能夠?qū)δ且徽居谐丝蜕宪囈约澳囊徽居谐丝拖萝囘M(jìn)行直觀的感受。與此同時，由于相關(guān)定位裝置也安裝在智能公交終端中，因此公交公司的遠(yuǎn)程服務(wù)器能夠通過NB-IOT技術(shù)實(shí)時監(jiān)測每一輛公交車的位置。

(3)智慧調(diào)度方案。在設(shè)計智慧調(diào)度方案的過程中，主要是以公交車站的等候人數(shù)為依據(jù)，由于公交公司的遠(yuǎn)程服務(wù)器能夠通過NB-IOT技術(shù)實(shí)時監(jiān)測公交車站的等候人數(shù)，因此可以通過大數(shù)據(jù)技術(shù)將當(dāng)前時間段內(nèi)候車人數(shù)的相關(guān)模型構(gòu)建起來，從而對下一時刻的候車人數(shù)進(jìn)行預(yù)測，并在此基礎(chǔ)上對公交車的發(fā)車時間進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)度，從而更加科學(xué)合理的利用公交車，使人們更加便利搭乘公交車出行。

2 硬件設(shè)計

(1)智能公交站牌硬件設(shè)計。首先是主控芯片的設(shè)計。在本文的研究中選用的主控制器是STM32F103，這種控制器能夠?qū)Ω鞣N傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時、高效、準(zhǔn)確的處理，之后會向服務(wù)器傳輸已經(jīng)處理過的數(shù)據(jù)。STM32F103主控制器上共有3個SPI端口、2個I^2C接口以及5個USART接口，另外安裝有2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和5個定時器，由此可見該主控制器的集成度非常高，僅需很低的電壓就能夠發(fā)揮出超高的性能；其次，按鈕和LED顯示指示燈的設(shè)計。其中LED顯示指示燈主要采用直徑為5 mm的草帽LED發(fā)光二極管，選擇白發(fā)黃和白發(fā)紅這兩種顏色，電壓應(yīng)為2～2.2 V，需要注意的是負(fù)極接短腳，正極接長腳，如果正負(fù)極接反，LED顯示指示燈不會正常顯示。白發(fā)紅顏色的LED顯示指示燈應(yīng)該作為公交車車站指示站牌的顯示燈，然后使用導(dǎo)線將所有指示燈的正極連接起來，最后再連接到STM32芯片的正極上，然后再將STM32不同的I/O口連接到各個指示的負(fù)極。公交車站中所有的候車按鈕均為獨(dú)立按鍵，有乘客按下獨(dú)立按鍵后，相關(guān)信號就會傳輸?shù)街骺匦酒校缶蜁疗鸢装l(fā)黃指示燈，提示候車乘客按鍵成功，然后公交公司的遠(yuǎn)程服務(wù)器就會接收到相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。

(2)智能公交終端硬件設(shè)計。首先是定位模塊的設(shè)計。在本文的設(shè)計研究中采用的是ATK-S1216，這個類型的定位設(shè)備兼容北斗和GPS，定位精度相對較高，最高可達(dá)2.5 m，同時還具備有源天線，進(jìn)行相應(yīng)的定位可在30 s內(nèi)完成。另外，該設(shè)備還帶有備用電池，能夠?qū)π菤v數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，掉電之后上電也很快，半小時內(nèi)就可以完成。此外，該設(shè)備與主控芯片之間采用串口通信的方式進(jìn)行連接，使用起來比較簡單方便；其次，按鈕和LED顯示指示燈的設(shè)計。其中LED顯示指示燈主要采用直徑為5 mm的草帽LED發(fā)光二極管，選擇白發(fā)綠和白發(fā)紅這兩種顏色，白發(fā)紅顏色的LED顯示指示燈應(yīng)該作為公交車站所有指示站牌的顯示燈，然后使用導(dǎo)線將所有指示燈的正極連接起來，之后連接到STM32芯片的正極，然后再將STM32不同的I/O口連接到各個指示燈的負(fù)極。公交車站中所有的候車按鈕均為獨(dú)立按鍵，按下獨(dú)立按鈕后相關(guān)信息會傳送給主控芯片，此時亮起白發(fā)紅指示燈，司機(jī)看到信號之后就知道需要在哪一站停車。與此同時，候車數(shù)據(jù)被終端服務(wù)器接收之后，有乘客候車的公交站就會亮起白發(fā)綠顯示燈，這樣司機(jī)就知道哪些站點(diǎn)有乘客正在候車。

3 軟件設(shè)計

(1)智能公交站牌軟件設(shè)計。首先，使用相關(guān)程序初始化各個模塊，包括按鍵、中斷函數(shù)以及LED模塊等，之后該程序開始進(jìn)行循環(huán)，對公交車站候車人數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并根據(jù)實(shí)際情況決定是否按下按鍵，之后云服務(wù)器就會接收到相關(guān)數(shù)據(jù)，之后服務(wù)器會把下一輛該線路的公交車位置信息再傳回智能公交站牌，然后LED指示燈顯示相關(guān)信息，對該線路公交車的位置信息進(jìn)行更新。

(2)智能公交終端軟件設(shè)計。首先，使用相關(guān)程序初始化各個模塊，包括按鍵、中斷函數(shù)以及LED模塊等，之后該程序開始進(jìn)行循環(huán)，對所需停車站是否按下停車按鍵進(jìn)行實(shí)時判斷，并對公交公司遠(yuǎn)程服務(wù)器傳來的候車信息進(jìn)行接收，然后LED指示燈會更新相關(guān)信息，并向服務(wù)器發(fā)送該公交車的位置信息。

(3)指揮調(diào)度方案設(shè)計。各個智能公交站牌將各線路大量的候車人數(shù)數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器，之后將相關(guān)的數(shù)學(xué)模型構(gòu)建起來并對下一時刻的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，然后根據(jù)預(yù)測結(jié)果對何時發(fā)出公交車進(jìn)行安排。需要注意的是在對相關(guān)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行構(gòu)建的過程中要對各車站候車人數(shù)、候車時間等因素進(jìn)行充分的考慮，最大程度的提高公交車的利用效率，從而使乘客的等候時間盡可能地縮短。

4 結(jié)束語

總而言之，本系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過網(wǎng)絡(luò)向遠(yuǎn)程服務(wù)器傳輸定位模塊獲得的數(shù)據(jù)以及本地實(shí)時監(jiān)測到的一些數(shù)據(jù)，之后服務(wù)器進(jìn)一步的分析和挖掘各種數(shù)據(jù)信息，將更加科學(xué)、合理、高效的解決方案制定出來。在城市公交交通中應(yīng)用本系統(tǒng)能夠使公交系統(tǒng)的運(yùn)營效率得到有效的提高，從而使大中城市的交通擁堵問題得到有效的緩解，進(jìn)而使城市居民可以更加便捷高效的搭乘公交車出行。