基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市公共交通實施感知與信息服務(wù)系統(tǒng)研究

◎李曉李凌尹霞

本文結(jié)合城市智能公共交通的應(yīng)用需求，重點解決城市公共交通車輛內(nèi)部、車輛到場站、場站到各應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息感知、傳輸與應(yīng)用問題，研究城市公共交通系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，研究城市公共交通實時感知和信息服務(wù)。通過系統(tǒng)的研究應(yīng)用推廣，為減少城市公共交通的擁堵狀況、提高公交車輛的正點率和城市公共交通的管理水平提供技術(shù)支撐。

一、研究背景

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展及人們生活水平的不斷提高，人們對交通的需求日益增大，特別是城市普通居民擁有私人汽車數(shù)量的快速增長，我國大中城市交通擁堵給城市管理者帶來的交通管理壓力特別巨大。以北京為例，目前有常住人口2153萬人、機動車637萬輛，龐大的居民數(shù)量和機動車擁有量使得北京成為中國最為擁堵的城市之一。為緩解城市交通的擁堵壓力，北京市政府采取了多項綜合措施，如實行單雙號限制、提高城市中心區(qū)域的停車費用等，但總的來看收效不甚理想。

治理城市交通擁堵需要采取綜合措施，特別需要通過技術(shù)手段解決好城市公共交通問題。城市公共交通是人民群眾日常出行的主要工具，是重要城市基礎(chǔ)設(shè)施；優(yōu)先發(fā)展城市公共交通，提高城市交通資源利用率，已經(jīng)是我國多個大中城市重要的發(fā)展戰(zhàn)略。為此許多城市采取了擴建道路、增加車輛、開辟公交專用車道等多種措施。但是公共交通仍然普遍存在著堵車嚴(yán)重、車輛速度低、運行不準(zhǔn)點、乘客候車時間長等現(xiàn)象。根據(jù)國內(nèi)外發(fā)展經(jīng)驗，在大中城市建設(shè)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的城市智能化公共交通系統(tǒng)既能提高公交調(diào)度人員的工作效率和管理服務(wù)水平，又能最大化滿足出行者的交通需求，是一項十分迫切又具有非常重要意義工作。

二、研究目標(biāo)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市公共交通實時感知與信息服務(wù)系統(tǒng)是實現(xiàn)智能城市公共交通的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)是建立在定位技術(shù)、5G通信技術(shù)、地理信息技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)、軟件技術(shù)等多方面綜合運用基礎(chǔ)上的，為公共交通企業(yè)的營運生產(chǎn)調(diào)度信息化、自動化、智能化、科學(xué)化提供數(shù)據(jù)信息支持，也能為城市公共交通的公共安全、及時發(fā)現(xiàn)和處置突發(fā)事件提供數(shù)據(jù)信息支持，實現(xiàn)面向廣大乘客的綜合信息出行服務(wù)。

三、研究內(nèi)容

根據(jù)城市公共交通的實際應(yīng)用需求，梳理業(yè)務(wù)流程和應(yīng)用場景，開發(fā)業(yè)務(wù)與應(yīng)用子系統(tǒng)、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)處理/存儲、數(shù)據(jù)采集、第三方接口等軟件系統(tǒng)模塊，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市公共交通實時感知與信息服務(wù)系統(tǒng)；通過技術(shù)選型與優(yōu)化，實現(xiàn)城市公共交通實時感知與信息服務(wù)系統(tǒng)的自組織、低成本、可運營、可管理、可擴展能力。

1.平臺架構(gòu)。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的城市公共交通實時感知與信息服務(wù)平臺架構(gòu)主要由以下幾個平臺組成：公交集團信息中心數(shù)據(jù)平臺、場站數(shù)據(jù)平臺、站臺數(shù)據(jù)平臺、車載數(shù)據(jù)平臺、第三方數(shù)據(jù)平臺。場站數(shù)據(jù)平臺、站臺數(shù)據(jù)平臺、車載數(shù)據(jù)平臺與公交集團信息中心數(shù)據(jù)平臺之間通過5G/4G網(wǎng)絡(luò)上傳或下載數(shù)據(jù)。公交集團信息中心數(shù)據(jù)平臺采用開放式接口模塊與第三方數(shù)據(jù)平臺（交管局等政府部門、銀行等相關(guān)企業(yè)以及互聯(lián)網(wǎng)）互通數(shù)據(jù)。

