公交优先系统中数据处理及无线联网模块设计

傅志宏，庞溟舟

0 引言

公交系统是一个城市交通系统中最重要的部分之一，如何保证公交系统的高效率，这是各国政府所面临的重要课题。公交优先成为越来越多国家应对交通拥堵的策略，我国政府很早就将优先发展公共交通作为基本国策。无论从我国还是从世界交通状况的发展来看，公交优先理论和技术的研究都具有巨大的需求。公交优先控制理论，作为公交优先系统的关键和核心技术之一，其相关研究将具有广泛的应用价值。在通行空间上给与公共汽车交通优先的基础上、进一步为其提供优先通行信号（时间优先），可更有效地降低公交车辆的延误，改善公交服务质量。

1 公交优先理论及策略

公交优先理论和技术主要包括单点优先控制、干线协调控制，并辅以交叉口控制布置等相关措施等，作为优化的目标应是通过交叉口的客流效用最大。它主要包含以下内容：

1.1 公交车辆行程时间的预测

公交车辆的运行存在着特殊性，站点位置及上下客时间的不确定性也给公交车辆的行程时间带来随机性，因此控制系统必须首先具备公交车辆行程时间动态准确预测的能力。

1.2 交叉口单点公交优先的控制

交叉口单点公交优先控制系统主要是在综合考虑交叉口各交通流的效益指标（延误、停车率、排队长度、公交时刻表的偏离情况等）的前提下，以保证公交车辆固有的时刻表为前提，为晚点的公交车提供优先通行信号。

1.3 离线控制的基本策略

交叉口单点离线优先控制策略主要是根据公交车运行的历史数据，在离线方案中以保证公交车辆的通行效率为准则，同时为在线调整留有余地，减少在线调整的盲目性。

1.4 在线调整方法

主要是在出现公交车运行晚点的情况下，为保证公交车辆已有的运行时刻表，应对交叉口群内各关联交叉口配时方案进行适当调整。调整的方法主要采用：绿信比调整和周期调整。

1.5 交叉口群公交优先的控制

该控制方案主要以社会车流为协调控制对象，但当条件满足时应考虑为公交车也适当提供通行的绿波。

2 公交优先系统中硬件的模块设计

2.1 设计构想与硬件电路的设计

系统在实际应用中的框图，如图1所示：

图1 系统在实际应用中的框图

首先公共汽车通过 GPS获得车辆位置的相关信息，其次将车载黑匣内的速度、是否准点等信息与GPS信息一同通过车载发送设备发送给该设计模块（公交信息适配器），经处理后通过信号控制机向服务器发送请求信号，服务器根据各个路口的请求信号通过协调算法给出路口信号机的控制信号。最后信号机根据服务器返回的控制信号对路口信号灯进行控制，尽量保证车辆的准点运行。同时，也可以利用ZigBee射频芯片的无线路由功能，构建一个信号机与服务器之间的后备无线网络系统。

2.2 硬件的选型

发送模块：实际应用中由车载发送模块充当发送模块。

数据处理模块：采用高速arm7芯片LPC2148实现数据的处理、显示及控制数据的收发。

通讯模块：使用 Digi公司生产的 XBee-PRO系列ZigBee芯片进行数据传输。

显示模块：选用BYG12864B液晶显示屏。

3 软件功能的设计

3.1 ZigBee串口通讯格式和数据协议

3.1.1 通讯协议格式的组成：

协议由信息头、信息长度、信息流水号、版本号、协议编码、信息体、校验码

协议格式为：

3.1.2 数据协议的组成：

包括：标签ZB信号强度、标签短地址、标签心跳周期、区内停留时间、车辆信息、发射功率、区序号、网格编号、经纬度、包含线路总数、当前线路号、上下行标志、站序号等。

3.1.3 串口数据读写及处理模块

1)、串口读写模块程序（略）

2)、液晶显示程序（略）

3)、串口数据处理请求程序如下：

3.1.4 用ZigBee构建的无线网络数据传输模块

该功能模块中网络构建的问题偏向于硬件（模块自带无线路由功能），该模块软件所需要实现的功能只是将通过ZigBee通讯模块接收到的数据进行提取处理，这里就不再具体说明。

3 系统功能的实现及总结

由于本人所在公司在上海漕河泾开发区有一个智能交通控制平台，其控制了漕河泾开发区40多个路口的信号控制机。当时我公司和法国GARBARINI合作研发公交优先系统，并以公交93路为测试公交线路，该模块得以实现测试。在这次测试中车载设备及各种数据由法方提供，该模块安装在93路沿线各路口的信号控制机内，其作用实现对车载设备的数据接收及处理，处理得出的数据包括车辆离路口 5秒、过站、通过路口、60秒信号等，并把这些数据通过不同的请求方式传输给信号机，信号机得到请求后有两种方式来处理，其一：把请求发送给上层智能交通控制平台，由交通控制平台来处理数据，并根据路口区域各路口实际情况来合理的调整绿信比。其二：信号机自己来处理该请求，在绿灯时适当延长绿灯时间，在红灯时在不影响其他相位最小绿的情况下尽快切换到该相位绿灯。在公交93路路线的测试过程中，取得了一定的优先效果，使得该线路的公交线路更加的通畅，同时也发现了一些不足之处：

1）由于公交车上装有GPS来定位，这就需要GPS的精度要求比较高；

2）在使用ZigBee来传送数据时，对ZigBee的发送接受强度有一定的要求，通过GPRS传输时，传输则有一定的延时，需要程序来控制；

3）在上下班高峰时，由于车辆的速度不容易控制，会导致实际到达时间和计算时间有一定出入，需要软件来控制；

4）还有就是数据传输时，由于是无线传输，会由于电子干扰或屏蔽遮挡物等原因导致数据传输的丢码、误码，这就需要软件校验及反馈校验。

综上，对于公交优先来讲，我们也要明确盲目优先是不值得推崇的，公交优先的要求是准点，这样就可以确定公交优先的原则、策略。有车辆定位条件的，仅在晚点时请求并给予优先（这是将来发展方向）；不管有否车辆定位条件的公交车，都不需要每个交叉口都给予优先，而要精心规划、设计。这样，在信号控制上就可以简化许多问题（避免复杂的冲突），而且能够较为容易地取得预期的效果。

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