2.系統(tǒng)功能。系統(tǒng)主要由四大部分模塊組成：公交集團業(yè)務(wù)模塊、場站業(yè)務(wù)模塊、站臺業(yè)務(wù)模塊、車載業(yè)務(wù)模塊。如下圖所示：

車載業(yè)務(wù)模塊主要面向車內(nèi)信息數(shù)據(jù)，其中包括車輛定位、實時計費、視頻監(jiān)控、運行狀態(tài)檢測與診斷、身份識別與車內(nèi)信息發(fā)布等，上述子功能主要涉及公交車內(nèi)部功能模塊至公交網(wǎng)關(guān)、公交網(wǎng)關(guān)到智能交通信息服務(wù)臺之間的相互通信。公交車輛利用GPS裝置，結(jié)合基于車輛eSIM卡的基站定位，實現(xiàn)不同運行區(qū)間內(nèi)的車輛定位功能。在車內(nèi)安裝多類功能性物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點，實時監(jiān)測車輛運行中各主要部件工作狀態(tài)，并利用車內(nèi)通信網(wǎng)關(guān)將關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)傳輸并智能公交信息服務(wù)平臺，在進行參數(shù)分析與故障診斷之后，智能公交信息服務(wù)平臺可將相關(guān)處理預(yù)案反饋至公交車輛或相關(guān)的場站管理中心。車內(nèi)視頻監(jiān)控主要利用車內(nèi)視頻采集設(shè)備，對車內(nèi)情況進行監(jiān)控，通過公交車輛網(wǎng)關(guān)將視頻數(shù)據(jù)流傳輸至智能公交信息服務(wù)平臺，實現(xiàn)公交運行中的實時監(jiān)測與管理，以便用最快速度準(zhǔn)備反應(yīng)預(yù)案，從而最大限度消除安全威脅并降低突發(fā)事件危害。

站臺業(yè)務(wù)模塊主要包含站點視頻監(jiān)控與站點信息發(fā)布功能等，主要涉及站點與智能公交信息服務(wù)平臺之間的相互通信。每個站點會發(fā)布途經(jīng)該站點的相關(guān)線路公交站牌信息，以方便乘客進行公交線路查詢與出行選擇。站臺與公交車之間通過RFID技術(shù)和GPS定位技術(shù)獲取公交車輛的位置信息，并依此對獲得該站點的大致等候時間，及時進行信息發(fā)布。站點信息發(fā)布功能主要面向于在公交車站點候車的乘客，信息發(fā)布主要是指實時發(fā)布該站點相關(guān)線路的公交客運信息，譬如主要線路路段擁堵情況、當(dāng)前車內(nèi)載客情況等。

場站業(yè)務(wù)模塊功能主要面向泊車始發(fā)站或終點站。其主要功能包括場站管理、運營調(diào)度和視頻監(jiān)控等，涉及到場站與智能公交信息服務(wù)平臺之間的相互通信。通過場站管轄內(nèi)公交車輛綜合優(yōu)化調(diào)度，依據(jù)客流量狀態(tài)，實時地增加或減少車次，有效避免乘客大量滯留或載客量嚴(yán)重不足等現(xiàn)象發(fā)生。

公交集團業(yè)務(wù)模塊主要功能是利用由車輛、站點和智能公交信息服務(wù)中心平臺所構(gòu)成的多維度一體化信息系統(tǒng)，實時地獲得路況信息、公交站臺（場站）客流信息及當(dāng)前車輛位置分布數(shù)據(jù)。進一步對公交客運系統(tǒng)進行理論建模分析并預(yù)測未來時段公交客運系統(tǒng)的運營狀態(tài)（譬如客流量的變化、線路擁堵狀況等），基于公交客運系統(tǒng)的分析結(jié)論，實現(xiàn)公交車輛綜合優(yōu)化調(diào)度，通過信息服務(wù)平臺下發(fā)調(diào)度指令，最大程度地保證客流需求和車輛運行之間的平衡，并將信息通過車內(nèi)和站點進行實時發(fā)布，便于乘客作出及時出行調(diào)整。

四、結(jié)論

城市公共交通實時感知和信息服務(wù)系統(tǒng)能夠為城市公交的各種應(yīng)用提供數(shù)據(jù)、信息支持，其推廣應(yīng)用能有效提升城市公共交通調(diào)度管理水平，提高乘客乘車舒適度和安全性，進一步提升公共交通吸引力，是緩解城市擁堵的根本途徑。